石油天然气地质学.ppt

1、14:18:18,第1页,石油与天然气地质学是资源勘查工程专业本科生的一门专业基础课，也是一门应用学科，它综合性强，必须全面地运用地质学、石油地球化学、沉积岩石学、构造地质学、地史学及数学、物理等多种学科知识来阐述石油及天然气在地壳中的形成过程、产出状态及分布规律的学科，是指导石油勘探和开发的理论基础。本教学片将让你了解地壳中油气藏的形成过程及分布规律。,14:18:18,第2页,第一章 油气藏中的流体-石油、天然气和油田水 第二章 储集层和盖层 第三章 圈闭和油气藏 第四章 油气生成与烃源岩 第五章 石油和天然气的运移 第六章 油气藏的形成 第七章 含油气盆地与油气聚集单元 第八章 油气分布

2、与控制因,14:18:18,第3页,第一章油气藏中的流体-石油、天然气和油田水,一个油气藏中的流体包括油、气、水，纯气藏中的流体只有气和水。这些流体存在于储集层的孔隙裂缝中，在圈闭范围内按重力分异，气居顶部，油居中，水在下面。三者以一定的关系共存于储集层的孔隙系统中。,14:18:18,第4页,第一章油气藏中的流体-石油、天然气和油田水,第一节石油 第二节天然气 第三节油田水 第四节稳定同位素,14:18:18,第5页,第一章油气藏中的流体-石油、天然气和油田水,第一节石油,一、石油的概念 石油（又称原油）-crudeoil：一种存在于地下岩石孔隙介质中的由各种碳氢化合物与杂质组成的，呈液态和

3、稠态的油脂状天然可燃有机矿产。 组成石油的成分非常复杂，根据其不同的特性，可分为元素组成、馏分组成、组分组成和化合物组成，三者有相互关系；依据石油中各种结构类型化合物的含量，可对石油进行分类；不同环境下生成的石油，比如海陆相石油的特征有明显的区别；石油没有固定的成分，因此石油没有确定的物理参数，石油的物理性质取决于它的化学组成。,14:18:18,第6页,二、石油的组成 （一）石油的元素组成： 组成石油的化学元素主要是碳、氢、氧、氮、硫。碳含量为：84-87%，平均84.5%；氢含量为：1114%，平均13%；两元素在石油中一般占9599%，平均为97.5%。剩下的硫、氮、氧及微量元素的总含量

4、一般只有14%，其中，氧：0.14.5%，一般小于0.5%；硫：小于1%，平均0.65%；氮：小于0.1%。含硫量小于1%的为低硫原油,含硫量大于1%的为高硫原油。常以0.25%作为贫氮和高氮石油的界线。石油中还发现微量元素，构成了石油的灰分。 已发现的33种微量元素按其含量多少和常见程度列举如下：铁(Fe)、钙(Ca)、镁(Mg)、硅(Si)、铝(Al)、钒(V)、镍(Ni)、铜(Cu)、锑(Sb)、锰(Mn)、锶(Sr)、钡(Ba)、硼(B)、钴(Co)、锌(Zn)、钼(Mo)、铅(Pb)、锡(Sn)、钠(Na)、钾(K)、磷(P)、锂(Li)、氯(Cl)、铋(Bi)、铍(Be)、锗(Ge

5、)、银(Ag)、砷(As)、镓(Ga)、金(Au)、钛(Ti)、铬(Cr)、镉(Cd)。在这些微量元素中，最引起石油地质学者重视的是V、Ni两种元素，它们含量高，分布普遍并具有成因意义。 在这些微量元素中，最引起石油地质学者重视的是V、Ni两种元素，它们含量高，分布普遍并具有成因意义。 近年来，石油灰分中的V、Ni含量及其比值（V/Ni）已被用来确定生油岩相、油源对比以及研究油气运移等问题。,第一节石油,14:18:18,第7页,（二）石油的馏分组成 是利用组成石油的化合物具有不同沸点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点范围（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分。,14:18:18,第8

6、页,（三）石油的组分组成： 石油的组分：石油化合物的不同组分对有机溶剂和吸附具有选择性溶解和吸附性能，选用不同有机溶剂和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分就是一个组分，分别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质。 油质：凡能溶解于中性有机溶剂，不被硅胶所吸附，浅黄色粘性油状物。 苯胶质：能溶解于中性有机溶剂，被硅胶所吸附，主要溶于苯，属暗色的油状物。 洒精苯胶质：溶于酒精和苯，同时也被苯所吸附。 沥青质：用石油醚分离，得到一种不溶于石油醚的物质暗黑色-黑色沥青状无定形的固体。,14:18:18,第9页,（四）石油的化合物组成 在近代实验室中，用液相色谱可将石油划分为烃类化合物：正构烷烃、异构烷烃

7、、环烷烃、芳烃和非烃化合物及沥青质。,14:18:18,第10页,正构烷烃 属饱和烃，在常温常压下，14个碳原子（C1C4）的烷烃为气态，516个碳原子（C5C16）的烷烃为液态，17个碳原子以上（C17）的高分子烷烃皆呈固态。 石油中已鉴定出的正烷烃有C1C45，个别报导曾提及见到C60正烷烃，但大部分正烷烃碳数C35。石油中多数占15.5%（体积），轻质石油可达30%以上，而重质石油可小于15%。其含量主要取决于： 1.生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量多，海相原油含量少。 2.原油的成熟度：可用正烷烃分布曲线来判断原油的成熟度。 石油中正构烷烃的来源： 现代生物：如细菌、藻类。含脂

8、类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢子花粉、果实）。有机质的演变、分解。,14:18:18,第11页,A、主峰小于C15，且主峰区较窄，表明低分子正烷烃高于高分子正烷烃，代表高成熟原油； B、主峰大于C25，主峰区较宽，奇数和偶数碳原子烃的分布很有规律，二者的相对含量接近相等，代表未成熟或低成熟的原油； C、主峰区在C15C25之间，主峰区宽，代表成熟原油。正烷烃分布特点与成油原始有机质、成油环境和成熟度有密切关系，因此这些特征已被广泛用于鉴别生油岩和研究石油的成熟度。,正烷烃分布曲线在石油中，不同碳原子数正烷烃相对含量呈一条连续的分布曲线，称为正烷烃分布曲线。不同类型原油的正烷烃分布特点不

