第二章石油地质及勘探1

第二章石油地质与勘探石油的物化性质石油的化学组成1）石油的元素组成主要由碳、氢两种元素组成：

碳约占80％一88％；

氢约占10％一14％；

氧、硫、氮约占0.3％一7％。

石油中若碳、氢元素含量高，且碳／氢值低，则油质好；若氧、硫、氮元素含量高，则油质相对较差。石油的化学组成2）石油的化合物组成

烃类化合物（即碳氢化合物）是石油主要成分，约占80％以上。

含有氧、硫、氮的化合物（非烃化合物）有时可达30％。不利于石油的开采、炼制和加工。石油的物化性质石油的化学组成3）石油的组分组成

根据石油成分被不同溶剂选择溶解及被介质选择吸附的特点，将石油的组成分成相近的组，称为“组分”，每个组分内包含性质相似的一部分化合物。

i油质ii

胶质iii

沥青质iv

碳质石油的物化性质石油的化学组成3）石油的组分组成i

油质

由碳氢化合物组成的淡色粘性液体（是石油主要成分）油质含量高，石油质量相对较好。油质中含有石蜡，是一种熔点为37～76℃的烷烃，呈淡黄色或黄褐色。石蜡含量高时石油易凝固，油井易结蜡，不利于开采。石油的物化性质石油的化学组成3）石油的组分组成

ii

胶质粘性或玻璃状的固体物质，主要成分是碳氢化合物，但氧、硫、氮含量增多。石油中胶质含量少，约为1％，是渣油的主要成分。

石油的物化性质石油的化学组成3）石油的组分组成

iii沥青质

黑色固体，沥青质比胶质含碳氢化合物更少，含氧、硫、氯化合物更多。

胶质和沥青质称为石油的重分子组分，是非碳氢化合物比较集中的部分。含量高时，石油质量变差。

iv碳质

碳质以碳元素状态存在于石油内，含量很少，称残碳。石油的物化性质石油的物理性质1）颜色石油一般呈棕色、褐色或黑色，也有无色透明的凝析油。胶质、沥青质含量愈高，颜色愈深。因此，石油颜色越谈，质量越好。

2)密度

标准条件下(20℃，0.101MPa)每立方米原油质量——原油密度，一般在0.79～0.95g/cm3

。

3)粘度

地下采出的石油在提炼前称原油。在地层条件下测得的原油粘度叫地层粘度，地层粘度大于50mPa·S、密度大于0.92的原油称为稠油。石油的物化性质石油的物理性质4）凝固点

原油失去流动性的温度或开始凝固时的温度称为凝固点，原油中含蜡少，重组分含量低者凝固点低，利于开采和集输。凝固点在40℃以上的原油称为凝油。

5)溶解性

石油难溶于水，但易溶于有机溶剂。石油可与天然气互溶，溶有天然气的石油，粘度小，利于开采。石油的物化性质石油的物理性质6）荧光性

石油在紫外线照射下会发出一种特殊的光亮，称为石油的荧光性。借助荧光分析可鉴定岩样中是否含有石油。7)导电性

石油为非导电体，电阻率很高，这种特性成为电法测井划分油、气、水层的物理基础。石油的物化性质天然气的化学组成通常所说的天然气是指油田气和气田气。天然气是在地壳中生成的一种可燃有机矿物，是以气态碳氢化合物为主的可燃混合气体。石油的物化性质天然气的化学组成甲烷(CH4)、乙烷（C2H6)、丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)

其中甲烷含量可达80％以上。此外还含有少量的CO2、CO、H2S)及N2)、02、H2。天然气中，乙烷以上的烃称为重烃，依重烃含量将天然气分为干气和湿气两种。

干气中甲烷含量﹥95％，但含有5%～10%以上乙烷、丙烷、丁烷等重烃。湿气常与油共生，是油田或气田中的气。石油的物化性质天然气的物理性质天然气无色，有汽油味，可燃。天然气物理性质指其密度、粘度和溶解性。1)密度天然气密度为0.6～1.0g/m3，湿气含重烃多，密度大于干气。2)粘度天然气0℃时的粘度为0.012mPa·S。3)溶解性天然气溶于石油和水，且更容易溶于石油。石油的物化性质1地壳1）地球的构造特点：

