石油与天然气

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1、石油与天然气石油与天然气绪论绪论 （1） 石油与天然气地质学的研究内容 石油（Petroleum）是指在地壳岩石空隙（孔、洞、缝）中天然生成的，以液态烃为主的可 燃有机矿产。 天然气（Natural gas）广义上指自然界存在的一切气体。油气地质上指的是在地壳岩石空 隙（孔、洞、缝）中天然生成的，以气态烃为主的可燃有机矿产。 可燃有机矿产是指这些矿产资源是由深埋于地下的古代动植物遗体经过漫长的物理、化学、 生物化学变化而演变成的，属有机成因，而且又可以燃烧，所以称可燃有机矿产。 研究内容：生、储、盖、运、圈、保 油气地质学三大核心问题： （1）成烃（2）成藏（3）油气分布规律 （2）世界及我国

2、油气资源的发展历程略 （3）怎样学好石油与天然气地质学略第一章第一章 油气水特征油气水特征 （1） 掌握以下概念： 石油沥青类、生物标志化合物、荧光性、旋光性、凝析油、凝析 气石油沥青类： 天然气、石油及石油的固态衍生物的统称生物标志化合物（分子化石、地球化学化石、指纹化合物）：指来源于生物体，基本 保持了原始物质的碳骨架，记载了原始生油母质特殊分子结构信息的有机化合物荧光性 石油在紫外光的照射下能产生荧光的性质旋光性 当偏振光通过天然石油时，石油能使其振动面旋转一个角度的特性当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发而形成的气体，称为凝析气。采至 地面过程中，随着温度、压力下降，这部分气可

3、凝结析离成轻质油，称为凝析油。（2） 掌握石油的化学组成和组分组成石油的化合物组成 烃类：烷烃、环烷烃、芳香烃 非烃：含 N、O、S 的化合物 石油的组分是根据石油中的不同成分在不同溶剂中选择性溶解对石油成分进行的分类 常用的有机溶剂有：正己烷、石油醚、苯、酒精-苯、氯仿 （4）理解并掌握油田水的来源 广义上，指油气田区域内的地下水 狭义上，指油气田范围内直接与油层连通的地下水 油田水的来源： 沉积水：沉积物堆积过程中保存在其中的水 渗入水：大气降雨时渗入地下空隙和渗透性岩层中的水 深成水：来自上地幔及地壳深处、由岩浆游离出来的初生水和变质作用过程中产生的变质 水转化水： 沉积成岩和烃类形成过

4、程中，粘土转化脱出的层间水及有机质向烃类转化时分解 出的水（5）理解并掌握油田水的苏林分类（6）了解碳同位素分布机理 略 （7）掌握碳、氢同位素分布特点碳同位素分布特点：1）原油的 13C 值介于-24-31，海相油较陆相油重 2）时代老的石油， C12 富集， 13C 低3）由饱和烃芳烃非烃，13C 逐渐增大 4）天然气 13C 变化范围大（20100）低温浅层生成的天然气，13C 低，小于-55 中深层高温条件下生成的天然气，13C 高，-55- -20 同一天然气，13C113C213C313C4 氢同位素分布特点：1）原油中 D 一般为80160。天然气 D 一般为105270；与 1

5、3C 有一定的正相关性， 即 13C 高，D 也高。2）饱和烃 D芳烃 D非烃 D。3）生物成因气 13C、D 较低，热解成因气 13C、D 都较高。4）同油气聚集伴生的水中 H2 含量增高，由于石油与水的氢同位素交换，产生了富 H2 的石油。古老地层水中 H2 含量较多。 第二章第二章 油气成因油气成因 了解油气有机成因和无机成因说及各自证据 略 掌握以下概念：沉积有机质、干酪根、氯仿沥青“A” 、未熟-低熟油、煤成油、生物化 学气、油型气、煤型气、无机成因气、烃源岩、有机碳含量（TOC）沉积有机质 随无机质点一起沉积并保存下来的那部分生物残留物质。也是它所寄存 的地质体的一部分，所以也叫地