9、同： 未成熟的石油，主要含大分子量的正构烷烃； 成熟的石油中，主要含中分子量的正构烷烃； 降解的石油中，主要含中、小分子量的正构烷烃； 根据主峰碳数位置及形态，可将正烷烃分布曲线分为三种基本类型：,14:18:18,第12页,2、异构烷烃 石油中的异构烷烃以C10为主，且以异戊间二烯烷烃最重要。其特点是在直链上每4个碳原子有一个甲基支链。在沉积物和原油中以植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。研究和应用最多的是植烷和姥鲛烷。 来源：有人认为是植物的叶绿素的侧链植醇或色素演变而来，为生物标志化合物。因此，同源的石油所含异戊间二烯类烷烃类型和含量都十分接近。因此，常用于油源对比标志（

10、指纹化合物），近来也用于沉积环境研究。,14:18:18,第13页,3、环烷烃 由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组成环的碳原子数可以是大于3的任何数，相应称为三员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。 其含量与成熟度有关：成熟度低高，由多环单、双环。一般，单、双环占环烷烃的50.5%；三环占环烷烃的20%；四、五环占环烷烃的25%。 原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性，所以没成熟的原油旋光性高。多环环烷烃与四环的甾族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有机成因的主要证据之一。 4、芳香烃 芳香烃其特征是分子中含有苯环结构，属不饱和烃。根据其结构不同可

11、分为单环、多环、稠环三类芳香烃。 单环芳烃是指分子中含有一个苯环的芳香烃，包括苯及其同系物；多环芳烃是指分子中含两个或多个独立苯环的芳香烃；稠环芳香烃是指分子中含两个或多个苯环，彼此之间共用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。 在石油的低沸点馏分中，芳香烃含量较少，且多为单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。随沸点升高，芳香烃含量亦增多，除单环芳香烃外，出现双环芳香烃，如联苯。在重质馏分中还可能出现稠环芳香烃，如萘和菲，蒽的含量较少。,14:18:18,第14页,5、非烃化合物 主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物，主要集中在石油的高沸点馏分中。 含硫化合物：最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中。主

12、要有硫醇（-SH）、硫化物（-S-）（包括硫醚R-S-R、环硫醚）、二硫化物（-S-S-）以及噻吩衍生物。此外，还有元素硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等 含氮化合物：主要集中在胶质沥青质中。石油中含氧化合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯、吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要意义的中性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有机成因的重要生物标志物。 卟啉是以4个吡咯环为基本结构，由4个次甲基（-CH）桥键连接的含氮化合物。在石油中卟啉常与金属、i络合形成有机络合物，它比较稳定，易保存，具有极强的吸光性和荧光性。卟啉本身在高温或氧化条件下易分解，说明石

13、油是在温度不高、还原环境下形成，卟啉还易被粘土吸附，可应用于油气运移研究。 含氧化合物：主要有酸性和中性两大类。酸性含氧化合物中有环烷酸、脂肪酸及酚，总称石油酸；中性含氧化合物有醛、酮等，其含量较少。酸性含氧化合物中环烷酸最多，占酸性物质90%以上，易与碱金属作用生成环烷酸盐，极易溶于水，因此，油田水中环烷酸可作为一种含油气性直接曛尽。,14:18:18,第15页,三、馏分、组分和化合物组成三者的关系,14:18:18,第16页,四、石油的分类 石油的分类方法常因目的而异，地球化学家和地质学家注重原油组成及其与生油岩和演化作用的关系。代表性的分类方案是Tissot和Welte(1978)提出的

14、，该分类采用三角图解，以烷烃、环烷烃、芳烃N、S、O化合物作为三角图解的三个端元。以饱和烃含量50%为界把三角图分为两大部分，在饱和烃含量50%的区域内，再根据石蜡烃含量50%、40%处建立次一级分类界线，将饱和烃50%区域分为三种基本类型：石蜡型、环烷型和石蜡环烷型。在芳烃N、S、O化合物大于50%的区域内，以石蜡烃含量10%建立分类界线，将石蜡烃含量10%的区域作为芳香-中间型原油，而石蜡烃10%为重质降解原油。在重质降解原油中，以环烷烃含量25%处建立分类界线，将环烷烃含量25%的称芳香-环烷型，而25%的称芳-香沥青型。,14:18:18,第17页,五、海陆相原油的基本区别,14:18

15、:18,第18页,六、石油的物理性质 颜色：从白色、淡黄、黄褐、深褐、墨绿色至黑色。 比重：是指一大气压下，20石油与4纯水单位体积的重量比，用d420表示。一般介于0.750.98之间。通常把比重大于0.90的称为重质石油；小于0.90的称为轻质石油。美国通常用API度、西欧用波美度来表示石油的比重。 美国通常用API度、西欧用波美度来表示石油的比重，它们与国际通用不同的比重之间的关系如下： API=141.5/15.5C时比重-131.5 波美度=140/15.5C时比重-130 API度和波美度高的石油，实际上属于低比重的轻质石油。这两种单位与国际通用单位的换算值如表。,14:18:18

16、,第19页,石油的粘度：代表石油流动时分子之间相对运动所引起的内摩擦力大小。有动力粘度,又称绝对粘度，用SI表示，单位为帕 斯卡秒（Pa.s)。动力粘度/同温下密度称为运动粘度，其单位称二次方米每秒(m2/s)，不同温度下的运动粘度用Vt表示。相对 粘度又称恩氏粘度，是在恩氏粘度计中200ml原油与20同体积蒸馏水流出时间的比值。常用Et表示。 石油颜色深浅和比重、粘度的大小主要取决于石油的化学组成，胶质、沥青质含量愈高，颜色愈深，比重愈大，粘度增加。 荧光性：石油在紫外光照射下可产生延缓时间不足10-7秒的发光现象，称为荧光性。石油中的多环芳烃和非烃具有荧光性。 荧光色随不饱和烃的浓度及分子