具层状结构,密度随深度而增加。石油地质概况1地壳1）地球的构造地球从生成至今已有45～60亿年，平均半径为637lkm。地球内部可分为地核、地幔和地壳三个同心排列的圈层，各圈层物理状况可参见下表：圈层密度(g/cm3)压力(MPa)温度(℃)地壳2.7～2.990015～1000地幔3.32～5.661368001500～2000地核9.71～1636000072000石油地质概况1地壳2）地壳的组成地壳厚度各处并不相等。最厚处达70～80km，最薄处只有5～6km，平均为33km。地壳由岩石组成，根据岩石成因的不同可分为火成岩、变质岩和沉积岩三大类。石油地质概况2岩石1)

火成岩

又名岩浆岩，是高热的岩浆冷凝后形成的岩石，呈块状，无层次，致密而坚硬，如花岗岩、玄武岩、正长石等。石油地质概况2岩石2)沉积岩

由火成岩、变质岩和早期形成的沉积岩，经风吹、雨打、温度变化、生物作用等被剥烛、粉碎、溶解形成碎屑物质及溶解物质，再经沉积岩有层次、孔隙、裂缝和溶洞，并有各种古代动植物残骸遗迹形成的化石。石油地质概况风力、水流、冰川、海洋搬运至低凹处沉积下来，越积越厚，经压实、固结而形成沉积岩主要特征层理构造显著；沉积岩中常含古代生物遗迹，经石化作用即成化石；具有孔隙。常见的沉积岩有：直径大于3毫米的砾和磨圆的卵石及被其它物质胶结而形成的砾岩，由2毫米到0.05毫米直径的砂粒胶结而成的砂岩，由颗粒细小的粘土矿物组成的页岩等。

石油地质概况2岩石3)

变质岩

由沉积岩或火成岩在地壳内部的物理化学因素如高温、高压等影响下，改变了原来的成分和结构，变质成为新的岩石，如石灰石变质为大理石等，称变质岩。

石油地质概况三大岩种与成因名称成因例备注火成岩岩浆冷却形成花岗岩玄武岩结晶颗粒粗，大陆地壳主要岩种结晶颗粒细，海洋地壳主要岩种地壳最常见岩种沉积岩沉积作用形成砾岩、砂岩、页岩、石灰岩沉积物颗粒最大沉积物颗粒中等沉积物颗粒最小生物遗骸或水中碳酸钙沉淀地表最常见岩种变质岩岩石因地壳变动被深埋受高温高压经物理变化(矿物种类或颗粒大小)形成大理石板岩由石灰岩变质3沉积岩石油和天然气生成在沉积岩中，绝大多数储藏在它的孔隙、裂缝和溶洞里。而在火成岩和变质岩中则很少有石油和天然气存在。1)沉积岩种类及特点沉积岩可分为砂岩(碎屑岩)、泥岩（粘土岩）、石灰岩（碳酸岩盐）三种石油地质概况3沉积岩1）砂岩(碎屑岩)

普通的砂粒被泥质或石灰质胶结成为砂岩。依颗粒直径不同可分为以下几种：砂岩名称砾石粗砂岩中砂岩细砂岩粉砂岩颗粒直径(mm)>10.5～10.25～0.50.1～0.250.01～0.1石油地质概况3沉积岩1）砂岩砂岩的特点：具有孔隙，可以储存油、气、水等流体。岩石孔隙体积与岩石总体积之比称孔隙度；

