石油与天然气

恢复和探索第一阶段：初创阶段（1950-1959油（纱|1950年代前半期：油气勘探集中在中勘探 i田）, ）,勘西部（鄂尔多斯盆地和准喝尔盆地技术手段洛后（老二样和千米钻机）， 方2法落翳 探技术进步（综合勘探方法、地震勘探方法的应用） 第二阶段：高速发展时期（1960-1985）：（1）石油勘探的战略东移；国民经济发 展的需要；地质认识的提高； 勘探技术的提高；1959 年 9 月26 日松基 3 井发找油苗、查构:代后半期：地构造图）、勘探成效差 提高（区域大地构效差（未找大点的油气 构造稳定地区找大油气田）0 绪论1、油气地质学的研究内容油气地质学是研究地下油气生成和油气藏形成的基本原理以及油气分布规律的一门学科2、世界及我国油气资源的发展历程我国油气资源的发展历程：新中国成立之前，我国在石油勘探和开发 方面基础极其薄弱。石油稳定增长期天然气高速增长期石油高速发展期1993年成为原油衿进口国1978年原油年产突破1亿吨1997年原油产置达到16亿吨现大庆油田，证实了陆相生油论，极大地解放了中国油气地质学家的思想，开创了在陆相盆地寻找大油田的新篇章。第三阶段：稳定发展时期（1986- ）（1）石油勘探出现的问题：石油后备储量 不足、储量效益越来越差、油田规模越来越小、 西部盆地勘探程度低，产量丰 富；（2）石油勘探战略：稳定东部、发展西部、油气并举、发展海洋、拓展海外。（3）油气勘探成效：石油： 准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、吐哈盆地 天然气： 鄂尔多斯盆地靖边、苏里格气田、塔里木盆地克拉2号气田、 四川普 光气田、 莺歌海盆地；形成四大含油气区、建成24个油气生产基地、发现688 个油气田、建成输油管线1.13万公里、输气管线1.18万公里、 2000年起原油产 量达1.6 亿吨，居世界第 5 位世界油气资源的发展历程：近现代油气勘探开始于十九世纪中叶。俄国（1848年在比比-埃巴特）、美国（1859 年在宾夕法尼亚州）相继钻成了各自的第一口产 油井后，标志着近代石油勘探开发工业的开始。由于找油的需要，油气地质理论 伴随着找油实践而诞生并发展。1859年Drake在宾夕法尼亚州根据油气苗所钻的一口油井标志着近代油气 勘探开发工业的开始。尽管这口井钻井深度只有21.69米，产油量每天只有69.5 桶，但由此产生的巨大利润，极大地刺激了投资者，因此迅速掀起了寻找和开采 石油的热潮，使油气勘探和开采进入了工业化阶段。当时找油的主要依据是地面油气苗，在具有地面油气苗的地方钻井。随着不 断的油气勘探实践，地质家们发现油气位于背斜的高点，1861 年怀特提出了著 名的“背斜聚油理论”。该理论在十九世纪结束前的二、三十年期间，在美国、欧 洲得到广泛的应用，取得了油气勘探的很大成功。1917 年美国石油地质家协会（AAPG； American Association of Petroleum Geologists）成立和AAPG会刊出版，标志着石油地质学的诞生，石油地质家从 此正式走上油气勘探的舞台。二十世纪二、三十年代，地震、重力及其它地球物理方法的发明和应用，使 在覆盖区查明地下的背斜构造成为可能，使找油工作可在地面没有任何显示的平 原区进行，大大拓展了人们找油的领域，油气产量增加很快。地球物理方法使人 们不仅可识别背斜圈闭，还可识别地层、岩性等圈闭，从而形成了找油的圈闭理 论。近 20 多年来，各种先进技术的应用，尤其是地震勘探技术的迅速发展，使 人们对地下地质体的刻画和预测更加准确，精度越来越高。在勘探程度较低的地 区获得了许多重要突破，在一些勘探程度较高的地区，石油勘探向精细化发展， 找到了一大批隐蔽油气藏。