17、量增加而加深。轻质石油显浅蓝色，胶质较多显绿黄色，沥青质为褐色。 旋光性：石油能将偏振光的振动面旋转一定角度的能力。石油的旋光性与含有结构不对称的生物成因标志物有关，因此旋光 性常作为石油有机成因的证据。 溶解性：石油难溶于水，但却易溶于多种有机溶剂，凝固和液化：石油凝固和液化的温度范围是随其组成而变化的，无固定 数值。凝固点：原油失去流动能力的最高温度称为凝固点。含高分子的烃越多，凝固点越高。 导电性：石油是不良导体，在地下属高电阻。,14:18:18,第20页,第二节天然气,天然气：广义上指岩石圈中存在的一切天然生成的气体。石油地质学中研究的主要是沉积圈中以烃类为主的天然气。 一、天然气的

18、产出类型 按天然气的成因可分为有机成因气和无机成因气； 按天然气存在的相态可以分为游离气、溶解气、吸附气和固态气水化合物； 依天然气分布特征可分为聚集型和分散型； 依天然气与石油产出的关系分为伴生气和非伴生气。 按照天然气的成分可分为烃类气体和非烃类气体。,14:18:18,第21页,（一）聚集型天然气 1、气顶气：与石油共存于油气藏中呈游离气顶状态产出的天然气。以烃类为主，除大量的甲烷外，还有重烃气体和轻组分的液态烃，少量氮气和二氧化碳凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，由液态烃逆蒸发而形成的气体。开采出来后，由于地表压力、温度较低，按照逆凝结规律而逆凝结为轻质油即凝析油。,2、气藏气：

19、单独聚集的天然气。可分为干气气藏和湿气气藏。 干气气藏：甲烷含量大于95%，重烃气体含量少，采到地表也是气体。 湿气气藏：含较多的甲烷，还有乙、丙、丁烷液态烃，还溶解了戊、己烷等，重烃含量大于5%，采到地表除含较多气体外，还凝结出许多液态气体。,14:18:18,第22页,3、凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，由液态烃逆蒸发而形成的气体。开采出来后，由于地表压力、温度较低，按照逆凝结规律而逆凝结为轻质油即凝析油。凝析气藏的形成 烃类纯物质的相态：在温度一定时，随压力增加，体积缩小，到达露点A后，压力不变而体积继续缩小，直到泡点B后，压力增大体积变化甚微，露点A为开始液化的点，泡点B为完全

20、液化的点，A-B为气液两相共存区段，其对应的压力为饱和蒸汽压，大小取决与温度，温度升高，A-B线段逐渐缩小，直到临界点K。,14:18:18,第23页,多组分烃类相态及凝析气藏的形成：多组分烃类物系相态图与烃类纯物质的相态图不同，其露点线和泡点线交绘于临界点K，所围区域为气液两相共存区，临界凝析压力点K2和临界凝析温度点K1之间为逆凝析区，在该区内，低压条件下（B3）为气态，压力增大到（B2）后，压力增大液相反而减小，到B1点则完全气化，这与正常蒸发概念完全相反，称为逆蒸发，相反的过程称为逆凝结，凝析气（油）藏的形成正是逆蒸发（逆凝结）相态转变的结果。 临界凝析温度点K1：多组分相态中，不管压

21、力多大，凡高于此温度便不能形成液体。 临界凝析压力点K2：多组分相态中，不管温度高低，凡高于此压力便不能形成气体。 凝析气藏和湿气气藏的区别： 凝析油中含大量的轻质烃类，重质烃类较少，呈淡黄色，刚开采是伴生气较多，随着气藏不断开采，伴生气越来越少；湿气气藏含的气体多，凝析气藏含的气体少。,14:18:18,第24页,（二）分散型天然气 1、油内溶解气：溶解于石油中的天然气。 2、水内溶解气：溶解于水中的天然气。 3、煤层气：煤层中所含的吸附和游离状态的天然气。 4、固态气水合物：是在冰点附近的特殊温度和压力条件下形成的固态结晶化合物。主要分布在冻土、极地和深海沉积物分布区。固态气水合物是在温度

22、高于水本身的固化温度的时候，天然气和水结合而形成的一种固态液体，而不是化合物。气体分子和水分子的数目是固定的，一个甲烷分子需要5.75个水分子，一个乙烷分子需要7.66个水分子，一个丙烷或丁烷分子需要17个水分子。,14:18:18,第25页,二、天然气的化学组成 天然气的元素组成，以碳、氢为主，碳占6580%，氢占1220%，另有少氮、氧、硫及其它微量元素。天然气的化合物组成以甲烷为主，其次为重烃气，并含有数量不等的N2、CO2、H2S及其它惰性气体。世界上绝大多数气藏的成分是以烃气为主的。烃含量高于80%的气藏约占气藏总数的85%以上，90%以上的储量会集中于烃含量在90%以上的气藏中；氮

23、气含量为主的气藏仅占气藏数的百分之几，含量在90%以上的不到1%；以CO2、或H2S为主的气藏占气藏总量的1%以下。,14:18:18,第26页,三、天然气的物理性质 比重：在标准状态下，单位体积天然气与同体积空气的重量比，即天然气的比重。一般为0.650.75，高者可达1.5，湿气的比重大于干气。 粘度：天然气的粘度与其化学组成及其所处的环境有关。一般随分子量增加而减小，随温度、压力增大而增大（因分子间的运动加快，碰撞增多）。 蒸气压力：气体液化时所需施加的压力称蒸气压力。蒸汽压力随温度升高而增大。在同一温度条件下碳氢化合物的分子量越小，则其蒸气压力越大。 溶解性：在相同的条件下，天然气在石

24、油中的溶解度远大于在水中的溶解度。当天然气重烃增多，或者石油中的轻馏份较多时，都可增加天然气在石油中的溶解度。热值：每立方天然气燃烧时所发出的热量称为热值。单位每千卡/米3或千卡/千克。湿气热值较高，可达210千卡/米3，而煤和石油的热值分别为4103千卡/千克及104千卡/千克。热值是评价燃料质量的重要指标。,14:18:18,第27页,第三节油田水,油田水：从广义上理解，油田水是指油田区域（含油构造）内的地下水，包括油层水和非油层水。狭义的油田水是指油田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水。 一、油田水的产状 根据水与油、气分布的相对位置，分为底水和边水。 底水是指含油（气）外边界范围以

