石油天然气地质25天然气成因类型课件.ppt
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1、石油天然气地质与勘探,主讲人:张传河中国石油大学胜利学院,1,石油天然气地质与勘探 主讲人:张传河1,油气成因概述油气生成的原始物质油气生成的地质环境与物理化学条件有机质成烃演化模式天然气的成因类型及特征烃源岩特征与油源对比,第二章 石油和天然气的成因,石油天然气地质与勘探,2,油气成因概述第二章 石油和天然气的成因 石油天然气地质与,第三节 油气生成的地质环境与理化条件,一、油气生成的地质环境二、促使油气生成的理化条件,3,第三节 油气生成的地质环境与理化条件一、油气生成的地质环境,第四节 有机质成烃演化模式,一、有机质向油气转化的阶段二、低熟油与煤成油形成理论,4,第四节 有机质成烃演化模
2、式一、有机质向油气转化的阶段4,5,5,一、天然气成因类型概述二、有机成因气三、无机成因气四、非烃类气体成因五、不同成因类型天然气的识别,第五节 天然气的成因类型及特征,6,一、天然气成因类型概述第五节 天然气的成因类型及特征6,天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶性。,天然气: 广义上,是指自然形成的、在标准状态下呈气态的单质和化合物。,两大类:有机成因气、无机成因气,一、天然气成因类型概述,7,天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶性。天然气,无机成因气:根据来源分:宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气,有机成因气: 按有机质类型腐殖型气、腐泥型气 按热演化阶段生物气、热解气、
3、裂解气 腐泥型有机质的热解气和裂解气称为油型气; 腐殖型有机质(包括煤)的热解气和裂解气称为煤型气,8,无机成因气:根据来源分:有机成因气:8,天然气成因综合分类(戴金星、徐永昌等,1997),9,天然气成因综合分类(戴金星、徐永昌等,1997)9,(一)、有机成因气形成机理,热解作用:温度作用下有机质降解成烃,大分子烃热 裂解成更小分子烃。,生物化学作用:主要指产甲烷菌利用二氧化碳、氢、甲 酸、醋酸和甲醇等形成甲烷的过程。,力化学作用:构造作用引起的机械能(压力)作用于 有机质,直接参与有机质分解的化学键断 裂,即力化学作用。,二、有机成因气,10,(一)、有机成因气形成机理 热解作用:温度
4、作用下有机质降解,催化作用:粘土矿物作为催化剂在有机质成烃演化过 程中可加速成烃化学反应速度,并降低了反 应的活化能,使有机质在低温阶段形成烃类。,加氢作用:与烃类相比,有机质贫氢富杂原子,通过加 氢可形成气态烃;氢主要来源于不饱和环状单 元的缩聚作用。,11,催化作用:粘土矿物作为催化剂在有机质成烃演化过 加氢作,脱基团作用:脂肪酸脱羧基形成烃类,氨基酸脱氨基 和羧基形成烃类,缩聚作用:具两个或两个以上官能团的物质相互作用, 在形成大分子同时形成小分子气态烃的过程,12,脱基团作用:脂肪酸脱羧基形成烃类,氨基酸脱氨基 缩聚作,(二)、有机成因气的主要类型,依据有机质的类型有机成因气分,按热演
5、化阶段分,腐泥型气、腐殖型气,生物气、热解气、裂解气,腐泥型有机质的热解气和裂解气合称油型气,腐殖型有机质的热解气和裂解气合称煤型气,13,(二)、有机成因气的主要类型依据有机质的类型有机成因气分,14,14,腐泥型生物气腐殖型生物气,1. 生物气,在低温(75)、还原条件下,由微生物(厌氧细菌)对沉积物有机质进行生物化学降解所形成的富含甲烷气体。,依有机质类型分,又称生物化学气、生物成因气、细菌气、沼气,15,腐泥型生物气1. 生物气在低温(75)、还原,商业性烃类天然气聚集主要有两种成因类型:生物成因气:占世界天然气资源的20%。热成因气:有机质在较高温度下热降解和裂解作用生成的。占商业性