6、质有机质。其中既包括生物的遗体，也包括生物生命过程 中的排泄物和分泌物。地地表表淡淡水水0 01 11 1N Na a2 2S SO O4 4型型油油田田水水 （高高矿矿化化度度） 地地表表淡淡水水 （低低矿矿化化度度）0 01 11 1N Na aH HC CO O3 3型型海海水水 盐盐湖湖水水1 10 01 1M Mg gC Cl l2 2型型深深成成水水 油油田田水水1 10 01 1C Ca aC Cl l2 2型型（C Cl l- -N Na a）/ /M Mg g（N Na a- -C Cl l）/ /S SO O4 4N Na a/ /C Cl l环环境境成成因因系系数数（毫毫

7、克克当当量量% %）水水型型地地表表淡淡水水0 01 11 1N Na a2 2S SO O4 4型型油油田田水水 （高高矿矿化化度度） 地地表表淡淡水水 （低低矿矿化化度度）0 01 11 1N Na aH HC CO O3 3型型海海水水 盐盐湖湖水水1 10 01 1M Mg gC Cl l2 2型型深深成成水水 油油田田水水1 10 01 1C Ca aC Cl l2 2型型（C Cl l- -N Na a）/ /M Mg g（N Na a- -C Cl l）/ /S SO O4 4N Na a/ /C Cl l环环境境成成因因系系数数（毫毫克克当当量量% %）水水型型干酪根 沉积岩中

8、不溶于碱、非氧化性酸、非极性有机溶剂中的分散有机质。氯仿沥青“A” （游离沥青）： 岩样未经稀酸（HCl）处理，用氯仿抽提出的产物未熟-低熟油 所有非干酪根晚期热降解成因的各种低温早熟的非常规石油。生物化学气： 只在成岩作用或有机质演化早期阶段，沉积有机质通过微生物的发酵和合 成作用形成的以甲烷为主的天然气油型气： 指腐泥型沉积有机质进入成熟阶段以后所形成的天然气，包括伴随生油过 程形成的湿气、以及高成熟和过成熟阶段由干酪根和液态烃裂解形成的凝析油伴生气和裂 解干气。煤型气： 指由各种产出状态的腐殖型有机质在热演化过程中形成的天然气。 无机成因气 指不涉及有机物质反应的一切作用和过程所产生的气

9、体，包括地球深部岩 浆活动、变质作用、无机矿物分解、放射作用以及宇宙空间所产生的气体。 烃源岩： 广义上，是指所有具有潜在生烃能力的岩石，从石油地质勘探角度，主要 是指已经生成并排出足以形成商业性油气聚集的烃类的岩石。 有机碳含量（TOC） 是指岩石中所有有机质含有的碳元素的总和占岩石总重量的百分比。 理解并掌握影响有机质丰度的因素 （1）长期稳定下沉大地构造背景； （2）较快的沉积（堆积）速度； （3）足够数量和一定质量的原始有机质； （4）温暖湿润、低能还原性岩相古地理环境 理解并掌握干酪根的光学和化学分类 光学分类化学分类丝 炭化的木质纤维灾、再沉积有机质，相对富O惰质组植物的结构和无结

10、构木质纤维自高等植物镜质组陆生植物的孢子、花粉、角质层、树脂、蜡和木栓层等H壳质组反射率增高生油潜力降低藻类和其它低等水生生物及细菌。腐泥化产物，相对富H腐泥组反射率生油潜力原始有机质丝 炭化的木质纤维，来源于森林火灾、再沉积有机质，相对富惰质组植物的结构和无结构木质纤维，来镜质组陆生植物的孢子、花粉、角质层、树脂、蜡和木栓层等，相对富壳质组反射率增高生油潜力降低藻类和其它低等水生生物及细菌。腐泥化产物，相对富腐泥组反射率生油潜力原始有机质显微组分 理解并掌握有机质成烃演化模式 1）生物化学生气阶段（未成熟阶段） 埋深：0-1500m 温度：10-60 演化阶段：Ro250 演化阶段：Ro2.