由于岩石存在孔隙，在压力作用下能通过油、气、水，这种性质称为岩石的渗透性。砂岩(孔隙大)和石灰岩(裂缝发育)都是渗透性好的岩石。

砂岩可作为油气储集层。石油地质概况3沉积岩2）泥岩（粘土岩）泥岩的特点：普通的颗粒直径小于0.01mm

的泥土经成岩作用而形成。呈块状的称泥岩。呈薄片层状的称为页岩。富含石油质的页岩称油页岩，可以提炼石油。

泥岩是分布最广的沉积岩，约占沉积岩总量的60—70%，是重要的生油岩和油气藏的盖层。石油地质概况3沉积岩3）石灰岩（碳酸盐岩）

石灰岩的特点：石灰岩，主要成分为碳酸钙，呈块状，致密而坚硬。由于地壳的运动作用和地下水的侵蚀，常有裂缝和溶洞，石油和天然气即储存其中。碳酸盐岩在地壳中分布仅次于泥质岩和砂岩，约占沉积岩总面积的20％，是重要的生油岩和储集岩。世界上与碳酸盐岩有关的石油和天然气储量占总储量的50％，产量约占总产量的60％。石油地质概况4地质构造由于地壳发生升降、挤压褶皱及水平移动，使原来一层层平铺着的沉积岩发生变形，形成地壳的各种构造。1）背斜构造

是指岩层向上弯曲的褶曲，其核部地层比外圈地层老。石油地质概况背斜构造北京延庆硅化木国家地质公园石油地质概况4地质构造2）向斜构造

是指岩层向下弯曲的褶曲，其核部地层比外圈地层新。石油地质概况3)单斜构造

岩层向单一方向倾斜。4)断层

岩层由地壳运动而断裂，在断裂两侧的岩层发生了显著的相对位移，这种断裂称为断层。4地质构造石油地质概况油气的生成和聚集石油的聚集具有三个条件有油气源储层具有孔隙性和渗透性存在圈闭的作用是防止油气流走人们认为：今天的石油是在数百万年前沉积岩形成时期，由与岩石一起沉积的有机物生成。有机论认为：油和天然气是海洋生成。在浅海和较温暖的海洋中，丰富的海洋生物缓慢地似雨般地降落至海底，其中大多数在到达海底前会被吃掉或氧化掉，但部分微生物的残余逃避了毁灭并沉到海底的淤泥中。细菌从积集的有机物残余物中吸取了氧，并逐渐把它们分裂成为富含氢和碳的物质。当堆积了更多的沉积物时，富含有机质的粘土被挤压成坚硬的页岩。在上千米的沉积物重量之下，压力和温度上升了，就在这个深度生成了石油。当温度达到约℃时，含碳、氢的物质开始在化学上重新组合，形成上百种类型的烃分子，这些烃是排列整齐的带有氢原子的碳原子链。在107~177℃的范围内，这种转换过程达到最大。在此温度以上，较重的长链分子断裂较小，较轻的分子，例如甲烷。我国地质学家研究了我国油气田分布及特征：证明不仅海相地层能生成石油，在中、新生代的陆相地层也可生成陆相石油。油气的生成和聚集无机成因派认为：石油和天然气是来自地球内部无机物质，或者是来自宇宙中的碳和氢元素，经过复杂的化学变化，形成了烃，这种烃在地球形成初期就已存在地球内部，后来沿地壳的裂缝向上运移，在运移过程中聚合成高分子的烃类，并在多孔的岩层中聚集形成油气藏。石油和天然气是有机物质在适当的地质条件环境下，经过生物化学和物理化学作用生成的。有机物质是生成油、气的物质基础，没有有机物质就没有油、气的生成过程。