25、内直接与油（气）相接触，并从底下托着油气的油层水。 边水是指含油（气）外边界以外从侧面流动的油层水，实际是底水的外延。在油田范围内非油层水，根据它们与油层的相对位置，分别称之为是上层水、夹层水和下层水。油田水存在于储集层的孔隙裂缝中，按照水在其中的存在状态，可分为吸附水、毛细管水和自由水三种。 吸附水：呈薄膜状被岩石表面颗粒所吸附，在一般温度和压力下不能自由运动。 毛细管水：存在于毛细管孔隙裂缝中，当作用于水的外力超过毛细管时才能运动。 自由水：是存在于超毛细管孔隙、洞和缝隙中，在重力作用下能自由运动。,14:18:18,第28页,三、油田水的化学组成 油田水的化学组成，包括无机组成、有机组成

26、和溶解气。 无机组成：以HCO3-、SO42-、Cl-和Ca2+、Na+、Mg2+6种阴、阳离子为代表以及碘、溴、硼、钡、锶、铵等微量元素，其组合特征及异常值能反应油田水的地质特征。 有机组成：油田水中含有气态烃、液态烃、苯、酚及环烷酸皂等有机组分，其含量及比值可作为找油的水化学标志。 溶解气：常见的有O2、N2、CO2、H2S、CH4、He等。,14:18:18,第29页,四、油田水的矿化度 油田水的矿化度：即水中各种离子、分子和化合物的总含量，以水加热至105蒸发后所剩残渣重量或离子总量来表示，单位ml/l、g/l或ppm。 分布和特征： 油田水一般具有较高的矿化度，这是由于油田水埋藏地下

27、深处，长期处于停滞状态，缺乏循环所致。 海相沉积油田水矿化度比陆相高，多数海相油田水总含盐量在51046104ppm以上，最高可达642798ppm。陆相油田水的矿化度一般为51033104ppm，最高可达148900ppm。 碳酸盐岩储层油田水矿化度比碎屑岩储层高。 保存条件好的储层水矿化度比开启程度高的储层高。 埋藏深的比埋藏浅的地层水矿化度高。,14:18:18,第30页,五、油田水的类型 苏林（Sulin）分类: 分类原则是HCO3-、SO42-、Cl-和Ca2+、Na+、Mg2+6种阴、阳离子的相对含量，以Na/Cl、(Na-Cl)/SO4和(Cl-Na)/Mg这三个成因系数，把天然

28、水划分为四种基本类型。苏林认为，裸露的地质构造中的地下水可能属于硫酸钠型，而与地表大气降水隔绝的封闭水则多属于氯化钙型，两者之间的过渡带有氯化镁型。在油田剖面上部地段以重碳酸钠型为主，随着埋深增加，过渡为氯化镁型，最后成为氯化钙型。苏林认为，油田水的水化学类型以氯化钙型为主，重碳酸钠型次之，硫酸钠型和氯化镁型较为罕见。,14:18:18,第31页,第四节稳定碳同位素 同位素：指元素周期表中原子序数相同，原子量不同的元素。 稳定同位素：指原子核的结构不会自发的发生改变的同位素。 稳定同位素有两个最显著的属性：1.稳定性：即经过复杂的化学反应之后，原子核结构不发生变化。2.分馏作用：指同位素在两种

29、同位素比值不同的物质之间进行分配。 一、稳定同位素分馏机理 分馏作用是稳定同位素的属性之一，碳稳定同位素的分馏机理有： 1.同位素的交换反应：是化学物质间，不同相或单个分子发生的同位素重新分配。 12CO2+13CH4=13CO2+12CH4 13CO2+H12CO3-=12CO2+H13CO3- 2.光合作用的动力效应：植物在光合作用过程中，富集12C，而使13C进一步减小。 3.热力和化学反应的动力效应：-C-C-键的稳定性顺序：-13C-13C-13C-12C-12C-12C-。 在低温条件下，形成的烃类，富集12C；在高温条件下形成的烃类，富集13C。 4.同位素的物理化学效应：蒸发：

30、气相富集轻同位素12C，夜相富集13C；扩散：先扩散12C，残余13C。,14:18:18,第32页,二、稳定同位素在自然界的分布、比值符号和标准,同位素比值的测量和对比单位一般是用千分数（）表示。,式中：Rs:为样品的同位素比值；Rr：为标准的稳定同位素的比值。各国用各自的标准计算Rr，再换算成PDB标准。标准之间的换算公式：,式中：13CB：为求取对B标准的值； 13CA：为测得对A标准的值； RAr、RBr：为A、B标准的13C/12C比值。,14:18:18,第33页,三、油气中碳同位素的组成特征 1、原油 13C一般为-22-33，平均值为-25-26。 海相原油13C值较高，为-2

31、7-22；陆相原油13C值偏低，为-29-33。 随组分分子量的增大,急剧增大烷烃芳烃胶质沥青质，烷烃环烷烃，正构烷烃异构烷烃，芳烃随环数增加13C值增大，可溶沥青干酪根。 2、天然气 13C随天然气成熟度的增大而增大，生物成因气:-60-95低热解成因气:-50-20高以上两种气的混合气:-50-60天然气成份中：13C113C213C313C4，分子量增加，增大。,14:18:18,第34页,四、油气中碳同位素和氢同位素之间的关系 石油的D与13C值没有明显的相关关系。 天然气的D与13C存在不很明显的关系,14:18:18,第35页,第二章储集层和盖层,储集层和盖层是形成油气藏的必要条件

32、。石油、天然气和油田水都是储存在岩石孔隙中的。 凡具有一定的连通孔隙，能使液体储存，并在其中渗滤的岩层，称为储集层。储集层中储集了油气称含油气层。投入开采后称产层盖层是位于储集层的上方，能够阻止油气向上逸散的岩层。,第一节 储集层的物性参数 第二节 碎屑岩储集层 第三节 碳酸盐岩储集层 第四节 其它类型储集层 第五节 盖层,14:18:18,第36页,储集层的基本特征是具孔隙性和渗透性，其孔隙渗透性的好坏、分布规律是控制地下油气分布状况、油气储量及产量的主要因素。 一、储集层的孔隙性 绝对孔隙度：岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样总体积的比值。是衡量岩石孔隙的发育程度。 Pt=Vp/Vt*10

