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、有机质成炫演化过程第二章石油和天然气的形成第三节 烽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油和天然气的运移第一节 概述第

2、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 油气藏形成的根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确实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

3、 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

4、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助探第一节 概述第十章油气田助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、Q 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

5、于石油醒而不被硅胶吸附局部.主要由饱和烧和局部低分子量芳煌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300 1000,非烧、芳烧,暗色胶状混合物.(3) 酒精一苯胶质(Alcohol-benzene resin ; Alcohol-benzene gum )用酒精苯从硅胶中解析产物.分子量300- 1000,非烧,芳烧,暗色胶状混合物.(4)沥青质(Bitumin ; Asphaltum ; Pitch )溶于氯仿而不溶于石油醍或正已烷的局部.分子量更高(上千、上万、甚至上百万),结构更复杂,非烧,暗褐

6、色-黑色沥青状无定形固体.2.用液相色谱别离可得 四族分：饱和烧、芳煌、非烧、沥青质3、石油炼制中根据油气沸点,划分出假设干种微分组成:福分名称沸点碳原子数化合物稍微分石油气<35 CC1-C4烷烧、 环烷烧汽油35-190 CC5-C12中 储 分煤油190-260 CC12-C14烷烧、环烷烧为主,含 用芳煌和含 S、N、O化 合物.柴油260-320 CC14-C18重瓦斯油320-360 C重 储 分润滑油360-530 CC19-C25高碳数大分子量环烷 煌、芳煌和含 S、N、O 化合物.渣油>530 C>C25第二节石油一、石油的化学成分1 .元素组成(1) 组成

7、石油的化学元素 主要有：G H、.S、N重量百分比一般为：C-84-87%; HI- 10-14%; O+N+S-1-4%.S含量有环境指示意义,石油中S含量平均为 (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；Sv %-低硫原油；S= %-含硫原油(2) 微量元素：V、Ni高且V/Ni>1 海相；V/Ni<1 陆相2 .化合物组成煌烷烧饱和燃环烷烧芳煌+环烷芳煌不饱和煌非煌含M含S、含O化合物1烷烧Paraffin alkane 常温常压下：C-C4 甲烷-丁烷一气态；C5-C16

8、戊烷-十六烷一液态直链烷烧； C7固态正构烷煌N alkane 石油中正构烷煌的碳数多数wC35,个别可达 G00 美国.不同碳原子数的正烷煌相对含量呈一条连续的曲线,称为正烷伯分布曲线.这说明正烷烧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系.通常,a.陆相有机质形成的石油：高碳数 OC22正烷烧多；海相浮游生物菌藻类形成的石油：低碳数WC21正烷烧含量多.b.年代老、埋深大,有机质演化程度较高的石油：低碳数正烷煌居多；有机质演化程度较低的石油：正烷煌碳数偏高.c.受微生物强烈降解的原油：正烷烧常被选择性降解,一般含量较低,

9、低碳数的更少.异构烷烧Isoalkane 石油中的异构烷煌以w G.为主,高碳数者以 类异戊二烯型烷煌 最重要,研究得最多.生物标志化合物 ：是指来源于生物体,根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.作为生物标志化合物,意义最大的异戊间二烯型烷煌是：2、6、10、14四甲基十五烷姥蚊烷Pr; 2、6、10、14四甲基十六烷植烷Ph2环烷烧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,多环中以四环管烷和五环菇烷 较为重要,也是重要的生物标志化合物,广泛应用于燃源岩成熟度分析和油源 比照中.这类化合物有

10、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芳煌Aromatic hydrocarbon 是由一个或多个苯环构成的不饱和烧.有单环苯、甲苯 、多环联苯等、稠环蔡、菲 等. 石油的低沸点储分中,芳煌较少,主要为单环芳煌；石油的高沸点福分中,芳煌增多,多环、稠环芳煌主要出现于重福分中. 随着石油成熟度,芳煌系列向低环方向演化.（4） 非煌化合物 Non-hydrocarbon chemical compound 主要是含硫、氮、氧化合物,重储分中居多.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

11、的一种标志.含氮化合物中的吓咻类与生物色素有亲缘关系,被作为石油有机成因重要证据.高温250 C或氧化条件下,吓咻即被破坏、分解、所以一般石油中存在吓咻,说明石油形成和经受的温度都不高于250 C,所以地层越老吓咻越少.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.原油颜色深浅与芳煌、非燃含量有关：假设芳+非煌含量高,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,20c单位体积原油与 4c单位体积纯水的重量比.一般d42°=,变化较大.重质油； 轻质油美国用 API度American P

12、etroleum Institute 、西欧用波美度表示原油比重.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 v : Viscosity三种表示方式：绝对粘度：刀t；运动粘度Vt= Y1t / 比重；相对粘度恩氏粘度EtA.原油的比重、粘度的影响因素：化学成分：煌C数T或者芳姓、含S、NO化合物非烧仙d420 T,门.同C数煌的d420、八 烷环烷 芳煌.溶解气量T : d420 J , w J.温度T ：.地下石油w远小于地面石油w ; d；0J.压力P:有无气顶时的影响有差异.4 .溶解性：Solubleness .难溶于水.a.石油中各种成分在水

