石油网络答疑

石油天然气地质及勘探Petroleumgeologyandexploration主讲人：谭丽娟中国石油大学.地球资源与信息学院2007.4.20

石油天然气地质与勘探是矿床学的一个分支。它的主要任务是阐述石油和天然气在地壳中的形成过程，产出状态和分布规律,以及油气勘探方法和程序。

主要内容四大部分：油气的成因、油气藏的形成、油气分布规律、油气勘探。生成运移聚集分布课程内容体系绪论第一章石油、天然气、油田水的基本特征第二章

石油和天然气的成因第三章储集层和盖层第四章

石油和天然气的运移第五章油气聚集与油气藏的形成第六章油气藏的类型及特征

第七章油气聚集单元与油气分布第八章油气田勘探的理论与方法第九章油气田勘探的程序和任务蒋有录、查明主编，石油天然气地质与勘探，2006张厚福等，石油地质学，1999，石油工业出版社陈荣书，1994，石油及天然气地质学，中国地质大学出版社查普曼著，李明诚译，1989，石油地质学，地质出版社丁贵明等，油气勘探工程，1997，石油工业出版社蒂索和威尔特，1989，石油形成及分布，石油工业出版社教材及主要参考书：第一节石油第二节天然气第三节油田水第四节油气中的碳氢等同位素第一章石油、天然气及油田水的基本特征1.石油的元素组成和化合物组成有什么特点？2.什么是生物标志化合物？常见的生物标志化合物有哪些？3.石油的地化分类的依据和方案是怎样的？海陆相石油化学成分上有何区别？4.影响石油的相对密度、粘度和溶解性的因素主要有哪些？5.什么是石油的荧光性和旋光性？石油具有荧光性和旋光性的原因是什么？6.什么是固体沥青？重质油和沥青砂与常规原油的区别主要体现在哪些方面？7.根据产出状态，天然气有哪些类型？什么是气藏气、气顶气、凝析气？8.什么是油田水？其化学组成和物理性质有何特点？请介绍苏林的水型划分方案。9.油气中的碳、氢同位素的分布有何特点？思考题第一节石油一、石油的化学组成二、石油的馏分组成和组份组成三、石油的地球化学分类四、石油的物理性质五、重质油、沥青砂和固体沥青概述

一、石油的化学组成

（一）元素组成

1.主要元素：碳、氢、氧、硫、氮2.微量元素（二）石油的化合物组成

正烷烃分布曲线正烷烃分布曲线特征：卟啉和钒卟啉的结构式

二、石油的馏分和组份组成（一）石油的馏分组成

（二）石油的组分组成→将石油分为饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质等组分

三、石油的地球化学分类（B.P.TissotandWelte）表示六种原油类型的三角图解石油的地球化学分类海、陆相石油化学成分的基本区别

四、石油的物理性质

颜色四、石油的物理性质

相对密度

化学组成溶解气温度和压力石油相对密度d420的影响因素粘度μ：Viscosity石油的溶解性：Solubleness①难溶于水石油的荧光性（Fluorescenceofpetroleum）石油的旋光性五、重质油、沥青砂与固体沥青概述1．重油和沥青砂的化学成分2．重油和沥青砂的物理性质（二）固体沥青一、天然气的化学组分二、天然气的产出状态三、天然气的物理性质第二节天然气一、天然气的化学组分二、天然气的产出状态根据气体在地下存在的状态分：聚集型：气藏气、气顶气、凝析气分散型：溶解气、煤层气、固态气水合物凝析气三、天然气的物理性质1.天然气密度和相对密度2.天然气粘度3．蒸气压力4.溶解性---溶于石油和水一、地下水的赋存状态二、油田水的来源三、油田水的矿化度四、油田水的化学组成五、油田水的类型第三节油田水一、地下水的赋存状态沉积水渗入水深成水转化水二、油田水的来源三、油田水矿化度三、油田水的化学组成四、油田水的类型苏林的天然水成因分类表