11、0% 变质作用阶段 机理：热裂解、热变质作用 产物： 干气 固体沥青 次石墨 掌握烃源岩的岩性特征 粒度细 颜色暗 富含有机质和微体生物化石 常含原生分散状黄铁矿 偶见原生油苗 粘土岩类烃源岩灰黑色、深灰色、灰色及灰绿色 的泥岩和页岩 碳酸盐岩类烃源岩灰黑色、深灰色、褐灰色、灰色的石灰岩、生物灰岩、泥灰岩，常含泥质成分 煤系烃源岩煤和煤系地层中的暗色泥岩 了解有利于烃源岩发育的地质条件 大地构造条件：长期稳定下沉、补偿性沉积利于沉积物堆积和沉积有机质的保存 古气候环境：温暖湿润提供丰富的生物有机质 古地理环境：低能静水、还原性有利于有机质的堆积和保存 水介质环境：弱碱性 形成烃源岩最有利的沉积

12、环境： 封闭性浅海环境、前三角洲环境、深水-半深水湖泊环境 理解并掌握烃源岩评价的主要地球化学指标 1）有机质丰度 有机质含量=有机碳含量K，K 为转换系数 2）有机质类型 光学分类腐泥组、壳质组、镜质组、惰质组 化学分类I、II1、II2、III 岩石热解参数HI=S2/TOC、OI=S3/TOC 3）有机质成熟度 指盆地中烃源岩有机质的热演化程度。第三章第三章 储集层和盖层储集层和盖层 掌握储集层、盖层的概念及储集层具备的基本特性 具有一定的储集空间，能够储存和渗滤流体的岩石称为储集岩。由储集岩所构成的地层称 为储集层，简称储层 基本特征： 孔隙性 直接决定了岩层能储存油气的数量 渗透性

13、控制着流体在其中流动的难易程度覆盖在储集层之上能够阻止油气向上运动的细粒、致密岩层成为盖层 掌握总孔隙度、有效孔隙度、绝对渗透率、 相对渗透率的概念 总孔隙度：岩样中所有孔隙体积之和与该岩样总体积的比值 有效孔隙度：岩样中能够储集和渗滤流体的连通孔隙体积与岩样总体积的比值。 当岩石中只有单相流体存在，并且流体与岩石不发生任何的物理和化学反应，此时岩石对 流体的渗透率称为绝对渗透率 当多相流体并存时，岩石对其中某一相流体的渗透率，称为岩石对该相流体的相对渗透率， 也称为有效渗透率。 理解并掌握影响碎屑岩储集物性的主要因素 沉积条件 碎屑颗粒的矿物成分：石英砂岩比长石砂岩的储油物性好 碎屑颗粒的粒

14、度及分选性：粒度、分选好，孔渗好 碎屑颗粒的排列方式和磨圆度：立方体堆积、磨圆度好有利 杂基含量：杂基含量多，孔渗性低 成岩作用 压实作用：致密、储层物性变差 溶解作用：次生溶蚀孔隙，储层物性变好 胶结作用：储层物性变差 成岩环境 地温梯度：影响矿物溶解度、矿物转化、流体和岩石反应、有机质成岩演化 异常高压：减缓压实作用、延缓或抑制胶结、产生裂缝 埋藏史：年代效应、低热成熟度地区孔隙度高 试比较砂岩和碳酸盐岩储集性质的差异 理解并掌握盖层封闭油气的机理 超压封闭：依靠盖层异常高孔隙压力封闭油气 油气上方存在异常高的流体压力，对下方的油气造成封闭 烃浓度封闭：依靠较高的烃浓度阻滞下伏油气向上扩散

15、运移 理解并掌握影响盖层封闭性的主要因素 盖层的岩性 盖层的主要岩性：泥岩、盐岩、石膏、硬石膏 韧性 盐岩 石膏层 富含有机质页岩 粉砂质页岩 钙质页岩 燧石岩 厚度 大厚度的盖层对封闭油气是有利的 沉积环境及连续性 水体深、面积大、相对稳定的沉积环境易形成质纯、粒度细、 连续性好的区域性泥质岩盖层 成岩作用及成岩阶段 主要体现在岩石的压实作用、粘土矿物的转化、有机质演化程 度、岩石的塑性。 构造运动 地层抬升剥蚀，盖层残余厚度越小，封闭性越差；断裂作用破坏盖层 封闭性；岩浆或者岩体等侵入作用，可使盖层拱张破裂 。第四章第四章 油气运移油气运移 掌握以下概念：油气运移、初次运移、二次运移 油气运移：地壳中的石油和天然气在各种天然因素作用下发生的移动 初次运移：油气自烃源岩层向储集层或运载层(输导层)的运移 二次运移：油气进入储集层或运载层以后的一切运移 对比油气初次运移和二次运移的相态、动力、通道、主要时期和距离 初次运移（1） 相态 水溶相：油气溶解在水中呈真溶液或胶体溶液