6、天然气聚集的80%,16,商业性烃类天然气聚集主要有两种成因类型:16,我国典型生物气气田:柴达木盆地东三湖地区,埋深1400米,气藏温度60,第四系砂岩储层,C1/C2=1001000,13C-65。 在渤海湾盆地也有发现,如惠民凹陷阳信地区。,目前已发现的生物气以白垩系居多(KQ),其次为第三系和第四系。80%以上储量集中在西西伯利亚地区。,17,我国典型生物气气田:柴达木盆地东三湖地区,埋深1400,1)丰富的原始有机质,2)严格的缺氧、缺硫酸盐还原环境,特别是腐殖型和混合型有机质,这是产生大量甲烷气的基础,产CH4菌繁殖的必要条件,4)足够的孔隙空间,5)较快的沉积速率,3)适合甲烷菌
7、繁殖的地温(75)和介质PH值(6.5-7.5),产甲烷菌的繁殖需要一定的空间,沉积速率快有利于生物气形成,(1)生物气的形成条件,18,1)丰富的原始有机质2)严格的缺氧、缺硫酸盐还原环境 ,19,19,湖泊沉积物中:由于含盐量低,缺SO42-,PH值中等呈中性,所以甲烷菌出现较早,在近地表浅层即开始大量生成CH4,但因埋藏太浅,大部分散失或氧化,不易保存下来形成气藏。,半咸水或咸水湖泊中:尤其是碱性咸水湖,可抑制产甲烷菌过早大量繁殖,也有利于有机质保存。当埋深到一定深度后,有机质分解使介质PH降到6.57.5时,产甲烷菌才能大量繁殖,此时生成的CH4容易保存,并可聚集成工业气藏。,20,湖
8、泊沉积物中:由于含盐量低,缺SO42-,PH值中等呈中性,,(2)生物气的特点,以CH4为主、 98%,干气;干燥系数C1/C2100或数百以上 甲烷:富集轻的碳同位素12C, 13C低(-55100),多数在-60-80 。 甲烷:D低( -250150 )。腐殖型生物气D:210280;腐泥型生物气D:-150-210。 有热解气混入以及厌氧氧化时,同位素可变重 气藏埋藏浅(一般1500米),浅层未成熟带,有机质 的Ro0.5%。,21,(2)生物气的特点 以CH4为主、 98%,干气;干燥,指腐泥型和腐殖腐泥型有机质演化进入成熟阶段后形成的天然气。,2. 油型气,石油伴生气、凝析油伴生气
9、、裂解干气,根据热演化阶段可分为,22,指腐泥型和腐殖腐泥型有机质演化进入成熟阶段后形成的天然气。,两个演化途径:1)干酪根热解直接生成气态烃; 2)干酪根热降解为石油,在地温继续增高的条件下,石油裂解为气态烃。,(1)油型气的形成过程,23,两个演化途径:(1)油型气的形成过程23,实验:,自然演化模式:,自然条件下,CH4存在的最高温度为400500,埋深12000米。,24,实验:自然演化模式:自然条件下,CH4存在的最高温度为400,干酪根在热演化过程中,同时存在放氢的芳香烃缩合作用与加氢的正烷烃歧化作用。前者从低分子的菲逐渐缩合稠化为多核稠环芳香烃,直到石墨,放出大量氢;氢能用于后者
10、形成C5和C12正烷烃,进一步裂解为C3、C5和C6正烷烃,最终产物是甲烷、乙烷和丙烷。,25,干酪根在热演化过程中,同时存在放氢的芳香烃缩合作用与加氢,干酪根在热演化过程中,同时存在放氢的芳香烃缩合作用与加氢的正烷烃歧化作用。,26,干酪根在热演化过程中,同时存在放氢的芳香烃缩合作用与加氢,放氢的芳香烃缩合作用: 从低分子的菲逐渐缩合稠化为多核稠环芳香烃,直到石墨,放出大量氢;加氢的正烷烃歧化作用: 氢能用于后者形成C5和C12正烷烃,进一步裂解为C3、C5和C6正烷烃,最终产物是甲烷,石油热演化的缩合作用和歧化作用,27,放氢的芳香烃缩合作用:石油热演化的缩合作用和歧化作用27,在地层条件