天然水成因图解

CaCl2型：（Cl-Na）/Mg＞1深成水、油田水

MgCl2型：＜0（Cl-Na）/Mg＜1海水、盐湖水

NaHCO3型：（Na-Cl）/SO4＞1油田水（高矿化度）地表淡水（低矿化度）

NaSO4型：＜0（Na-Cl）/SO4＜1

地表淡水苏林的成因分类：第四节油气中的碳、氢稳定同位素一、油气中的碳稳定同位素二、油气中的稳定氢同位素

一、油气中的碳稳定同位素

1.丰度表示法：2.在油气中的分布特点二、油气中的稳定氢同位素1.丰度表示法：2.在油气中的分布特点油气成因、油气藏形成、油气分布规律，是石油地质学的三大研究课题，而油气生成是其中的根本性问题。要进行油气勘探工作，需要选择有利的勘探区和有利层位，首先必须解决盆地的油气生成问题。油气成因问题，在原始物质、客观环境及转化条件等方面，长期存在争论。第二章石油和天然气的成因《石油天然气地质与勘探》1.油气成因两大学派的根本分歧是什么？油气无机成因理论和油气有机成因理论的主要观点有哪些？

2.生物有机质有哪些主要类型？成烃潜力如何？3.什么是沉积有机质？沉积物（岩）中沉积有机质数量的多少取决于哪些因素？4.何为干酪根？干酪根的演化特点如何？如何对干酪根进行类型的划分？5.有利于油气生成的大地构造条件和岩相古地理、古气候环境是怎样的？6.有哪些理化条件影响有机质向油气的转化？如何影响？其中最主要的影响因素是什么？思考题7.有机质向油气转化的过程可以分成哪几个阶段？各阶段有何特征？8.什么是生油门限、生油窗、时间-温度指数、氯仿沥青“A”？9.什么是低熟油？低熟油气的成因机理有哪些？10.煤中有利于石油生成的显微组分主要有哪些？煤成烃的演化阶段有什么特点？11.什么是烃源岩、烃源岩系?通常从哪几个方面来评价烃源岩质量的好坏？反映烃源岩有机地化特征的主要指标有哪些？12.石油和天然气的生成条件有何异同？13.什么是生物气、油型气、煤型气？不同成因类型的天然气的判识标志有有哪些？14.什么是油源对比？油源对比的基本原理和目的是什么？目前常用的油源对比的主要方法有哪几类？思考题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》两大成因学派根据在生油气原始物质问题上观点的差异，分：第一节油气成因概述（一）泛宇宙说油气无机成因说（二）地球深部的无机合成说两种有机成因论第二节生成油气的原始物质一、生物有机质类型－生物体的有机组分二、沉积物（岩）中的沉积有机质三、干酪根

Kerogen干酪根的形成及演化

干酪根的结构绿河页岩干酪根结构图解(据法B.P.Tissot等，1978)A-微弱演化；B-强烈演化干酪根的显微组成以透射光为基础的干酪根显微组分分类

各显微组分的来源及生油潜力干酪根的分类（2）元素组成分类干酪根类型范氏图（据Tissot和Welte，1984简化）

I型干酪根——原始H/C高（1.25-1.75），O/C低（0.026-0.12）。以链状结构多为特征，富含类脂和蛋白质分解产物。主要来源于水生低等生物，富C12。生油潜能大，最主要生油母质。Ⅱ型干酪根——原始H/C原子比0.65-1.25，O/C原子比0.04-0.13。含大量中等长度直链烷烃和环烷烃，也含多环芳香烃及杂原子官能团。主要来自海相浮游生物、植物和微生物混合有机质。生油潜能中等。

分两类：Ⅱ1、Ⅱ2型。Ⅲ型干酪根——原始H/C原子比0.46~0.93，O/C原子比0.05~0.30。以芳香结构及含氧官能团多为特征，饱和烃很少。主要来源于陆地高等植物，富C13

。生烃潜力低，主要可形成煤、芳烃、天然气。

Kerogen演化四、沥青的组成和演化沉积剖面中，

随深度的增加，干酪根的数量减少，氯仿沥青“A”的族组分烃类、非烃+沥青质含量显著增加。

干酪根数量的减少和沥青数量增加的互补性和成因上的联系性。杜阿拉盆地洛格巴巴岩系可溶有机质随深度的变化（P.Albrecht，1976）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①长期稳定下沉大地构造背景（V沉积≈V沉降）；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低能、还原性岩相古地理环境

