石油天然气地质与勘探

1、第一章石油、天然气、油田水的成分和性质第一节 石油沥青类概述第二节 石油的成分与性质第一章石油、天然气、油田水的成分和性质第三节 天然气的成分与性质第四节 油田水的成分与性质第五节 重质油和固体沥青第六节 石油沥青类中的碳、氢等同位素第二章 石油和天然气的形成第一节 油气成因假说概述第二章 石油和天然气的形成第二节 油气有机成因有关问题一、生成油气的原始物质二、促使油气生成的因素三、有机质成烃演化过程第二章 石油和天然气的形成第三节 烃源岩研究第二章 石油和天然气的形成第四节 天然气成因及其特征第三章 储集层和盖层第一节 储集层（储集岩体）第三章 储集层和盖层第二节 盖层和生储盖组合第四章 石

2、油和天然气的运移第一节 概 述第二节 油气初次运移第四章 石油和天然气的运移第三节 油气二次运移第四节 地下流体势分析第五章 油气聚集及油气藏的形成第一节 圈闭和油气藏概述第五章 油气聚集及油气藏的形成第二节 油气藏形成的基本条件第五章 油气聚集及油气藏的形成第三节 油气聚集机理第五章 油气聚集及油气藏的形成第四节 油气藏形成时间的确定第六章 圈闭与油气藏的类型第一节 概 述第二节 构造圈闭与构造油气藏第六章 圈闭与油气藏的类型第三节 地层圈闭与地层油气藏第四节 岩性圈闭与岩性油气藏第五节 水动力圈闭与水动力油气藏第六节 复合圈闭与复合油气藏第七章 地温场、地压场、地应力场与油气藏形成的关系第

3、一节 地温场与油气藏形成的关系第七章 地温场、地压场、地应力场与油气藏形成的关系第二节 地压力场与地层压力预测第七章 地温场、地压场、地应力场与油气藏形成的关系第三节 地应力场及其与油气藏形成的关系第七章 地温场、地压场、地应力场与油气藏形成的关系第四节 异常压力流体封存箱第七章 地温场、地压场、地应力场与油气藏形成的关系第五节 固态气水合物的形成与分布第六节 凝析气藏的形成与分布第八章 油气聚集单元第一节 含油气盆地及其分类第二节 油气聚集单元划分第八章 油气聚集单元第三节 含油气系统简介第九章 油气资源分布与评价第一节 油气分布特点概述第九章 油气资源分布与评价第二节 我国油气资源分布轮廓

4、第三节 世界油气资源分布轮廓第九章 油气资源分布与评价第四节 主要类型盆地的石油地质特征第九章 油气资源分布与评价第五节 油气资源评价第十章 油气田勘探第一节 概 述第十章 油气田勘探第二节 油气勘探的程序及任务第一章  石油、天然气、油田水的成分和性质第一节 石油沥青类概述第二节 石油的化学成分与物理性质第三节 天然气的化学成分与物理性质第四节 地层水的化学成分与物理性质第五节 重质油、沥青砂和固体沥青简介第六节 石油和天然气中的c、h、s、o、n同位素第一节 石油沥青类概述（petroleum asphalts，petroleum bitumens）天然气、石油及其固态衍生物，统

5、称石油沥青类。 1根据在有机溶剂中的选择性溶解，将石油沥青类分为四组分：（1）油质（oily）溶于石油醚而不被硅胶吸附部分。主要由饱和烃和部分低分子量芳烃组成的淡色粘性液体或蜡状固体。（2）苯胶质（benzene resin；benzene gum）用苯从硅胶中解析产物。分子量3001000，非烃、芳烃，暗色胶状混合物。（3）酒精苯胶质（alcohol-benzene resin；alcohol-benzene gum）用酒精苯从硅胶中解析产物。分子量3001000，非烃，芳烃，暗色胶状混合物。（4）沥青质（bitumin；asphaltum；pitch）溶于氯仿而不溶于石油醚或正已

6、烷的部分。分子量更高（上千、上万、甚至上百万），结构更复杂，非烃，暗褐色黑色沥青状无定形固体。2.用液相色谱分离可得四族分：饱和烃、芳烃、非烃、沥青质3、石油炼制中根据油气沸点，划分出若干种馏分组成： 馏分名称沸点碳原子数化合物轻馏分石油气<35c1-c4烷烃、环烷烃汽油35-190c5-c12中馏分煤油190-260c12-c14烷烃、环烷烃为主，含有芳烃和含s、n、o化合物。柴油260-320c14-c18重瓦斯油320-360重馏分润滑油360-530c19-c25高碳数大分子量环烷烃、芳烃和含s、n、o化合物。渣油>530>c25第二节 石 油一、石油的化学成分1.元

