地层水(中英文对照)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四节 油田水,第二章 盆地流体,12.油田水的研究方法,一、定义-whats oilfield water？,直接与油气层连通的地下水，它与油气组成统一的流体系统。广义的油田水泛指油气田区域的地下水，包括油气层水和非油气层水。,石油的生成、运移、聚集以至逸散，都是在地下水存在的情况下发生的。任一油气藏都由油、气、水三种流体所构成：地下不存在真空。油气水三者不同比例的混合.,二、油田水的,物理性质-,What like？,一颜色和透明度 油田水因含胶体和乳化物，一般不透明或混浊状。含H2S者呈淡青绿色；含铁质胶状体者带淡红色、褐色或淡黄色。,二嗅味和味道 含H2S气体时常常有刺鼻的腐蛋味；当水中溶有较多重烃气及液态烃时，往往具有汽油或煤油味。,三相对密度 油田水因溶有数量不等的盐类，相对密度变化很大，油田水相对密度一般大于1。,四粘度 油田水中含盐分，粘度比纯水高。一般粘度与溶解盐分成正比，与温度成反比。,五导电性 油田水因含各种离子，能够导电。,三、油田水的,产状-,where?,吸附水(absorptive water)呈薄膜状被岩石颗粒外表所吸附，在一般温、压条件下不能自由运动。,毛细管水(capillary water)存在于毛细管孔隙-裂缝中，只有当作用于水的力超过毛细管力时才能运动。,自由水(free water)存在于超毛细管孔隙-裂缝中，在重力作用下能自由运动。也称为重力水。,油田水是地下水的一局部。地下水存在于地下岩石的孔隙-裂缝系统中，水在其中的产状，受孔隙-裂缝大小及岩石颗粒外表的吸着作用所控制。按照水在其中的贮存状态，可分为吸附水、毛细管水和自由水三种产状。,孔径类型,孔隙直径（mm）,裂缝宽度(mm),油田水类型,超毛细管,0.5,0.25,自由水,毛细管,210,-4,0.5,10,-4,0.25,毛管水,微毛细管,210,-4,1,高，0.1mg/L,甲苯酚为主,环烷酸为主,非油层水,仅CH4,高，甲苯/苯1,低，以甲酚为主,无,油田水的应用,找油中的应用,地球化探普查方法,石油地质研究中的应用,地球化探普查方法,地球化探普查方法,石油地质研究中的应用,与油气生成的关系,与油气运移的关系,1油气运移的载体水溶相；,2流体势研究追踪油气运移方向；,3盐水包裹体解释油气成藏信息期次、时间,与油气聚集的关系,与油气保存的关系,1制约油气保存条件的有效性例如煤层气,2承载油气保存条件的信息；,1制约油气聚集条件的有效性例如，水动力圈闭,变质系数,钠氯系数,脱硫系数,钙镁系数,碳酸盐平衡系数,油气封闭系数,油气藏指标系数,氯溴系数,油田水保存条件研究参数系列,盆地流体研究方法,盆地流体研究主要方法,(1)流体势Hubbert，1940,1953：决定油气流 体运移方向。,(2)流体旋回(卡尔采夫,1969：从沉积水文阶段到淋滤水文阶段，对应于从区域沉降和水侵到区域抬升、剥蚀或水退。,(3)流体系统卡普钦科，1983：提出流体旋回和流体系统概念：独立的成因来源、性质特点以及变质演化规律。,(4)流体驱动力与模式(Toth,1980)：压实流、重力流、滞流分类，制约(油气)流体运动(运移)方式。,(5)水岩相互作用：流体变化与储层作用。,(6)流体包裹体：成藏古地质背景(期次、时间等)。,(7)流体与油气分布：流体物理和流体化学场异常。,盆地流体与油气成藏关系Toth,1980,淋滤阶段,沉降阶段,水岩及流体相互作用,溶解与溶滤作用,阳离子交替吸附作用,扩散和浓缩作用,混合作用,生物地球化学作用,流体旋回示意图,2,3,1,选自李国蓉等2004,地层水与塔河油田奥陶系碳酸盐岩岩溶作用,大气降水,淋滤阶段,水势,气势,油势,流体势,地层压力的几个概念,地层压力,作用在地层孔隙内流体(油、气、水)上的压力叫地层压力，称为地层孔隙压力。,静岩压力,岩石和其中流体对该深度所形成的压力,。,静水压力,地层上方静水柱产生的水力压力.,压力系数,指原始地层压力与静水柱压力的比值。,地层的压力系数等于从地面算起，地层深度每增加10米时压力的增量。