——浅海封闭环境，半深－深湖、前三角洲⑤适当的受热和埋藏史。有利于有机质堆积、保存、转化的地质环境必须要有：细菌、催化剂、温度和时间、放射性、压力二、促使有机质转化为油气的理化条件1.温度和时间1、有机质热解生油的速率随温度增加呈指数增加。只有当温度达到一定值后，干酪根才开始大量转化为油气——

生油门限温度；对应的深度——

生油门限深度。2、有机质热解生油过程中t与T间有互补性：

GT高——有机质成熟所需时间短；

GT低——有机质成熟所需时间长。石油大量生成成熟点的确定（据P.Albrecht，1969）2、细菌作用3.催化剂作用4.放射性5.压力第四节有机质成烃演化模式烃类的形成与生油岩埋藏深度的关系的一般图解D、深部高温生气阶段C、热裂解生凝析气阶段B、热催化生油气阶段A、生物化学生气阶段一、有机质向油气转化的过程（一）生物化学生气阶段

6.烃类组成的特征——在有机质中所占的比重很小

（二）热催化生油气阶段（三）热裂解生凝析气阶段（四）深部高温生气阶段★油气有机成因模式

（一）低熟油及其形成机理二、低熟油与煤成油形成理论第四节有机质成烃演化模式各种显微组分的热稳定性与生烃活化能不同，生烃时间和生烃潜力不同。源岩有机质中存在大量化学性质不稳定、活化能较低的富氢显微组分，可生成低熟油气。2.低熟油生成的物质基础3.低熟油形成机理4.低熟油的地球化学特征（二）煤成油的形成机理及生烃模式

2.煤成油地球化学特征一、天然气成因类型概述第五节天然气的成因类型及特征天然气与石油形成条件比较二、有机成因气要生成大量生物气需具备的条件

生物成因气的特点（2）油型气特点主成气母质：腐泥型有机质；热演化阶段：RO=0.5-4.0%★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，称为煤型气。3.煤型气★两种类型：煤型热解湿气煤型裂解干气腐植型有机质煤化过程的阶段与成气模式1.泥炭－褐煤早期阶段：Ro<0.4%,地温小于75℃，相当于生物化学生气阶段；2.褐煤中期－长焰煤阶段：形成的气主要为CO2和CH4，含少量重烃，为成岩和热解作用形成；3.气煤－瘦煤阶段：主要形成煤型湿气和煤型油，有时重烃气含量超过甲烷；4.贫煤-无烟煤阶段：形成以甲烷为主的煤型干气。煤型气的主要特点三、无机成因天然气指不涉及有机物质反应的一切作用和过程所产生的气体，主要是由岩浆活动、变质作用、无机盐类分解等产生的气体。一、烃源岩概念二、烃源岩地质特征三、烃源岩地球化学特征四、生油量计算五、油源对比第六节烃源岩特征与油源对比要分析一个盆地油气生成情况，就必须对能够提供油气来源的烃源岩进行识别和评价，要研究烃源岩的类型、所含有机质的丰度指标、有机质成熟度指标，烃源岩的排烃效率，计算生油气量等。一、烃源岩概念二、烃源岩的地质特征2．有利于烃源岩发育的地质条件三、烃源岩的地球化学研究通常从以下几方面对烃源岩的有机地球化学特征进行评价：——有机质丰度、类型、成熟度、排烃效率1.有机质的丰度★常用指标有机碳、氯仿沥青“A”、总烃、氨基酸含量3.有机质的成熟度——盆地中烃源岩有机质的热演化程度。②Kerogen颜色及H/C、O/C原子比③孢粉颜色和热变质指数（TAI）