在五、六十年代出版了一批经典的石油地质学专著，其中尤以莱复生 （Levorsen）的“石油地质学”（1954）最为重要，成为当代“石油地质学”的经典 论著，为培养大批油气地质勘探人才发挥了重要作用。六十年代开始发展的源控论，使油气勘探进入一个新阶段，而七、八十年代 以有机地球化学方法建立的油气成因理论对现代油气勘探起了重要指导作用。经 典的著作包括Tissot和Welte（1978，1982）的“石油形成与分布”，Hunt（1979） 的“石油地球化学和石油地质学”，Hobson（1981）的“石油地质学导论”等。3、怎样学好油气地质学？掌握油气地质学的基本概念和理论，提倡理解基础上的记忆，切忌死记硬背。1、油气水特征1、掌握以下概念：石油沥青类：天然气、石油及石油的固态衍生物的统称。生物标志化合物：指来源于生物体，基本保持了原始物质的碳骨架，记载了 原始生油母质特殊分子结构信息的有机化合物。荧光性：石油在紫外光的照射下能产生荧光的性质。荧光由多环芳香烃和非烃所发出，饱和烃不发光旋光性：当偏振光通过天然石油时，石油能使其振动面旋转一个角度的特性旋光性由石油中含手征性碳原子的有机化合物形成。凝析油：当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发而形成的气体，称 为凝析气。凝析气：采至地面过程中，随着温度、压力下降，这部分气可凝结析离成轻质 油，称为凝析油。2、了解石油的化学组成和组分组成化学组成：d非烃，含0 （酸、醛、酮等）、N （卟啉等）、S （H2S、硫醇等） 的化合物，重馏分居多。组分组成：3、了解石油与天然气的物理性质石油的物理性质：（ 1）颜色（取决于胶质、沥青质含量）黑色、深绿色、黄褐色、淡黄色、无色2）密度绝对密度：相对密度：20C的石油与4C同体积的水的重量比值(轻质油：d0.87；中等石油(正常石油)：d=0.87-0.93；重质石油(重油)：0.93) 美国：API=(141.5/15.5C时的密度)-131.5 欧洲：波美度=(140/15.5C时的密度)-130(3) 粘度:反映石油流体内摩擦力的参数单位：PaS或mPaS.正常原油的粘度：50mPaS重质油的粘度：50-10000mPaS沥青粘度：10000mPaS取决于石油的化学成分和外界的温度、压力条件(4) 荧光性:石油在紫外光的照射下能产生荧光的性质 荧光由多环芳香烃和非烃所发出，饱和烃不发光( 5)旋光性 当偏振光通过天然石油时，石油能使其振动面旋转一个角度的特性 旋光性由石油中含手征性碳原子的有机化合物形成( 6)溶解性 石油难溶于水，易溶于有机溶剂( 7)导电性 石油导电性极差，与水和岩石相比为非导体( 8)凝固点 由于温度下降，由液态石油开始凝固为固态时的温度称为凝固点。 凝固点的高低与石油中的重质组分含量有关天然气的物理性质( 1)密度绝对密度：单位体积气体的质量 相对密度：相同温度、压力下，天然气密度与空气密度的比值随重烃、CO2、H2S含量的增加而增大( 2)粘度 与温度、压力和气体成分等有关 常压条件下，与压力无关，随温度增加而变大，随分子量增加而减小较高压力下，随压力增高而增大，随温度升高而降低，随分子量增加而增大( 3)溶解性溶于石油和水 在相同条件下，天然气在石油中的溶解度远远大于在水中的溶解度 当天然气中重烃增多，或者石油中的轻馏分较多，都可增加天然气在石油中的溶 解度 在石油中溶有天然气时，可以降低石油的比重、粘度和表面张力 天然气在水中的溶解系数很大程度上取决于气体组分、温度、压力和含盐量( 4)扩散性物质在浓度梯度的作用下，自发地发生的从高浓度区向低浓度区转移，以达到 浓度平衡的一种物质传递过程3、理解并掌握油田水的来源沉积水：沉积物堆积过程中保存在其中的水。