,压力（MPa）,深度（km）,1,0,20,40,2,3,4,0.8,1.2,同位素,同位素isotope：具有相同核电荷但不同原子质量的原子核素称为同位素。,元素周期表上的同一位置：化学性质相同但放射性不同。,同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子。由于质子数相同，所以同位素的化学性质相同，但由于中子数不同，造成了各原子质量有所不同，涉及原子核的某些物理性质如放射性等，也有所不同。,一般来说，,质子数为偶数,的元素，可有,较多的稳定同位素,，而且,通常不少于3个,，而,质子数为奇数,的元素，一般,只有一个稳定核素,，其稳定同位素从,不会多于两个,，这是由核子的结合能所决定的。,到目前为止，己发现的元素有109种，只有20种元素未发现稳定的同位素，但所有的元素都有放射性同位素。大多数的天然元素都是由几种同位素组成的混合物，稳定同位素约300多种，而放射性同位素竟达1500种以上。,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响之后，原子核结构不发生变化。,2.分馏作用：指同位素在两种同位素比值不同的物质之间进行分配。,同位素的概念,稳定同位素在自然界的丰度、比值、标准及表示方式,在石油和天然气勘探中应用稳定同位素时，除直接测定同位素比值外，常表示为：,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：,13,C,B,：为求取对B标准的值；,13,C,A,：为测得对A标准的值；,R,Ar,、R,Br,：为A、B标准的,13,C/,12,C比值。,氧同位素标准及换算关系,SMOW标准,：标准平均海洋水(Standard Mean Ocean Water)标准。,PDB标准,：PDB(Pee Dee Belemnite)是采自美国卡罗莱纳州白垩系皮狄组中美洲拟箭石化石，碳酸盐岩的碳氧同位素组成通常使用PDB标准。,PDB标准与SMOW标准之间的,换算关系,(Coplen et al., 1983)：,18,O,SMOW,= 1.03091 ,18,O,PDB,+ 30.91,18,O,PDB,= 0.97002 ,18,O,SMOW,- 21.8,Craig(1965)和 Clarton et al.(1965)给出如下换算关系：,18,O,SMOW,= 1.03037 ,18,O,PDB,+ 30.37,油、气的稳定同位素，从广义上理解包括：构成主要化合物烃类的碳、氢，次要化合物非烃中的硫、氮、氧，微量-痕量的稀有惰性气体元素以及石油灰分中多种元素的稳定同位素。其中尤以碳稳定同位素的研究最多、应用最广、进展最快。,其次是氢稳定同位素。因为碳和氢是烃类的主要组成元素，地壳中烃类的形成和富集，实质上是碳、氢元素地球化学演化的结果。碳、氢同位素的研究，不仅能为解决烃类的成因提供重要依据，而且对解决油、气源比照和油、气运移等重大问题起重要作用。,石油碳同位素组成,原油碳同位素的13C值PDB，下同一般为-22到-33之间，平均-25到-26。海相原油的13C值要高些，大致在-27到-22；陆相原油的13C值偏低，一般为-29到-33。,原油的13C值有随年代变老显示轻微降低的趋势，即年代较老的原油略显相对富12C，13C值相对低些。,原油中不同组分的碳同位素组成也有差异。一般说来，饱和烃、芳烃、胶质和沥青质的13C值随馏分的极性和分子量增大而增加。,原油碳同位素类型曲线据廖永胜，1982；其中红色虚线局部据stahl,1977；实线局部：福山凹陷；莺歌海西部凹陷；和涠西南凹陷,将同一原油不同组分的13C值变化联接成的折线称之为碳同位素曲线。利用碳同位素曲线能有效地解决成油环境、油源比照及石油演化等问题。,各地质时代石油的碳同位素分布PDB，据Stahl,1977,原油的,13,C值有随年代变老显示轻微降低的趋势，即年代较老的原油略显相对富,12,C，,13,C值相对低些,天然气碳同位素组成,天然气13C值变化较大，大致从-20直到-100。一般低温浅层中形成的天然气甲烷中富集12C，具有较低的13C1值通常-50到-100；,深层和年代较老，在较高温度下形成的天然气，具有较高的13C1值一般-50到-20。