（TAI：ThermalalterationIndex）（2）利用烃源岩可溶有机质的组成特征研究成熟度A、正烷烃分布曲线：②正烷烃分布特征和奇偶优势B、正烷烃奇偶优势：正烷烃奇偶优势特征：（3）时间—温度指数（TTI）四、烃源岩生烃量计算成因体积法：1、油源对比的概念和目的五、油源对比研究简介2、油源对比的依据3、油源对比指标的选择概述储集层的岩石物性参数储集层的岩石类型盖层的类型及其封盖机制第三章储集层和盖层《石油天然气地质与勘探》1.什么是储集层？储集层具备哪些基本特性？2.什么是总孔隙度、有效孔隙度、相渗透率、相对渗透率、排替压力？3.什么是岩石孔隙结构，它对储集层物性有哪些影响？4.影响碎屑岩储集物性的主要因素有哪些？5.砂岩体的成因类型和主要特征？6.影响碳酸盐岩孔隙（洞）和裂缝发育的主要因素有哪些？7.试比较砂岩和碳酸盐岩储集性质的差异。8.什么是盖层？盖层封闭油气的机理有哪些？9.影响盖层封闭性的主要因素有哪些？试分析盖层封闭油气的相对性。

思考题第一节概述

根据研究目的及油田生产实践的需要，对储集层有各种分类方案。按岩类分为：碎屑岩储层、碳酸盐岩储层、特殊岩类储层（包括岩浆岩、变质岩、泥质岩等）按储集空间类型分为：孔隙型储层、裂缝型储层、孔缝型储层、缝洞型储层、孔洞型储层、孔缝洞复合型储层按渗透率的大小分为：高渗储层、中渗储层、低渗储层二、储集层的分类第二节储集层的岩石物性参数一、储集岩（层）的孔隙性二、储集岩（层）的渗透性三、岩层的孔隙度与渗透率的关系四、流体饱和度五、储集岩（层）的孔隙结构一、储集岩（层）的孔隙性③根据大小，岩石孔隙分三类——2、孔隙度二、储集岩（层）的渗透性《油水饱和度与相对渗透率的关系曲线》《油气饱和度与相对渗透率的关系曲线》三、岩石孔隙度与渗透率的关系五、储集岩（层）的孔隙结构第三节储集层的岩石类型一、碎屑岩类储集层（三）影响碎屑岩储层储集物性的主要因素④异常孔隙压力：

——高于或低于静水压力值的地层压力。

Pf＞PH：异常高压，超压

Pf＜PH：异常低压（3）埋藏时代及埋藏史（4）构造因素（四）碎屑岩储层沉积环境及分布砂岩储集体形成环境与基本特征沉积体系砂体类型及特点油田实例冲积扇砂砾岩体平面上呈扇形，纵剖面呈楔状，横剖面呈透镜状；颗粒粗杂；分选磨园差；孔隙直径变化范围大；扇根和扇中储集性较好。克拉玛依-乌尔禾油田三叠系。河流包括河床、心滩、边滩、决口扇等砂体，剖面呈透镜状；河床砂体呈狭长不规则状，可分叉，剖面顶平底凸，近河心厚度大；结构、粒度变化大，分选差；非均质性严重；孔渗性变化大。长庆油田侏罗系延安组、阿拉斯加普鲁霍湾油田二叠、三叠系。三角洲包括河道砂、分支河道砂、河口砂坝、前缘席状砂；三角洲前缘相带砂体发育；在不同动力作用下可呈鸟足状、朵状和弧形席状；砂质纯净、分选好，储集物性好。大庆油田白垩系、西西伯利亚乌连戈伊气田白垩系。滨海(湖)包括超覆与退覆砂岩体、滨海沙堤、潮道砂、走向谷砂体；成分和结构成熟度高，分选和磨园好，储集物性好；滨海(湖)砂堤狭长，平行岸线，剖面透镜状，底平顶凸，分选好，储集物性好。东得克萨斯油田、圣胡安盆地Bisti油田、北海Piper油田。深水浊流主水道、辫状水道砂体发育；成分和结构成熟度差、分选差；储集物性变化大。文图拉盆地和落杉矶盆地。风成砂砂质纯净、分选好、磨园好；区域性渗透性稳定。北海格罗宁根气田赤底统砂岩。储集空间：孔隙、溶孔（洞）、裂缝。其中二、碳酸盐岩储集层（一）储集空间和渗滤通道孔隙（包括溶洞~孔径＞5mm）——主要储集空间裂缝——主要渗滤通道（二）碳酸盐岩储集物性的影响因素（2）次生孔隙——成岩后生作用第四节盖层的类型及其封盖机制二、盖层封闭油气的机理所以静水条件下：Z、S、б、Pf、Ph有如下关系：2.异常高压封闭