1.古生物是生成油、气的物质基础1）有机物质的来源有机物质就是指生活在地球上的生物的遗体。生物学和地史学告诉我们地球上生物的发展历史悠久，早在5~6亿年前就有生物出现，而且分布繁殖广泛，地球上的各个角落，如水中、空气中、陆地上或土壤里都有大量生物在生活。很多生物繁殖速度非常惊人，如一个在显微镜下才能见到的细菌，在适宜的条件下，24小时内就可以繁殖到10的36次方个后代，总重量等于1.4×1017吨。沉积岩中含有大量的古生物，它们就是生成石油和天然气的物质基础。

油气的生成和聚集2）有机物中哪些可以转变为石油和天然气

有机物的成分相当复杂主要包含有脂肪、蛋白质、碳水化合物、木质、树脂、蜡等。一般认为，除树脂和木质外，其他的成分都可以转变成油、气。2.有机物质的保存及石油、天然气转化的条件

1）环境条件

要使大量的有机质堆积和保存下来，需要生物的大量繁殖和周围缺氧还原的环境。只有长期稳定下降地区，且沉积速度与下降速度相适应，才具有沉积厚度大，有机质丰富，并向石油转化的有利条件。

2）物理化学条件如：细菌作用、温度作用、压力的作用、催化剂的作用等。油气的生成和聚集3.生油过程有机质向石油转化的整个过程是在地壳不断下降，上覆沉积物不断加厚的地质背景下发生的。整个转化过程大致可分为3个阶段，即：初期生气阶段——生物化学生气阶段；主要生油生气阶段——热催化生油生气阶段；热裂解生气阶段——热裂解生成凝析气阶段。

地壳中具备有生油条件的地层4、生油岩石油、天然气的运移油气运移油气在地壳中的移动。初次运移二次运移指生油层中生成的油气向附近储集层中的运移是指生油层中生成的油气进入储层后的一切运移。它包括了油气在储层内部的运移，也包括了沿着断层通道从一个储层进入到另一个储层的运移。油气的生成和聚集石油形成时不是大量集中的。初期：它是象有机物生成时那样分散，然而一旦形成，它就可以通过可渗透岩石进行运移。地层压力把它从相对不渗透的页岩中挤出，使其进入裂缝和流通的地层如砂岩中，在那里它可以从一孔隙运移到另一孔隙。储集层储集层：是有能力含有油、气、水或其他流体的地下岩石。具有生产能力的油藏岩体应足够大孔隙要能容纳足够体积的烃是可渗透性砂岩碳酸盐岩油气的生成和聚集圈闭圈闭能阻止石油和天然气逃逸油藏岩石的地质构造。储层圈闭构造圈闭是储层变形所形成的圈闭。地层圈闭是由地壳升降运动引起海进、海退、沉积间断、剥蚀风化等，形成超覆不整合、侵蚀角度不整合、平行不整合等，其上部为非渗透性地层覆盖所构成。油气的生成和聚集油气藏与油气田1.油气藏有机淤泥中的有机物质，在成岩过程中逐渐转化成石油或天然气，此有机淤泥层称为生油层。生油层中分散存在的石油或天然气，当遇有适宜的圈闭地质构造时，便发生运移和聚集，形成油气藏。油气藏是同一圈闭内具有同一压力系统的油气聚集。凡储存的油、气量较多，在当前的技术条件和经济条件下，具有开采价值的油气藏称为工业油气藏。聚集油、气的构造称为储油构造，由不渗透的岩层把聚集的油、气圈闭起来，依储油构造类型，其所聚集的油气藏可分为三大类，即构造油气藏、地层油气藏、岩性油气藏。油气藏与油气田2．油气田

从石油地质意义上说，油气田是指单一局部构造、同一面积内油藏、气藏、油气藏的总和。若该局部构造范围内只有油藏称油田，只有气藏称气田。同一油气田可以是一种类型的油气藏，也可以是多种类型的油气藏。人们通常所说的大庆油田、胜利油田、四川气田等则主要是从地理意义上或指行政管理单位而言。实际上，它们内部含有多个地质意义上的油田或气田。油气藏与油气田