11、下,石油及天然气生成后,一直处于地温加热状态下,这种温度使烃类缓慢而持续地向稳定状态改变其分子结构。烃类分子最稳定的异构体是那些带有最低自由能的分子。,28,在地层条件下,石油及天然气生成后,一直处于地温加,各种烃类的热稳定性,零线代表元素碳和氢的自由能;正烷烃的自由能随碳数增加而增大,甲烷的自由能最低,因而最稳定;碳数相同的烃类的自由能,烯烃环烷烃正烷烃,烯烃最不稳定;芳香烃在低中温(250300)时,自由能超过环烷烃和正烷烃,而在高温条件下则相反。在极高温条件下,芳香烃高度缩合,是最稳定的。,29,各种烃类的热稳定性零线代表元素碳和氢的自由能;正烷烃的自由能,油型气演化方向:从石油伴生气凝
12、析油伴生气 热裂解气和高度碳化的石墨,油气的演化服从中低温状态下的规律,即 碳数相同的烃类自由能:芳香烃环烷烃正烷烃 正烷烃稳定,芳香烃最差,30,油型气演化方向:从石油伴生气凝析油伴生气油气的演化服从中,(2)油型气特点,主成气母质:腐泥型、腐腐泥型有机质;热演化阶段:RO大于0.5%,湿气,重烃气含量可达2050%,C1/C2+小(410) 13C1低(-55-45),D C1低(-300-180) iC4/nC4比值明显小于1,随有机质成熟度,iC4/nC4,在生油窗约为0.70.8,各种油型气是在干酪根不同热演化阶段的产物,其化学成分不同,1)石油伴生气:,31,(2)油型气特点主成气
13、母质:腐泥型、腐腐泥型有机质;热演化阶,C2+较多, C1/C2+小(1020); 13C1(-50-40),D C1(-250-150),比石油伴生气偏重。,2)凝析油伴生气,以甲烷为主,重烃气极少(12%); C1/C2+=20100;13C1-35-40,3)裂解干气,由 1)2)3):C2+,CH4;13C1、DC1变重,32,C2+较多, C1/C2+小(1020);2)凝析油伴,我国若干油型气的组成特点(陈荣书,1989),33,我国若干油型气的组成特点(陈荣书,1989) 33,油型气分布很广,在含油气盆地中只要发现了油藏,都有可能找到数量不等的油型气。 它们可以呈不同状态存在。
14、石油伴生气或呈游离气顶、或呈溶解气状态与油藏伴生,多分布在盆地的中深部,深约15003500m。,34,油型气分布很广,在含油气盆地中只要发现了油藏,都有可,与煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)热演化有关的天然气,称为煤型气或煤成气。包括成熟、高成熟及过成熟阶段生成的天然气,3. 煤型气,煤型气、煤成气和煤层气的差异:煤成气原指煤层在煤化过程中所生成的天然气;也可理解为煤型气的同义语。煤层气是指以吸附状态存在于煤层中的煤成气。,35,与煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)热演化有关,(1)煤型气的形成阶段,煤型气的原始有机质,主要来自各种门类植物的遗体,不同时代参与成煤作
15、用的植物门类不同。志留纪以前,以藻菌类植物为主,仅形成腐泥煤。志留纪开始出现陆生植物,石炭纪以来,陆生高等植物成为成煤原始有机质的主要来源。 这些有机质(主要为碳水化合物和木质素)若大量堆积,随着埋深的增加,经泥炭化及煤化作用或成岩作用,可演变成不同煤阶的煤或腐殖型(型)干酪根。 煤层或腐殖型干酪根在化学成分及结构上以含带许 多烷基侧链和含氧官能团的缩合多核芳香核为主,在热演化过程中以产气态烃为主。,36,(1)煤型气的形成阶段 煤型气的原始有机质,主要来自各,氧气有限,随着埋深的增加,经泥炭化及煤化作用,可演变成不同煤阶的煤;呈分散状态伴随矿物质一起沉积下来,随着埋深的增加,经成岩作用则形成
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