Superpressunesealsб：沉积物骨架支撑的压力；S：静岩压力；Ph：静水压力Pf：孔隙流体压力，地层压力3.烃浓度封闭第一节油气运移概述第二节油气初次运移第三节油气初次运移第四节油气运移的研究方法第四章石油和天然气的运移《石油天然气地质与勘探》1.试比较砂岩和泥岩的压实特征，讨论压实作用在油气初次运移中的作用特点。2.油气初次、二次运移的相态、动力、方向、通道、主要时期？

3.促使产生异常高孔隙流体压力的地质作用有哪些？试讨论异常高压在油气初次运移中的作用特点4.什么是油气初次运移、油气二次运移？试比较油气初次运移和二次运移地质环境和条件的差异。5.试分析不同构造背景下，水动力与浮力的相互配合对油气二次运移方向的影响。6.试分析构造运动对油气运移的控制作用。7.什么是流体势？试用流体势概念分析静水与动水环境中油气的运移方向。思考题第一节油气运移概述一、油气运移概念及证据油气运移的证据：二、油气运移的阶段划分初次运移: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若对整个油气运移来说,则是一个几乎同时存在的连续过程根据时间顺序和介质条件的变化，可将油气运移分成两个阶段：三、油气运移的基本方式★——渗滤、扩散四、岩石的润湿性五、油气运移临界饱和度第二节油气初次运移一、油气初次运移的相态3、初次运移相态演化1.压实作用2.流体热增压作用3.粘土矿物脱水作用4.有机质的生烃作用5.渗析作用二、油气初次运移的主要动力1.压实作用砂泥岩互层剖面:流体的运移方向是由页岩到砂岩。砂岩压实流体不能进入泥岩，只能在砂岩层中做侧向运移。碎屑岩沉积盆地:压实流体总是由泥岩向砂岩运移，由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘运移.正常压实流体总体运移特征：☆泥质岩类在压实过程中，由于压实流体排出受阻或来不及排出，孔隙体积不能随上覆负荷增加而减小，导致孔隙流体承受了部分上覆沉积负荷，出现孔隙流体压力高于其相应的静水压力的现象称欠压实现象。1.2欠压实剩余压力差驱动孔隙流体向低剩余压力的方向运移；孔隙压力超过泥岩的承受强度——产生微裂缝——微裂缝排烃——释放超压，恢复正常压力。欠压实泥岩流体总体运移特征：2.蒙脱石脱水增压作用3.流体热增压作用烃源岩干酪根生烃过程孕育了排烃的动力，干酪根形成的大量油气和水体积大于原干酪根体积。这些流体不能及时排出时——

Pf增大——异常压力排烃作用。甲烷等气体的形成对Pf和排烃影响最大。使烃源层Pf↑↑，以致产生微裂缝——排烃。4、有机质的生烃作用关于甲烷等气体的生成★

由固态高分子量的Kerogen→气态小分子量的：CH4、CO2等，孔隙流体V↑↑。随D↑、T↑，气体膨胀系数是油的4倍，是水的20倍，是岩孔的800倍。埋藏较浅时：大部分气体以分子扩散或者溶于水形成逸散到地表。小部分于储层适当部位聚集起来，排替水，形成气藏。这对Pf影响不大。随Z↑、T↑，Kerogen→成熟~过成熟阶段，此时，产生的CH4及其它气体量大，而孔隙水已被气体饱和，大部分呈游离气。这不但占据孔隙空间，还会阻塞水流通道，使水排不出去。

渗析作用是在渗透压差作用下流体会通过半透膜从盐度低方向向盐度高方向运移，直到浓度差消失为止的过程。含盐量差别越大，产生的渗透压差也越大。5、渗析作用6.其它作用构造应力作用、毛细管压力、扩散作用、碳酸盐岩胶结和重结晶作用源岩低成熟-未成熟阶段：孔隙和微层理面；成熟-过成熟阶段：微裂缝为主。异常高流体压力导致源岩形成微裂缝。