33、0% 按岩石孔隙大小，有超毛细管孔隙、毛细管孔隙和微毛细管孔隙三类。 1.超毛细管孔隙：直径0.5mm，相应裂缝宽度0.25mm，液体在重力作用下自由流动。 2.毛细管孔隙：直径0.50.0002mm，裂缝宽度0.250.0001mm，由于毛细管力的作用，液体不能自由流动。 3.微毛细管孔隙：直径0.0002mm，裂缝宽度0.0001mm，液体在非常高的剩余流体压力梯度下流动。 有效孔隙度：指彼此连通的，且在一般压力条件下，可以允许液体在其中流动的超毛细管孔隙和毛细管孔隙体积之和与岩石总体积的比值。 Pe=Ve/Vt*100%,14:18:18,第37页,二、渗透性 渗透性：指在一定的压差下，

34、岩石允许流体通过其连通孔隙的性质。对于储集层而言，指在地层压力条件下，流体的流动能力。其大小遵循达西定律。,K即为岩石的渗透率，国际单位为m2，常用单位为达西（D）。 国际单位：=1Pa.sP=1PaF=1m2L=1mQ=1cm3/s 则：K=1m2常用单位：=1厘泊P=1大气压F=1cm2L=1cmQ=1cm3/s 则：K=1D=1000md 1D=0.987m2 1D=987*10-6m2 绝对渗透率：单相液体充满岩石孔隙，液体不与岩石发生任何物理化学反应，测得的渗透率称为绝对渗透率。,14:18:18,第38页,有效渗透率：储集层中有多相流体共存时，岩石对每一单相流体的渗透率称该相流体的

35、有效渗透率。油气水分别用Ko、Kg、Kw表示。 相对渗透率：对每一相流体局部饱和时的有效渗透率与全部饱和时的绝对渗透率之比值，称为该相流体的相对渗透率。 油气水分别表示为Ko/K、Kg/K、Kw/K。相对渗透率变化范围在： 01之间。 某相有效渗透率的大小与该相流体的饱和度（流体体积与孔隙体积之比）成正相关系。饱和度增加，其有效渗透率和相对渗透率均增加，直到全部为某一相流体饱和，其有效渗透率等于绝对渗透率，即相对渗透率等于1为止。 孔隙度与渗透率之间的关系储集层的孔隙度与渗透率之间没有严格的函数关系，一般情况下渗透率随有效孔隙度的增大而增大，但亦不是无限的，而且也要视岩性不同而不同。,14:1

36、8:18,第39页,碎屑岩储集层：渗透率与总孔隙度之间没有明显的关系，与有效孔隙度有很好的正相关关系（菲希特鲍尔对砂岩大量统计得出）。渗透率的变化幅度要比孔隙度的变化幅度大很多。 碳酸盐岩储集层：孔隙度与渗透率无明显的关系。孔隙大小主要影响其孔隙容积。因为碳酸盐岩储集空间的分布与岩石结构特征之间的关系变化很大，不一定以原生孔隙为主，有时可以是次生孔隙占主要。,14:18:18,第40页,三、储集层的孔隙结构 1、概念 孔隙结构：指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布以及相互关系。 孔隙：是孔隙系统中的膨大部分。决定了孔隙度大小。 喉道：是孔隙系统中的细小部分。决定了储集层储集能力和渗透

37、特征。,14:18:18,第41页,2、研究方法 孔隙铸体薄片:把岩石切片，孔隙注入红颜色的胶体，作成薄片,在镜下观察其孔隙及喉道的类型、形状、大小等特征。 扫描电镜:放大倍数增大 压汞曲线法 压汞曲线法 原理：由于孔喉细小，当两种或两种以上互不相溶的流体同处于岩 石孔隙系统中或通过岩石孔隙系统渗流时，必然发生毛细管现象，产生一个指向非润湿相流体内部的毛细管压力Pc。,14:18:18,第42页,方法： 在不同压力下，把非润湿相的汞压入岩石孔隙系统中，根据所加压力与注入岩石的汞量，绘出压力与饱和度关系曲线，称为毛细管压力曲线或压汞曲线。按公式算出某一压力下的孔喉等效半径，结合岩石的总孔隙度资料

38、，作出孔喉等效半径分布图。根据以上两图，可以对岩石的孔隙结构进行定量评价。 评价孔隙结构的参数 排驱压力（Pd）：表示非润湿相开始注入岩样中最大连通喉道的 毛细管压力，在曲线压力最小的拐点。排驱压力越小，说明大孔喉越多，孔隙结构越好。 孔喉半径集中范围与百分含量：反映了孔喉半径的粗细和分选性，孔喉粗，分选好，其孔隙结构好。毛细管压力曲线上，曲线平坦段位置越低，说明集中的孔喉越粗；平坦段越长，说明孔喉的百分含量越大。,14:18:18,第43页,饱和度中值压力：非润湿相饱和度为50%时对应的毛细管压力（Pc50%），与之对应的喉道半径称为饱和度中值喉道半径(r50）。Pc50%越低，r50越大，

39、则孔隙结构好。 最小非饱和的孔隙体积百分数（Smin%）：当注入汞的压力达到仪器的最高压力时，仍没有被汞侵入的孔隙体积百分数。一般将小于0.04m的孔隙称为束缚孔隙。束缚孔隙含量愈大，储集层渗透性能越差。,四、流体饱和度 流体饱和度：油、气、水在储集岩孔隙中的含量分别占总孔隙体积的百分数称为油、气、水的饱和度。在油藏中的油、水分布反映出毛细管压力同油、水两相压力差相平衡的结果，在油藏的不同高度上的油、水饱和度是变化的。,14:18:18,第44页,第二节碎屑岩储集层,99%以上的储集层为沉积岩，其中又以碎屑岩和碳酸盐岩为主，1%为其它岩类储集层。所以按岩类可分以下三种类型储集层。 碎屑岩储集层