7、素组成（1）    组成石油的化学元素主要有：c、h、o、s、n重量百分比一般为：c84-87%；h10-14%；o+n+s1-4%。     s含量有环境指示意义，石油中s含量平均为0.65%（重量），其中   海相、近海陆相、陆相碳酸盐岩和蒸发岩（半咸咸水）:s高（>1%）；内陆相（淡水）:s低（<1%）    s>2%高硫原油；s0.5%低硫原油；s0.5-2%含硫原油（2）微量元素：     

8、0;  v、ni高且v/ni>1海相；v/ni<1陆相2.化合物组成 烃烷烃饱和烃环烷烃芳烃环烷芳烃不饱和烃非烃含n、含s、含o化合物 （1）烷烃（paraffin alkane）常温常压下：  c1-c4（甲烷丁烷）气态；c5-c16（戊烷十六烷）液态（直链烷烃）；c17固态正构烷烃（nalkane）石油中正构烷烃的碳数多数c35，个别可达c200（美国）。不同碳原子数的正烷烃相对含量呈一条连续的曲线，称为正烷烃分布曲线。这说明正烷烃同系物是一个连续渐变系列。曲线上极大值为主峰碳，曲线形态、主峰碳数与成油母质类型、成油环境及演化程度有密切关

9、系。通常，  a.陆相有机质形成的石油：高碳数（c22）正烷烃多；  海相（浮游生物菌藻类）形成的石油：低碳数（c21）正烷烃含量多。  b.年代老、埋深大，有机质演化程度较高的石油：低碳数正烷烃居多；  有机质演化程度较低的石油：正烷烃碳数偏高。  c.受微生物强烈降解的原油：正烷烃常被选择性降解，一般含量较低，低碳数的更少。异构烷烃（isoalkane）石油中的异构烷烃以c10为主，高碳数者以类异戊二烯型烷烃最重要，研究得最多。生物标志化合物：是指来源于生物体，基本保持了原始组分的碳骨架，记载了原始生油母质特殊分子结构信息的有机化合物。&#

10、160;   作为生物标志化合物，意义最大的异戊间二烯型烷烃是：2、6、10、14四甲基十五烷（姥鲛烷）（pr）；2、6、10、14四甲基十六烷（植烷）（ph）（2）环烷烃（cycloalkane=naphthene）多为五员环（环戊烷）和六员环（环己烷）及其衍生物，以单环和双环为主，多环中以四环甾烷和五环萜烷较为重要，也是重要的生物标志化合物，广泛应用于烃源岩成熟度分析和油源对比中。这类化合物有明显的旋光性，它们的存在被认为是石油有机成因的标志。（3）芳烃（aromatic hydrocarbon）是由一个或多个苯环构成的不饱和烃。有单环（苯、甲苯）、多环（联苯等）、稠环

11、（萘、菲等）。   石油的低沸点馏分中，芳烃较少，主要为单环芳烃；   石油的高沸点馏分中，芳烃增多，多环、稠环芳烃主要出现于重馏分中。   随着石油成熟度，芳烃系列向低环方向演化。（4）非烃化合物（non-hydrocarbon chemical compound）主要是含硫、氮、氧化合物，重馏分中居多。总含量不多，但种类不少。含氧化合物主要有石油酸（环烷酸、酚、脂肪酸）、醛、酮等。其中环烷酸可与金属结合形成环烷酸盐，在油田水中常见，可作为找油的一种标志。含氮化合物中的卟啉类与生物色素有亲缘关系，被作为石油有机成因重要证据

12、。高温（>250）或氧化条件下，卟啉即被破坏、分解、所以一般石油中存在卟啉，说明石油形成和经受的温度都不高于250，所以地层越老卟啉越少。二、原理的物理性质1.颜色在透射光下，大多数石油是黑色的，但也有淡黄色、无色、黄褐、深褐、黑绿色等。原油颜色深浅与芳烃、非烃含量有关：若芳烃非烃含量高，颜色深；反之，颜色浅。2.比重在我国和前苏联，原油比重用d420表示，是指1atm下，20单位体积原油与4单位体积纯水的重量比。一般d420=0.750.98，变化较大。>0.9重质油；<0.9轻质油美国用api度（american petroleum institute）、西欧用波美度表示