——较大孔隙、微层理面、构造裂缝与断层、微裂缝、缝合线、有机质或干酪根网络。

三、油气初次运移的通道四、初次运移的主要时期和距离石油：有机质热演化成熟阶段

天然气：多期，大量生气之后1、初次运移的主要时期排烃有效厚度：烃源岩中的油气能有效排出的厚度。只有与储集层相接触的一定距离内生油层中的烃类才能排出来。生油层有效排烃厚度约为28m(上、下距储集层各14m)。厚层块状泥岩源岩层排烃不利，相当一部分厚度对初次运移排油无效。2、初次运移的距离五、油气初次运移模式第三节油气二次运移一、油气二次运移的相态和流动类型2、二次运移的流动类型动力：浮力、构造应力、水动力、扩散力阻力：毛细管力、吸附力、水动力二、油气二次运移的动力和阻力运载层中油气在静水条件下的二次运移

水动力折算压力：测点相对于某一基准面的压力，相当于由测压面到折算基准面的水柱高度所产生的压力。

A点的折算压力P’＝PA＋h1ρwg＝(hA＋h1)ρwg流动方向：从折算压力高向折算压力低的方向。用折算压力确定水流方向图：一口井中三个含流体的储集层，具有不同的测压水面高度时，流体流动的方向B层水压面最高为hb，A层水压面次之为ha，C层水压面最低为hc，即hb>ha>hc。在有通路的情况下，B层的流体将向A层、C层中流动★构造作用力为油气二次运移创造了有利条件。3、构造作用力构造作用力：

由地壳运动造成的各种地质构造应力。★构造应力促使岩层变形或变位，造成褶皱和断裂，地层发生倾斜，形成裂缝，并驱使地层中的流体发生运移。三、油气二次运移的通道与输导体系1、油气二次运移的通道2、油气输导体系按主要运载层类型分类：储集层输导体系断裂输导体系不整合输导体系复式输导体系（3）优势运移通道与有效运移通道油气沿着渗透性最好、阻力最小的路径运移（运移高速公路）。总方向：盆地中心→边缘或中央隆起带，深层→浅层主要指向：生油凹陷中或邻近地区长期继承性发育的正向构造带。四、油气二次运移的主要方向和距离1.运移主要方向图：济阳凹陷下第三系生油中心与油气富集关系（东营凹陷部分）1—地层剥蚀线，2—生烃强度等值线，3—油田（1）封盖层的形态和产状对二次运移路径的影响

不同的封盖层形态运移特征不同。不同的断面形态运移特征不同：凸面主要起汇聚流的作用；凹面主要起发散作用，不利于油气聚集。（2）断面形态和产状对二次运移路径的影响

（3）不同形状的盆地油气二次运移方向模式2、油气二次运移的距离五、油气二次运移的主要时期第四节油气运移的研究方法一、利用流体势分析研究区域油气运移方向3、势梯度与流体运移方向图：静水环境中，作用于单位质量水.油.气三者的力场强度静水环境：图：在不同水动力条件下，作用与单位质量水油和气上的各种力的向量分布及力场方向动水环境：图：单斜输导层中，下倾水流条件下油与水的运移方向在水动力作用下，油、气、水沿着各自势减小的方向进行流动水势Φw=gZ+P/ρw地层压力P=ρw（Φw－gZ）将P表达式代入油势:Φo=gZ+P/ρo

Φo=gZ+[ρw（Φw－gZ）]/ρo

=(ρw/ρo）Φw－[(ρw－ρo)/ρo]gZ因为Φw=ghw；Φo=gho所以hog=(ρw/ρo）hwg－[(ρw－ρo)/ρo]gZ4、相对流体势与油气的运移和聚集UVZ方法:hog=(ρw/ρo）hwg－[(ρw－ρo)/ρo]gZ同乘以ρo/(ρw－ρo)，把高程Z独立出来：[ρo/(ρw－ρo)]ho=[ρw/(ρw－ρo)]hw－Z令Uo＝[ρo/(ρw－ρo)]ho

；Vo＝[ρw/(ρw－ρo)]hw上式变换为：Uo＝Vo－Z；——Uo是油相对于水的势，Vo是水相对于油的势；对于天然气而言：Uｇ＝Vｇ－Z-Z某背斜构造的U0，V0，Z0平面图实现过程