,因此利用甲烷碳同位素与成熟度13C1与RO-镜质体反射率关系曲线，或13C1与CH4/总烃甲烷系数或称湿气指数关系曲线，可有效地区分不同母质、不同演化阶段形成的天然气。此外，对地下水中溶解甲烷气的碳同位素测定，能帮助确定溶解气的成因及来源，有助于确定地下水与油气藏的关系。,天然气中除甲烷之外，对重烃气的碳同位素分布也作了不少研究。西尔弗曼S.R.Silverman,1971的实验说明，无论是溶解的烃气，还是游离烃气，碳同位素组成上总是由甲烃向重烃方向富集13C重碳同位素，即13C113C213C313C4。,詹姆斯A.T.James,1983认为，天然气分子的碳同位素组成不仅符合上述规律，而且各分子间13C值的差值变化也有一定规律，利用13C值差值即值，包括13C2-13C1，13C3-13C2，13C4-13C3等可以确定天然气的成熟度和有效地进行气源比照。,天然气的碳稳定同位素中，还应注意CO2气的碳同位素组成。这不仅因为CO2常与烃气伴生，而且可以利用CO2与CH4的同位素平衡来计算天然气的生成温度；还可以根据13CCO2与13C1的关系进行成因分类。此外还可以单独利用CO2的碳同位素分布来了解储层温度和研究天然气中CO2的成因。,据戴金星1992研究，在CO2含量小于20%的天然气中，13CCO2-10是有机成因的CO2；假设13CCO2-10，绝大多数是属无机成因的CO2；假设13CCO2-8那么都是无机成因的CO2。,加拿大阿尔伯达盆地泥盆系气藏CO,2,的碳同位素分布与储层温度之间关系,浅埋藏储层中的CO2局部是由细菌氧化有机质生成的，可能这一转换温度80是代表微生物活动的上限温度。在更深的地下，可能发生有机质的热化学氧化作用或由地层中碳酸盐矿物的热分解生成CO2，亦可能是两种成因CO2的混合物，其13C值接近于0。,氢同位素组成,由于H和D之间和相对质量差在稳定同位素中是最大的，能产生最大的同位素分馏，因此，研究油、气的氢同位素组成变化对确定油气的成因及其演化当有非常重要的作用。,原油中D值SMOW，下同一般在-80到-160之间。原油不同组分的D值不同，通常按以下顺序递增：饱和烃,芳烃,非烃，即DSHCDAHCDNSO。,天然气主指CH4的D值在-270到-105之间，比石油D值低25-110即负值更大。此外在某些富H2的天然气中，H2的D值非常低。天然气的D值与13C1值之间存在一定的正相关性，即13C1值低的生物成因气，D值亦明显偏低；热降解和热裂解成因气的13C1值较高，相应地其D值也比较高。这种相关性对于单一成因类型的天然气来说较混合成因气更为明显。,天然气中甲烷DSMOW与13C1PDB关系图据Schoell等，19771区为冰碛沼气；2.1区为阿尔卑斯盆地上第三系生物成因气; 2.2区为混合成因气；3,4,5区为热降解和热裂解成因气,天然气的D值与13C1值之间存在一定的正相关性，即13C1值低的生物成因气，D值亦明显偏低；热降解和热裂解成因气的13C1值较高，相应地其D值也比较高。这种相关性对于单一成因类型的天然气来说较混合成因气更为明显,Ar稳定同位素,Ar有36Ar、38Ar和40Ar三个稳定同位素，其比例分别0.337%、0.063%和99.6%。,地球上36Ar和38Ar大局部是原生的，即地球形成时捕获的，主要富集于大气中。核反响生成36Ar38Ar速度极慢，所占比例比原生的低得多。40Ar主要是由40K衰变来的。,大气中40Ar/36Ar为295.5。由于40Ar主要是放射性衰变成因的，年代愈老的地层中累积的40Ar就愈多，40Ar/36Ar值就愈大。40Ar/36Ar值具有年代累积效应，因此可以利用天然气中40Ar/36Ar值为天然气形成的时代提供有用的信息。,硫同位素34S-CD,油、气中的硫同位素研究目前多限于对H2S中的硫同位素。一般认为油、气中的H2S主要是由硫酸盐经微生物和热化学复原作用而来的。浅埋藏储集层中由微生物复原硫酸盐SO42-离子和有机质生物降解作用生成的H2S，其34S值比硫酸盐的34S值小。而深部碳酸盐-蒸发盐岩系中由硫酸盐热复原生成的H2S，其34S值几乎等于蒸发岩系中硫酸盐的34S值。