13、原油比重。api度和波美度与d420在数值上正好相反，前者越大，后者越小，油质越轻。3.粘度：viscosity三种表示方式：绝对粘度：（t）；运动粘度（vt=t /（比重）；相对粘度（恩氏粘度）et a.原油的比重、粘度的影响因素： 化学成分：烃c数或者芳烃、含s、n、o化合物（非烃）：d420，。同c数烃的d420、：烷<环烷<芳烃。 溶解气量：d420，。 温度：（地下石油远小于地面石油）；d420。 压力p: 有无气顶时的影响有差别。4.溶解性：solubleness .难溶于水。   a.&#

14、160;   石油中各种成分在水中溶解度由大小顺序是：非烃芳烃环烷烃烷烃。同族组分中：分子量，溶解度，故气态烃易溶。   b.温度或水中溶解co2量，石油在水中溶解度。   c.若水中含盐度，烃溶解度。 .可溶于气（烃气）。在地下，液态烃溶于气态烃的条件是：较高t、p，一定t范围如180250，圈闭中气态烃多液态烃少，即气溶剂，液溶质。 .不同化合物选择性溶解于氯仿（chcl3）、苯、ccl4，石油醚等有机溶剂中。5.荧光性：fluorescence of petroleum石油在紫外光的照射下，其中的不饱和烃及其

15、衍生物能吸收紫外光中波长较短，能量较高的电子，随后放出波长较长而能量较低的可见光，这种低能量的可见光称作荧光。石油在紫外光的照射下能产生荧光的这种特性，被称作石油的荧光性。石油的荧光性取决于它的化合物组成，石油中的饱和烃不发光。多环芳烃、油质发天蓝色光，胶质发黄色光，沥青质发褐色光。6.旋光性当偏振光通过石油时，石油能使其振动面旋转一个角度（o.几几度），石油的这种特性称为旋光性。石油具有旋光性是因为含有结构不对称的有机化合物。7.导电性    石油导电性极差，具高电阻率。石油电阻率可视为无限大，非导体。利用这一特性在视电阻率测井曲线上可确定油，水层。三、石油的分

16、类据油源环境分：海相油、陆相油据有机质成熟度分：低熟（未熟）油、成熟油、高熟油。石油的地球化学分类：（b.p.tissot and welte）:这一分类根据烃类、非烃的相对含量，并参考了石油中的含硫量，适用于>210沸点的馏分。在沸点>210的馏分中：令：s饱和烃；p烷烃（石蜡烃）；n环烷烃，则spn；令aa芳烃含n.s.o化合物（胶质，沥青质）；以p、n、aa作为三角图解的三端元，同时参考含硫量，作三角图解。烃类成分含量含硫量类型s50%aa50%p40%，且pn1%：石蜡型p40%，且n40%：石蜡环烷型pn，且n40%：环烷型s50%aa50%p10%1%：芳香中间型p10

17、%且n25%，1%：芳香环烷型p10%且n25%，1%：芳香沥青型四、海陆相石油的基本区别海相石油：以芳香中间型和石蜡环烷型为主，v/ni1。饱和烃占2570%，芳烃占2560%；高硫（1%）、低蜡（5%）。陆相石油：以石蜡型为主，部分石蜡环烷型。v/ni1。饱和烃占6090%，芳烃占1020%；高蜡（5%）、低硫（1%）。第三节 天然气一、化学组分分类（成分）：烃气：c14为主，ch4最多，可溶有少量c5、c6等。ch4>95%，c25%，贫（干）气；ch495%，c25%，富（湿）气；非烃气：n2、co2、co、h2s、h2、微量惰性气体（无氧气）。二、产状类型根据气体在地下存在的状

18、态分：聚集型、分散型两大类，具体有以下几类：气藏气、气顶气、溶解气、凝析气、煤层气、固态气水合物。1.气藏气：纯气藏中的气体。可为烃气，也可能为非烃气。2.气顶气：油气藏中呈游离气顶产出的天然气。湿气、成因、分布均与石油有关。3.凝析气：地下高t高p（t180250）：一定t、p范围内，若油气藏中气多油少，部分低c数液态烃可溶于烃气或者逆蒸发成气。这种气叫凝析气。采至地面过程中，随t、p，这部分气可凝结析离成轻质油，称凝析油（condensates）。4.溶解气：油溶气（湿气，c2可达40%）；水溶气（ch4、n2、c2气、co2少）相同条件下，天然气在石油中溶解度远大于在水中溶解度。5.煤层