40、的岩类包括：砾岩，含砾砂岩，中、粗砂岩，细砂岩及粉砂岩，其中物性最好的是中-细砂岩和粗粉砂岩。 一、碎屑岩储集层的孔隙类型 传统的观念认为砂岩储集层的孔隙类型以原生的粒间孔隙为主，只有很小一部分是次生的，并且都把次生孔隙（除了裂缝以外）解释为是地层出露地表时大气水淋滤的结果。直到1979年，自从施密特麦克唐纳（Schmidt）发表了“砂岩成岩过程中的次生储集孔隙”之后。人们对次生孔隙的概念、类型、识别标志、形成机制及意义才有了较明确的认识。Schmidt将碎屑岩孔隙类型分为5种类型： 粒间孔隙：一般为原生孔隙。其孔隙度随埋深的增加有所降低，但降低的速度比粘土岩慢得多。 特大孔隙：按Schmid

41、t标准，超过相邻颗粒直径1.2倍的孔隙属特大孔隙。多数为次生孔隙。 铸模孔隙：是指砂岩中具有一定特征几何形状的介壳碎屑、碳酸盐粒屑、结晶矿物（盐、石膏、菱铁矿）被溶蚀后，保持原组构外形的那些孔隙。属于一种溶蚀的次生孔隙。 组分内孔隙：一切组分，如颗粒、杂基、胶结物内出现的孔隙。可以是原生的（沉积的和沉积前），也可以是后生的（成岩过程及其后新生的）。 裂缝：砂岩中裂缝较为次要，但如果沿裂缝发生较强烈的溶蚀作用时，它的作用就十分重要。,14:18:18,第45页,二、影响碎屑岩储集层储集性的因素 1、沉积作用对砂岩储层原生孔隙发育的影响 (1)矿物成分对原生孔隙的影响 矿物成份主要以石英、长石、云

42、母。矿物成份对储集物性的影响主要视以下两个方面： 矿物的润湿性：润湿性强，亲水的矿物，表面束缚薄膜较厚，缩小孔隙空间，渗透性变差。 矿物的抗风化能力：抗风化能力弱，易风化成粘土矿物充填孔隙或表面形成风化层减小孔隙空间。 因此，长石砂岩较石英砂岩物性差。除长石外，其它颗粒矿物成份对物性影响不大。 (2)岩石结构对原生孔隙的影响 包括大小、分选、磨圆、排列方式。 粒度和分选系数的影响 粒度：总孔隙度随粒径加大而减小。因为粒度小，分选差，磨圆差，较松散，比圆度好的较粗砂岩孔隙度大。渗透率则随粒径的增大而增加。因为粒径小，孔喉小，比表面积小，毛细管压力大。,14:18:18,第46页,当分选系数一定时

43、，渗透率的对数值与粒度中值成线性关系。分选：粒度中值一定时：分选差的岩石，小颗粒充填大孔隙，使孔隙度、渗透率降低；分选好的岩石，孔渗增高。孔隙度、渗透率随着分选系数趋于1而增加，分选系数So2时，中细粒砂岩，孔隙度随So增大而缓慢下降；粗粒和极细粒砂岩，So增加时，孔隙度基本不变。,立方体排列：堆积最松，孔隙度最大，渗透率最高；斜方体排列：孔隙直径较小，渗透率低。磨圆度增高，储集物性变好。 (3)杂基含量对原生孔隙的影响 杂基：指颗粒直径小于0.0315mm的非化学沉淀颗粒。代表沉积环境能量，在沉积作用的影响因素中最重要的因素是杂基含量。 杂基含量高，一般代表分选差，平均粒径也较小，喉道小，多

44、为杂基支撑，孔隙结构差，其孔隙、渗透性也差。,14:18:18,第47页,2、成岩后生作用对砂岩储层物性的影响 压实作用：包括早期的机械压实和晚期的化学压溶作用。压实作用结果使原生孔隙度降低。 胶结作用：胶结物的含量、成份、类型对储集性有影响。含量高，粒间孔隙被充填，减少原生孔隙，连通性变差，物性变差。泥质、钙-泥质胶结的岩石较松，物性较好；纯钙质、硅质或铁质胶结的岩石致密，物性差。胶结类型由接触式接触孔隙式孔隙基底式基底式物性逐渐变差。 溶解作用：粗粒、孔隙水多或含有有机酸的砂岩，能溶解孔喉中的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐，改善储层物性。 交代作用和重结晶作用：物性的改变要视被交代物和重结晶结果而

45、定。,14:18:18,第48页,三、碎屑岩储集层的形成环境及分布 碎屑岩储集层的形成和分布，受古沉积条件及古构造条件的控制。一个沉积盆地内碎屑岩储集层发育情况，受沉积旋回的控制，一般在一个完整旋回的中后期所沉积的砂质岩，分布广，厚度大，储集物性好，常常形成良好的碎屑岩储集层。 古构造条件对碎屑岩储集层的形成和分布也有影响。一般在盆地的斜坡带，碎屑物质经过机械分异作用，颗粒较均匀，圆度好，胶结物含量少，储集物性甚佳。在水下大型古隆起的顶部和翼部，由于湖水的冲洗作用，形成物性良好的碎屑岩储集层。 横向上碎屑岩储集层的分布主要是受沉积环境的控制，主要分布于砂岩体中。 砂岩体是指在一定的地质时期，某

46、一沉积环境下形成的，具有一定形态、岩性和分布特征，并以砂质为主的沉积岩体。 舌状砂岩体可分为四个带： 主体：砂岩体近沉积物来源部分。砂岩百分含量高，横向连通性好。 核部：砂岩体中部、砂岩最发育的地段。以细砂岩为主，层间连通性好。 前缘带：砂岩体最前方和两侧边缘的砂岩体尖灭带。以粉砂岩为主，连通性较差。 断续分布带：介于砂岩体沉积区与泥岩沉积区之间的透镜体砂岩，以泥质粉砂岩为主。,14:18:18,第49页,1、冲积扇砂砾岩体 在干旱、半干旱气候区，山地河流进入平原，在山的出口堆积而形成的扇形砂砾沉积体。岩性为砾、砂和泥质组成的混杂堆积，粒度粗，分选差，成份复杂，圆度不好。 物性特征：孔隙结构中