,一般认为生物成因的H2S硫同位素组成轻，34S20，明显比硫酸盐的硫同位素轻，34S34SSO42-34SH2S22。而热化学成因的H2S具有重的硫同位素组成，与同源硫酸盐的硫同位素分馏小，其34S20；根据大量研究综合的结果，34S值作为深度一个指标，大约在2000m深处有一个转折带，该处的34S值从+40下降到+10以下；在3000m以下深度，34S值小于5，大多接近于0。,加拿大阿尔伯达盆地泥盆系地层的温度与储层中H2S的硫同位素丰度之间的关系,CO,2,的碳同位素分布与储层温度之间的函数关系,左图中反映的是加拿大阿尔伯达盆地泥盆系气藏H2S的硫同位素分布，所反映的地区和层位与右图完全相同，值得注意的是，该图中34S的变化趋势与右图中CO2的13C变化趋势非常相似，说明SO42-的微生物复原作用主要发生在浅部环境。二者的结论完全一致。,氮同位素15N,天然气中氮同位素组成主要是指N2气的同位素。影响天然气中分子氮的同位素组成变化的主要因素有：氮气的母源物质类型；氮气的形成过程；天然气运移过程中氮气的渗流和扩散机理等。氮气的多源性(1)有机质经微生物分解和热裂解作用生成的N2；(2)地壳岩石脱气作用产生的N2；(3)硝酸盐脱氮作用生成的N2；(4)地幔源的N2；(5)大气源的N2等等。,这些不同成因的N2，其15N值变化很大，如火山喷气的15N值从-30-+30，还有些无机矿物的氮同位素组成变化范围更宽。天然气中N2实质上是这些不同成因N2的不同比例的混合物，因此天然气中氮同位素组成变化范围也很大，一般变化在-30-+47之间。氮的同位素组成可提供N2的成因信息Sweeney et al.,1978；Hoefs,1980，同时也是天然气成因的一个信息源。有时也与He、Ar、H2、CO2等资料结合使用。,氧同位素18O-SMOW,在石油及天然气地质中，氧同位素的应用主要是通过测定地下水油田水的氧同位素组成，用以了解油气田层的水文地质条件，即油气田的地下水与地表水交换冲洗作用的强弱。还可以通过地下水氧同位素组成了解地下水的来源，研究其可能对油气藏产生的影响。18O值通常与D值结合使用。各种不同成因水的H、O同位素组成大致如下：初生水指从原始岩浆中别离出来从未参与过水圈循环的一种新水，D值约为-30-45之间Taylor,1977，18O含量略低；岩浆水，18O值为6-8，D值为-50-85Sheppard,1969；变质水，在300-600的范围内，变质水的D值-20-65，18O值在5-25之间；海水H、O的同位素组成很稳定，D值变化约为4，18O变化仅为0.3；大气降水，估计全球大气降水的平均同位素组成18O值为-4，其变化范围在10-50，D值为-22，变化范围为50-350。,He稳定同位素He有3He和4He两种稳定同位素。地球上的4He除局部是在地球形成时捕获的外，主要是由铀、钍在衰变过程中产生的。3He的成因还不是很清楚，可能与地壳深部及宇宙星球内部的天然核反响有关。根据加曼斯基.a，1971的研究，大气中3He/4He约为1.3710-6；岩石圈的3He/4He为10-6-10-9。近来通过对相当数量来自地球内部和宇宙物质3He/4He比值数据的研究，发现温泉气、火山气、大洋中脊玄武岩气及洋隆热液喷出口的喷出气中，3He/4He比值一般较大气中3He/4He比值大6-30倍；而宇宙物质的3He/4He比值那么一般要比大气中3He/4He比值高数百倍。因此，3He/4He比值高于大气3He/4He比值数倍到数十倍的天然气，常被认为是深部地壳乃至地幔内形成的深源无机成因气，亦或至少有局部深源无机成因气的参加。由此可见，3He/4He在油气成因的研究中是一个重要的参数。,第二章 要点回忆,1石油的元素(CHONS)、化合物烃类+非烃类、馏分、组分油质、胶质、沥青质-氯仿沥青“A组成,2石油分类及海陆相原油区别,3凝析油及其形成条件、煤层气、深盆气根缘气、水溶气、水合物、油砂概念及其延伸？,4油田水来源及产状、油气地质作用？,5碳氢同位素概念,6原油物理、化学性质与其来源关系？,课堂练习,1油气当量,2干气与湿气,3原油物理性质与化学性质之间的关联性？,