渗入水：大气降雨时渗入地下空隙和渗透性岩层中的水。 深成水：来自上地幔及地壳深处、由岩浆游离出来的初生水和变质作 用过程中产生的变质水。转化水： 沉积成岩和烃类形成过程中，粘土转化脱出的层间水及有 机质向烃类转化时分解出的水。4、理解并掌握油田水的苏林分类水型成因系数（毫克当量%)环境(Cl-Na) /MgNa/Cl(Na-Cl) /SO4CaCl 型9V1V01深成2油田MgCl 型V1V0V1海水2盐湖油田NaHCO 型11V0（高矿化3地表淡（低矿化Na SO 型1V1V0地表淡242、油气成因1、了解油气有机成因和无机成因说及各自证据有机成因说：早期有机成因说：沉积物所含原始有机质在成岩过程中(成岩作用早期)逐渐转 化为石油和天然气，并运移到邻近的储集层中去。晚期有机成因说：沉积物埋藏到较大深度，到了成岩作用晚期或后生作用初期， 沉积岩中的不溶有机质(即干酪根)达到成熟热解生成大量液态石油和天然气。 证据：(1)90%以上的石油产于沉积岩中，而大片岩浆岩、变质岩区无石油产出。(2) 从前寒武到第四纪的各时代沉积岩中，都找到了石油，但在各时代地层中 分布不均匀，且正比于各时代沉积岩中有机物的总量。(3) 在近代海湖相沉积中发现了有机质向石油天然气转化的过程。(4) 各地、各时期，石油既有相似性又有区别。(5) 石油具有旋光性。(6) 石油烃类中有些组分结构与某些生物组分结构有相似性，为生物标志化合 物。(7) 石油主要分布于地温小于150C的中浅层，说明形成于相对低温条件下。无机成因说：( 1 )泛宇宙说包含烃类在内的有机化合物是在宇宙天体中无机演化过程中形成的，在地 球形成时就包含有有机物。如索可洛夫(1989)宇宙说；Gold (1993)地幔脱气说(2) 地球深部的无机合成说 油气是在地球的深处，由于高温、高压和催化剂的作用下由 H2O、CO2、H2 等简单无机物反应形成的。如门捷列夫(1876)碳化物说；切卡留克(1971)高温生成说； Robinson(1963， 1966)费-托地质合成说证据：(1)实验表明，可由无机物合成烃。nC0+2nH2 (CH)n+NH20费一托反应。(2) 火山喷出的气体和熔岩流中含有烃类。(3) 许多天体上存有烃类(甚至植烷、姥鲛烷、卟啉、旋光性)。(4) 石油的旋光性可由非旋光物质合成。石油中的卟啉也可无机合成，况且， 这些成分还可以是石油运移中从外界捕集的。( 5)生命起源于烃类。已知甲烷和氨可以合成氨基酸，后者经热缩合又可成为 蛋白质生命的基础物质。也就是说，远在生物出现之前，石油就已存在了。(6) 石油的分布常受断达上地幔的深断裂控制。深断裂正是烃类向上运移最好 的途径。(7) 有机说难以解释储量巨大的石油聚集。(8) 有机生油研究中使用溶剂抽提出来的烃类是Kerogen的破坏产物，在抽提 前本不存在。(9) 有机方案中的生油门限温度，石油析出机制，石油聚集发生时间等方面， 也都有不合逻辑之处。2、掌握以下概念：沉积有机质：指随无机质点一起沉积并保存下来的那部分生物残留物质。沉积 有机质是沉积物的一部分（所占比例很小），也是它所寄存的地质体的一部分， 所以也叫地质有机质。其中既包括生物的遗体，也包括生物生命过程中的排泄物 和分泌物。干酪根：指沉积岩中不溶于碱、非氧化性酸和常用有机溶剂的分散有机质。氯仿沥青“A：岩样未经稀酸（HCl）处理，用氯仿抽提出的产物。未熟-低熟油：所有非干酪根晚期热降解成因的各种低温早熟的非常规石油。煤成油：煤和煤系地层中集中和分散的腐殖型有机质在煤化作用的同时所生成 的液态烃类。生物化学气：只在成岩作用或有机质演化早期阶段，沉积有机质通过微生物的 发酵和合成作用形成的以甲烷为主的天然气油型气：指腐泥型沉积有机质进入成熟阶段以后所形成的天然气，包括伴随生 油过程形成的湿气、以及高成熟和过成熟阶段由干酪根和液态烃裂解形成的凝析 油伴生气和裂解干气。