47、等，各亚相带的岩性特征有差别，因此其渗透性和储油潜能也有变化。其中以扇中的辫状河道砂砾岩体物性较好，若邻近油源，可形成油气藏。,14:18:18,第50页,2、河流砂岩体 岩性由砾、砂、粉砂和粘土组成，以砂质为主，成分复杂，分选差-中等。包括： 边滩砂岩体（属称点砂坝）：发育于河流中、下游弯曲河道内侧（凸岸），为透镜状，由下到上，粒度由粗到细的正粒序。中部储油物性较好，向上、向两侧逐渐变差。 河床砂砾岩体（属称心滩）：沿河道底部沉积。平面呈狭长不规则条带状，走向一般与海岸线垂直或斜交；剖面上呈透镜状，顶平底凸。物性一般中部好，向顶、向两侧变差。渗透率变化较大。,14:18:18,第51页,3、

48、三角洲砂岩体 三角洲是河流入湖或入海口流速降低而形成的扇形沉积体，以砂岩为主，岩性偏细。可分三个亚相带，各亚相带主要的砂体有： 三角洲平原：分流河道砂岩体，以粉砂岩、砂岩为主，偏细。 三角洲前缘：水下分流河道；河口砂坝：细、粉砂，分选好；远砂坝：粉砂、细砂和少量粘土。 前三角洲：席状砂：砂质纯，分选好。以前缘带的砂坝砂岩体和前三角洲的席状砂岩体，分选好，粒度适中，为三角洲储集层最发育的相带。,14:18:18,第52页,4、湖泊砂岩体 平行湖岸成环带状分布滨湖相、浅湖相、深湖相，砂体集中于滨湖区和浅湖区，这两区颗粒受波浪的淘洗，粒度适中，分选、磨圆好，胶结物多为泥质，浅湖区为泥质和钙质混合，相

49、对来讲，浅湖区砂体物性优于滨湖区。 湖泊砂岩体为我国多数油田的储集层类型。,5、滨海砂岩体 滨海区由于波浪、沿岸流、潮汐、风的作用，破坏附近的三角洲可形成沿岸线呈带状、串珠状分布的砂坝；由于海水的频繁进退可形成超覆与退覆砂岩体。 超覆和退覆砂岩体：由于海进海退的频繁交替形成。海进砂岩体：下覆三角洲平原或其它海岸沉积物，不利生油。海退砂岩体：下伏海相页岩，是很好的生油岩。 滨海砂洲：平行海岸线分布。平面上呈狭长带状，形成较好的生储组合。剖面上呈底平顶拱的透镜状，由下到上粒度变粗。向上物性变好，向海一侧砂岩与页岩分界明显,渗透性好；向陆一侧砂岩渐变为页岩和粘土,富含泥质,渗透性变差。 走向谷砂岩体

50、：在海进过程中的海岸上，沿单面山古地形陡崖或断层陡阶走向分布的滨海砂岩体，岩性以中、细砂为主，分选磨圆好，松散，物性好。,14:18:18,第53页,6、浊流砂岩体 浊流携带大量的泥砂在大陆斜坡到深海平原形成的扇形堆积体。由根部到前缘，由下部到上部，沉积物由粗变细，分选由差变好，前方和上部是分选较好的砂质沉积，可构成良好的储集层，浊积砂岩体发育在深水泥岩之中，有丰富的油源，构成了油气藏面积不大，但油层厚，储量大。,7、风成砂岩体 在大陆沙漠区、河岸附近，可形成风成砂丘。由成份纯、圆度好、分选佳、胶结弱的砂粒组成，无泥质夹层，厚度大，孔隙渗透性好，最有利的碎屑岩储集体。 在陆相沉积中，湖成（海岸

51、）砂岩体往往同河床、三角洲、冲积扇、风成砂体混在一起，不同时期，不同成因的砂岩体有时连成一片，形成一个历时层状砂岩体。,14:18:18,第54页,第三节碳酸盐岩储集层 现在，从碳酸盐岩储集层中发现的油气储量已接近世界油气储量的一半，产量则已达总产量的60%以上。碳酸盐岩储集层的类型很多，岩性以粒屑灰岩、生物骨架灰岩和白云岩为主。 一、碳酸盐岩储集层的孔隙类型,(一)原生孔隙 1、粒间孔隙 多存在于粒屑灰岩，特征与砂岩的相似，不同之处是，易受成岩后生作用的改变，常具有较高的孔隙度。另外，有的由较大的生物壳体、碎片或其它颗粒遮蔽之下形成的孔隙，称遮蔽孔隙，也属粒间孔隙。 2、粒内孔隙 是颗粒内部

52、的孔隙，沉积前颗粒在生长过程中形成的，有两种： 生物体腔孔隙：生物死亡之后生物体内的软体腐烂分解，体腔内未被灰泥充填或部分充填而保留下来的空间。多存在于生物灰岩，孔隙度很高，但必须有粒间或其它孔隙使它相通才有效。 鲕内孔隙：原始鲕的核心为气泡而形成。 3、生物骨架孔隙 4、生物钻空孔隙 5、鸟眼孔隙,14:18:18,第55页,(二)次生孔隙 1、晶间孔隙 2、角砾孔隙 3、溶蚀孔隙 4、裂缝 3、溶蚀孔隙 根据成因和大小，包括以下几种：粒内溶孔或溶模孔：由于选择性溶解作用而部分被溶解掉所形成的孔隙，称粒内溶孔。整个颗粒被溶掉而保留原颗粒形态的孔隙称溶模孔。 粒间溶孔：胶结物或杂基被溶解而形成

53、。 晶间溶孔：碳酸盐晶体间的物质选择性溶解而形成。 岩溶溶孔洞：上述溶蚀进一步扩大或与不整合面淋滤溶解有关的岩溶带所形成的较大或大规模溶洞。孔径5mm或1cm为溶洞。,14:18:18,第56页,4、裂缝 依成因可分为： 构造裂缝：边缘平直，延伸远，成组出现，具有明显的方向性、穿层。 非构造裂缝：包括： 成岩裂缝：压实、失水收缩、重结晶而形成。不穿层，平行层面，裂缝面弯曲，形状不规则，延伸短。 风化裂缝：地表水淋滤和地下水渗滤溶蚀改造形成。大小不均，形态奇特，边缘具明显的氧化晕圈。 压溶裂缝：压溶作用，选择性溶解而形成的头盖骨接缝似的缝合线。 在实际工作中，常把裂缝性碳酸盐岩储层的孔隙空间系统