13、中溶解度由大-小顺序是：非煌-芳煌-环烷煌-烷煌.同族组分中：分子量T,溶解度故气态烧易溶.b.温度T或水中溶解 CO量T ,石油在水中溶解度T.c.假设水中含盐度T ,烧溶解度J. .可溶于气烧气.在地下,液态烧溶于气态煌的条件是：较高T、P, 一定T范围如180 250C,圈闭中气态烧多液态烧少,即气溶剂,液溶质. .不同化合物选择性溶解于氯仿 CHC3、苯、CCl4,石油醛等有机溶剂中.5 .荧光性： Fluorescence of petroleum石油在紫外光的照射下,其中的 不饱和烧及其衍生物 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

14、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,石油中的饱和烧不发光.多环芳烧、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.石油具有旋光性是由于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：and Welte :这一

15、分类根据煌类、非煌的相对含量,并参考了石油中的含硫量,适用于>210C沸点的储分. 在沸点>210C的微分中：令：S=饱和烧；P=烷煌石蜡烧；"环 烷烧,那么S= P+ N;令人人=芳煌+含化合物胶质,沥青质；以P、M AA作为三角图解的三端元,同时参考含硫量,作三角图解.蜂类成分含量含硫量类型S> 50%AA< 50%P> 40% 且 P>N< 1%I :心蜡型P< 40%,且N< 40%n ：石蜡环烷型P< N,且N>40%m：环烷型S< 50%AA> 50%P>10%>1%IV:芳香一中间

16、型P< 10%MN> 25%,< 1%V :芳香环烷型P< 10%MN< 25%,>1%IV:芳香沥青型四、海陆相石油的根本区别海相石油：以芳香中间型和石蜡环烷型为主,V/Ni>1.饱和炫占25- 70% 芳炫占25- 60% 高硫> 1%、低蜡< 5%.陆相石油：以石蜡型为主,局部石蜡环烷型. V/Ni<1.饱和炫占 60-90% 芳炫占 10-20% 高蜡> 5%、低硫< 1%.第三节天然气一、化学组分分类成分：炫气：C4为主,CH最多,可溶有少量 G、G等.2CH4>95% C <5% 贫干气；CH4&l

17、t; 95% C2+>5% 富湿气；非炫气：N、C.CO H2S、屋、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.可为燃气,也可能为非燃气.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 T= 180-250C:一定T、P范围内,假设油气藏中气多油少,局部低 C数液态炫可溶于 炫气或者逆蒸发成气.这种气叫凝析气.采至地面过程中,随 T、PJ,这局部气可凝结析离成轻质油,称凝析油Condensate

18、s o4,溶解气：油溶气湿气, d可达40%;水溶气CH、Nk、8气、CO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,CH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.能形成水合物的烧类气体有：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 M

19、gSO 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 ； CeT、Mg+阴离子：Cl-、HCO、SO2-、含 CO"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:C® CO N、CH、G+ 无 Q4 .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

20、为Na/Cl(Na-Cl) /SO4(Cl-Na) /Mg深成水、油田水CaCl2 型V 1<0> 1偶：地表水MgCl2 型V 1<0v 1海水、盐湖水NaHCOl> 1> 1<0油田水高矿化度 地表淡水低度N&SO 型> 1v 1<0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 X10-3Pas,或在标准条件下密度为的原油.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cm3的原油.1-元素组成：一一与常规原油相比,1氧、硫、氮等兀素含量

21、高.2更富含微量元素,高于常规原油几倍至几十倍.2、化合物组成烧类含量低一般小于 60%,非烧、沥青质含量高1030%.3、物理性质由于重油和沥青砂比常规油的高分子烧和杂原子化合物含量高,在物理TIe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X贫胶沥青风化产物软X地X石沥青硬沥青脆X酸性碳质沥青腐殖化广物腐质碳质沥青变质产物碳质沥青黑沥青焦性WT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正构烷煌组成的常温下似虫蜡的白

22、色半透明固体.地蜡Ozokerite :主要由高分子异构烷烧、长链环烷烧、及碳原子数37-53的正构烷煌组成的在常温下似蜂蜡的黄色一棕褐色固体分子量约500 700.地蜡在石油中一般处于溶解状态.软沥青Maltha :指由富含环烷煌和芳香煌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.其密度为一cmL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 C.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80-320Co碳质沥青Carboit :

23、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 C,不溶于或稍溶于有机溶剂.碳沥青Anthraxolite : 一种变质程度很高、含碳95猊上的黑色坚硬固体,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、同位素的根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G12、G13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、稳定碳同位素分储同位素分储：同位素在两种同位素比值不同的物质间的重新分配作用.碳同位素分储即为两种有不同d2/c13比值的物质之间发生的同位素转移和分配作用.(1)同位素交换反响不发生化学反响,只在不同物质分子之间发生的C12、C13两种同位素的重新分配作用.例：CQ+C%