煤型气：指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。无机成因气：无机成因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，包括地球深部岩浆活动、变质作用、无机矿物分解、放射作用以及宇宙空间 所产生的气体。烃源岩：广义上，是指所有具有潜在生烃能力的岩石 从石油地质勘探角度，主要是指已经生成并排出足以形成商业性油气聚集 的烃类的岩石。有机碳含量（TOC）：有机碳含量（TOC）是指岩石中所有有机质含有的碳元素 的总和占岩石总重量的百分比。3、理解并掌握影响有机质丰度的因素常用指标有机碳含量（TOC）、氯仿沥青“A”、总烃（HC）、岩石热解生烃潜量（S1+S2）4、理解并掌握干酪根的光学和化学分类光学分类：根据干酪根中各显微组分的相对含量来划分干酪根的类型类型指标相对含量法T值法(%)腐泥组+壳质组 (%)镜质组(%)I9080II165-9010-3540-80II225-6535-750-40III750腐泥组含量x (100) +壳质组含量X (50) +镜质组含量X (- 75) +惰质组含量X (- 100)T=100化学分类：根据元素组成分类I 型干酪根：原始氢含量高和氧含量低， H/C 原子比 1.251.75，O/C 原子比 0.0260.12以含类脂化合物为主，直链烷烃很多，多环芳香烃及含氧官能团很少 可来自于藻类化合物，也可是各种有机质被细菌强烈改造，留下原始 物质的类脂化合物馏分和细菌的类脂化合物生油潜力大。一般为腐泥型有机质II 型干酪根：原始氢含量高，但稍低于I型，/C原子比0.651.25, O/C比0.040.13 属高度饱和的多环碳骨架，含中等长度直链烷烃和环烷烃很多，也包含 多芳香烃及杂原子官能团来自于海相浮游生物和微生物的混合有机质 生油潜力中等。一般为混合型有机质III 型干酪根：原始氢含量低、氧含量高，H/C比0.460.93, O/C比0.050.30。以含多环芳香烃及含氧官能团为主，饱和烃链很少； 来自陆地高等植物藻类化合物。生油潜力不利，但在足够深度，可成为有利的气体来源。一般为腐植型有机 质。5、理解并掌握有机质成烃演化模式(1)根据油气生成机理和产物类型划分生物化学生气阶段热催化生油气阶段热裂解生湿气阶段深部高温生气阶段（2）根据有机质成熟度划分 成熟度：在温度的作用下有机质的热演化程度 镜质体反射率（Ro）：镜质体反射光的能力未成熟阶段成熟阶段高成熟阶段过成熟阶段6、掌握烃源岩的岩性特征粒度细、颜色暗、富含有机质和微体生物化石、常含原生分散状黄铁矿、 偶见原生油苗 粘土岩类烃源岩：灰黑色、深灰色、灰色及灰绿色的泥岩和页岩 碳酸盐岩类烃源岩：灰黑色、深灰色、褐灰色、灰色的石灰岩、生物灰岩、泥灰 岩，常含泥质成分煤系烃源岩：煤和煤系地层中的暗色泥岩7、了解有利于烃源岩发育的地质条件大地构造条件：长期稳定下沉、补偿性沉积 利于沉积物堆积和沉积有机质的保存 古气候环境：温暖湿润提供丰富的生物有机质 古地理环境：低能静水、还原性有利于有机质的堆积和保存 水介质环境：弱碱性 形成烃源岩最有利的沉积环境：封闭性浅海环境、前三角洲环境、深水-半深水 湖泊环境8、理解并掌握烃源岩评价的主要地球化学指标有机质的数量（丰度）、类型及其所经历的热演化史（成熟度）3 储集层和盖层1、掌握储集层、盖层的概念及储集层具备的基本特性 储集层：具有一定的储集空间，能够储存和渗滤流体的岩石称为储集岩。由储 集岩所构成的地层称为储集层，简称储层。盖层：覆盖在储集层之上能够阻止油气向上运动的细粒、致密岩层成为盖层。 储集层具备的基本特性：