19、气：煤层吸附气或游离状态天然气。6.固态气水合物：高p低t条件下，ch4等气体分子被封闭冻结在水分子扩大晶格中，形成固体物，称固态气水合物。气水合物的形成条件中最重要的是必须存在液态水，其次是温度、压力条件。极地、冻土带、深海沉积物分布区。能形成水合物的烃类气体有：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。正丁烷较少。第四节 油田水广义上：指油气田区域内的地层水。（油层水、非油层水）狭义上：指油气田区域内的油层水。油层水：带色、混浊、比重>1，有h2s味或者汽油味，导电。含mgso4时有苦味。非油层水：a.上层水；b夹层水；c.下层水油层水：d.底水；e.边水一、来源：沉积水、渗入水、深成水。二、矿化度单

20、位体积水中所含溶解状态的固体物质总量。即单位体积水中各种离子，元素及化合物总含量。用g/l、mg/l、ppm（百万分之一）表示。三、化学组成1.无机盐类：主要有以下阴、阳离子阳离子： na(k)ca2、mg2阴离子：cl-、hco3-、so42-、（含co32）2.有机组分：主要有环烷酸、酚、苯等，据此可进行地化勘探。3.溶解气：co2、co、n2、ch4、c2（无o2）4.微量元素：sr、ba、fe、al等，有20多种。四、水型水型成因系数（毫克当量%）na/cl（na-cl）/so4（cl-na）/mg深成水、油田水cacl2型101偶：地表水mgcl2型101海水、盐湖水nahco3型1

21、10油田水（高矿化度）地表淡水（低度）na2so4型110地表淡水第五节 重质油和固体沥青一、重油和沥青砂重油：在原始油层温度下，脱气原油粘度为（100-10000）×103pa·s，或在标准条件下密度为0.934-1.00g/cm3的原油。沥青砂（超重油）：在储层条件下，粘度为大于10000mpa·s，或在标准条件下密度大于1.00g/cm3的原油。1、元素组成：与常规原油相比，（1）氧、硫、氮等元素含量高。（2）更富含微量元素，高于常规原油几倍至几十倍。2、化合物组成烃类含量低（一般小于60%），非烃、沥青质含量高（1030%）。3、物理性质由于重油和沥青砂比

22、常规油的高分子烃和杂原子化合物含量高,在物理性质上,具有比重大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点低等特点。二、固体沥青石油的固态衍生物。指油气在热力和氧化、细菌生物化学作用下，次生变化的产物。物理分异产物地蜡高氮沥青贫胶沥青风化产物软沥青地沥青石沥青硬沥青脆沥青腐殖化产物酸性碳质沥青腐质碳质沥青变质产物碳质沥青黑沥青焦性沥青碳沥青次石墨其中：石蜡（paraffin）：主要由碳原子数1736的高分子（分子量约300600）正构烷烃组成的常温下似虫蜡的白色半透明固体。地蜡（ozokerite）：主要由高分子异构烷烃、长链环烷烃、及碳原子数3753的正构烷烃组成的在常温下似蜂蜡的黄色棕褐色固体（分

23、子量约500700）。地蜡在石油中一般处于溶解状态。软沥青（maltha）：指由富含环烷烃和芳香烃的重质石油（轻质组分散失）被氧化而成的粘稠状液体到半固体产物。其密度为0.971.00g/cm3。地沥青（asphaltite，asphalt）：由软沥青进一步软化成呈粘性的树脂状无定形固体产物。其熔点高于100。石沥青（rock asphalt）：由地沥青进一步氧化或碳化变质而成的具明亮松脂状光泽和贝壳状断口的黑色固体产物。其熔点约在80320。碳质沥青（carboit）：由地沥青、石沥青遭受变质作用的黑色固体产物。其熔点高于300，不溶于或稍溶于有机溶剂。碳沥青（anthraxolite）：一

24、种变质程度很高、含碳95%以上的黑色坚硬固体，既不熔化，也不溶于有机溶剂。第六节 石油沥青类中的c、h等同位素一、同位素的基本概念在化学元素周期表上占同一位置，具相同质子数(z)和不同中子数(n)的元素的原子，称为该元素的同位素。换言之，同位素是原子核内具相同数量的带正电质子而原子量不同的原子。1、稳定同位素原子核结构不会自发改变的同位素。例如c612、c613 质量大者称重同位素，质量小者称轻同位素。2、放射性同位素即不稳定同位素，系指那些能自发进行蜕变(即改变自己的原子量)，形成质子数不同的新原子的同位素。1、碳稳定同位素1、稳定碳同位素分馏同位素分馏：同位素在两种同位素比值不同的物质间的重新分配作用。碳同位素分