在漫长的地质历史时期内，不断下沉接受沉积的地区称为沉积盆地。具有油气生成和聚集条件，并发现具有工业油气藏的沉积盆地称为油气盆地。含油气盆地定义含油气盆地必须具备条件是一个沉积盆地；在漫长的地质时期中，曾经不断沉降接受沉积，具备油气生成、运移和聚集的有利地质条件；有工业性油气藏。因此，可将含油气盆地看作油气生成、运移和聚集的基本地质单位。

含油气盆地我国陆上沉积盆地共有236个，其中面积大于10万km2的盆地就有9个，即：塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地、渤海湾盆地、四川盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、藏北盆地和二连盆地，总面积208万km2。含油气盆地我国石油资源集中分布在渤海湾、松辽、塔里木、鄂尔多斯、准噶尔、珠江口、柴达木和东海陆架八大盆地，其可采资源量172亿吨，占全国的81.13％；天然气资源集中分布在塔里木、四川、鄂尔多斯、东海陆架、柴达木、松辽、莺歌海、琼东南和渤海湾九大盆地，其可采资源量18.4万亿立方米，占全国的83.64％。含油气盆地含油气盆地石油地质勘探

要找到地下的油气藏，就要进行油气的勘测与探查。油气勘探方法和技术，随着生产经验的积累和科学技术的进步，得到不断发展和完善。目前进行油气勘探的主要方法和技术有4种，即地面地质法、地球物理法和钻探法。1地面地质法直接观察地表的地质现象，寻找是否有露在地面的“油气苗”，研究岩石、地层情况，分析地下是否有储油构造。在边远新区进行地质调查时，这种方法仍可发挥一定作用。

石油地质勘探

地质法是油气田勘探工作中始终使用的基本工作方法。1地面地质法石油地质勘探地质调查

地下的地层及构造特征，很大程度上可以从地面特征推断出来。（1）研究方法航摄照片卫星成象露头观察：观察岩石、地层、油气地面显示（油气苗）、进行构造测量。（2）要解决的问题研究油气藏形成的可能性；石油地质勘探石油地质勘探

1)地球物理勘探由于不同岩石具有不同的物理性能，如密度、磁性、弹性等。在地面上利用多种专用的精密仪器进行测量，了解地下地质构造情况，判断是否有储油构造，即地球物理勘探法。地球物理勘探法包括重力勘探、磁力勘探、电法勘探和地震勘探。

2地球物理法地球物理法自诞生之日起就始终和最新的技术成就相关联，是一种应用高新技术的勘探方法，包括地球物理勘探和地球物理测井。石油地质勘探不断发展的三维地震勘探技术

大型震源

地震勘探石油地质勘探磁法勘探

电法勘探石油地质勘探数字重力仪

无人飞行器

石油地质勘探新疆油田地球物理解释处理中心四川石油管理局地球物理勘探公司

石油地质勘探测井是油田地质研究、油田开发工作必不可少的。测井是用专门的仪器沿井深测量岩石的各种物理特性、流体特性的技术，如导电性、导热性、放射性、声学特性等等。2地球物理法2)地球物理测井石油地质勘探2地球物理法2)地球物理测井测井具有工艺简便、成本低、取资料迅速、效果好等特点。它取得的资料是油气田地质研究、油气田开发工作不可缺少的资料。测井技术发展迅速，不仅能定性判断岩性，还可以定量确定岩石物性、地层产状；不仅用于地质解释，还用于钻井、试油、采油工程等。石油地质勘探石油地质勘探3钻探法钻探法，就是打井找油气。在地质法、地球物理法和遥感法巳初步查明的储油构造上钻井，以确切探明地下是否有油、气及油、气、水的分布。石油地质勘探油气勘探新方法1.中微子探油气

在“基本粒子”的大家族中，有一位身怀绝技的“中性小家伙”。著名的物理学家费米赐给它一个“中微子”的芳名