54、分为： 裂缝孔隙系统：油气渗流通道，是成为高产井的重要条件之一。 基块孔隙系统：是油气的主要储集空间，也是获得稳产的关键。,14:18:18,第57页,二、碳酸盐岩储集层的类型根据碳酸盐岩储集层储集空间的类型来划分，可将储集层类型分为： 1.孔隙型储集层（包括孔隙-裂缝性） 岩性：主要为颗粒石灰岩：鲕粒、碎屑、生物碎屑、粒晶灰岩及白云岩等。 储集空间：原生和次生的粒间、粒内、晶间孔隙发育；裂缝次之。 2.溶蚀型储集层 储集空间：以溶蚀孔隙、洞，连成一个洞穴系统。 分布：不整合面及大断裂带附近。特别是古风化壳、古岩溶带。 3.裂缝型储集层岩性：主要为白云岩、白云岩化灰岩。 储集空间：裂缝为主，尤

55、其纵横交错构成的裂缝网。其特征是：岩性测定其物性极低，与油气实际产能不适应。 4.复合型储集层 储集空间：孔、洞、缝同时或出现两种。有利于形成储量大、产量高的大型油气田。,14:18:18,第58页,三、影响碳酸盐岩储集层的因素 由于碳酸盐岩储集层储集空间多样，尤其是次生改造作用，使得其物性的影响因素及分布规律较为复杂，要视 不同的储集层类型而不同。 1、孔隙型储集层发育的影响因素 孔隙型储集层储集空间多以原生粒间-晶间孔隙为主，影响其发育的因素取决于原来岩石的沉积特征（沉积环境），即类似于碎屑岩储集层，其孔隙度、渗透率大小与粒度、分选、磨圆、杂基含量以及造礁生物发育程度。 分布：孔隙型储集层

56、其物性受沉积环境的控制，因此，在高能环境或有利生物礁形成的环境，能形成好的粒间-晶间孔隙，是此类储集层分布的主要相带。平面上主要分布在台地前缘斜坡相、浅滩相、盆地边缘生物礁相、潮坪相；剖面上储集层处于两次海进之间的海退层序，其下海进的细粒碳酸盐岩作为生油层，其上海进的细粒碳酸盐岩作为生油层和盖层。,14:18:18,第59页,2、溶蚀型储集层发育的影响因素 碳酸盐岩溶解度:其它条件相同时，成分越纯正，易溶，溶解度从大到小是石灰岩白云岩泥灰岩（即与Ca/mg比成正比）；从结构构造来看，粗晶、厚层石灰岩比细晶、薄层灰岩易溶。 地下水的溶蚀能力：取决于地下水的PH值、CO2含量、SO42-含量、温度

57、、压力。水中含CO2及有机酸时，水呈酸性，PH值下降，碳酸盐岩溶解度增大。水中CaSO4含量增加时，白云岩溶解度增加，而方解石的溶解度下降，所以富含SO42-的地区，白云岩中的溶孔比石灰岩更为发育。温度、压力的影响是：开放体系中，温度升高导致CO2释放，压力降低，PH值增加，使碳酸盐岩的溶解度降低，不利于溶蚀孔隙的形成；封闭体系中，溶解度随温度增加而增加（不是自然条件）。,14:18:18,第60页,分布：主要分布在厚层、质纯、粗结构的碳酸盐岩层段，特别是白云岩。发育于富含CO2的地下水活动地带，主要在古风化壳带，岩石遭受风化剥蚀，孔隙发育，地下水沿裂缝渗流地下，形成岩溶带。分三带： 垂直渗流

58、带：水流特点以向下淋滤作用为主，流速快，溶蚀作用不太充分；溶孔以垂直孔缝为主，储集层分带性不明显，有时有地表渗入的沉积物所充填。 地下水水位季节变化带：水流特点为水平与垂直流动的周期性交替。孔缝具有水平及垂直方向均发育，形成孔、洞均好的储层。厚度据地下渗流条件和岩溶作用不同而不同。 潜流带：水流为水平方向，上述两带补充CO2，水流缓慢与岩石作用时间长。发育良好的水平方向溶蚀孔洞，储层分带性明显。厚度与易溶岩层厚度有关。,14:18:18,第61页,3、裂缝型储集层发育的影响因素 岩性控制因素 成份较纯，脆性大，裂缝发育，泥质含量高，裂缝不发育。结构构造上，质纯粒粗、结晶粗的裂缝发育，薄层裂缝密

59、度较大，但规模较小，易产生层间缝和层间脱空；厚层裂缝密度小，但规模较大，以立缝和高角度斜缝为主。 构造的控制作用 在构造强烈部位构造裂缝发育。长期持续上升的区域，局部构造高点、长轴、倾没端、断层及断裂带附近裂缝育。 地下水的控制作用 地下水活跃的地区，构造裂缝溶解，扩大裂缝的作用。 分布：在质纯、脆性大，构造强烈的部位，以及地下水活跃的地区。,14:18:18,第62页,四、碳酸盐岩与碎屑岩储层的区别 碳酸盐岩与碎屑岩相比，由于其化学性质不稳定，容易遭受剧烈的次生变化，通常经受更为复杂的沉积环境及沉积后的变化。有以下几点区别： 1.碳酸盐岩储集层储集空间的大小、形状变化很大，其原始孔隙度很大而最终孔隙度却较低。因易产生次生变化所决定。 2.碳酸盐岩储集层储集空间的分布与岩石结构特征之间的关系变化很大。以粒间孔等原生孔隙为主的碳酸盐岩储层其空间分布受岩石结构控制，而以次生孔隙为主的碳酸盐岩储层其储集空间分布与岩石结构特征无关系或关系不密切。 3.碳酸盐岩储集层储集空间多样，且后生作用复杂。构成孔、洞、缝复合的孔隙空间系统。 4.碳酸盐岩储集层孔隙度与渗透率无明显关系。孔隙大小主要影响孔隙容积。 总之，碳酸盐岩储层的主要特点：储集空间发育具不均一性或突变性，也称