石油及天然气的成因课件

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,*,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,*,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,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 石油的成因,研究石油的成因问题，可以指导石油勘探、预测石油的储量，更好地了解石油的化学组成上某些特点。,本章的主要内容为：,石油的无机成因说,石油的有机成因说,石油中各族烃类的形成,关于石油的成因，到目前为止，学术界还有争论，没有完全弄清楚，主要,原因在于：,石油在地下,易于流动,，现在找到的油、气藏的地方往往并不是石油生成的地方 。,通过,运移,，现在的石油组成并不代表其本来面貌 。,石油的形成过程发生几亿年前的,地层深处,。,研究石油的成因必须解决,三个问题,：,生成石油的,原始物质,。,原始物质变成石油的,原因和过程,。,石油的,运移和富集,。,关于,石油生成,的,原始物质,，有两大学派：,无机成因学派,有机成因学派,第一节 石油的无机成因学说,无机成因,学派的论据主要有以下几点：,通过,无机途径,(,例如：金属碳化物和水,),可以形成一定量的烃类。,许多,天体,上存在烃类。,火山喷出的,气体和熔岩,中含有烃类。,一、碳化物说,这是由,俄国,化学家,门捷列夫,于1876年创立的，他认为在地球形成时期，使,碳和铁,变成液态，相互作用形成,碳化铁,，保存在地球深处，地表,水,沿着地壳裂缝向下渗透,与,碳化铁,作用而形成了烃类,。,二、宇宙说,这是由,俄国,学者,索科洛夫,于1889年提出的，其理论基础就是在一些天体中发现了,碳氢化合物,，认为碳氢化合物是,宇宙中所固有,的。,三、岩浆说,这是,前苏联,学者,库德梁采夫,在1949年提出来的，他认为,碳和氢,不仅存在于太阳和星球中，而且也,存在于地球的岩浆,中，在,高温高压,下它们形成各种烃类。,无机成因的,致命弱点,：,脱离了地质条件,来讨论石油的形成，而且将宇宙中发现的,简单烃类,与,复杂,的石油烃类,等同,起来。,目前大家比较公认是能够指导生产并正确,反映客观规律,的,有机成因学说,。,第二节 石油的有机成因说,生成石油及天然气的,原始物质,：,既有动物又有植物,，而,以低等生物,为主,；,生成石油及天然气的,环境,：既有,陆相,生油，又有,海相,生油。,一、生油的原始物质,现代,有机学说,认为，石油是地质时期中,生物遗体,(或有机残体)在适当条件下生成的。,形成沉积物中,有机质,的,最重要的生物,有,四种,：,浮游植物、浮游动物、高等植物和细菌,。,其中的一小部分由于沉积在,缺氧,的环境中，被泥沙埋藏而保存下来，最后转化成,石油,。,生物,有机质,的,主要生化组成,是：,木质素、碳水化合物、蛋白质、类脂。,与石油组成,最相近,的,类脂,在,成油,过程中的,作用最大,，而,木质素,和,纤维素,在,成气,和,成煤,过程中最重要。,1、木质素,木质素,是高等植物的,主要组成部分,，,不易水解,，但可被,氧化,成,芳香酸,和,脂肪酸,。在缺氧的水体中，在水和微生物的作用下，木质素,分解,，与其它化合物生成,腐植酸,。腐植酸又能与,烃类,形成,络合物,，从而可以成为,烃类,从,陆上,流到,海洋,的,运载体,。,与,木质素,具有相似结构,的物质是,丹宁,，它们都是,沉积物有机质,中,芳香结构的重要来源,，是,成煤,的重要,前身物,，也可生成,天然气,。,2、碳水化合物,亦称,糖类,，几乎所有的动、植物及微生物中都含有糖，糖的通式可用,C,x,(H,2,O),y,表示，故,称碳水化合物,。糖按分子大小可分为,单糖,、,低聚糖,和,多糖,。,多糖,中对形成,沉积岩中有机质,最有意义的是,纤维素,和,半纤维素,。,纤维素,和,半纤维素,是,成煤和成气,的,主要原始物质,。,3、蛋白质,蛋白质,是生物体内一切组织的,基本组成部分,，细胞中除水外，其余,80%都是蛋白质,。,它是20多种,氨基酸分子,通过,肽键,连接而成的复杂的,高分子化合物,。在,酸、碱、酶,的作用下，蛋白质发生,水解,形成,氨基酸,。有机体死亡之后，,氨基酸仍保存在遗骸中,。,4、类脂,指所有,不溶于水,而,易溶于,乙醚、氯仿、苯,等,低极性有机溶剂,的,脂状物质,，其中包括：,油脂,、,蜡,、,萜类,、,烃类,和,色素,等。,其,元素组成和分子结构,与,石油烃类,最接近,，因而被认为是,生油,的,主要,原始物质,。,二、生油环境,温暖、潮湿的气候,环境,有利于,生物的大量繁殖和发育，从而具备了丰富的,生油原始物质,。,在,海洋或湖泊,中，不仅有丰富的水生生物，还因水体起到了,隔绝空气,的作用，,阻止了有机残体的腐烂分解,，于是与,矿物质,一起,被沉积埋藏,起来。,因此,海洋、湖泊、三角洲,等古地理区域都是,生油的有利地区,。,随着,沉积盆地,的,不断下沉,，,沉积物不断加厚,，随着地层,压力的增加,，,温度的不断升高,，,沉积物经历,一系列的,物理化学变化,而,变成,了,沉积岩,。而,含有分散有机质,的,沉积岩,称为,生油岩,。,除了浅海外,，,内陆湖泊,也有丰富的有机残体，并具备还原条件，,是良好的生油区,。,在我国除,塔里木属于海相生油,外，,绝大多数油田,都是在,陆相条件,下形成的。,三、有机残体的演化和油气生成的阶段性,通过对生油剖面的详细研究表明，只有当,生油岩,埋藏到一定,深度并具备一定温度,时，生油岩中的原始,有机质,才能转化成,石油烃,。,沉积岩,中分散的,有机质,沥青,：,溶于,有机溶剂,干酪根,：,不溶于,常用的有机溶剂,，,是高分子聚合物,，呈暗棕色细软粉末，分散在沉积岩中，占8099%，是由,有机残体,演化而成的。,干酪根,演化生成,石油烃,的三个阶段：,未成熟阶段,：干酪根,形成,及生成,甲,烷气,阶段；,成熟阶段,：干酪根,裂解成,油,阶段 ；,过熟阶段,：干酪根,裂解成,气,阶段 。,1、干酪根形成及生成甲烷气阶段（,未熟阶段,）,分解,蛋白质,碳水化合物,木质素,类脂,CO,2,、CH,4,、NH,3,、H,2,S、H,2,O,氨基酸、糖、,酚、脂肪酸,（1）干酪根的形成,缩聚,氨基酸,糖、酚,脂肪酸,腐殖物质,：来源于,高等植物,，以,酚,结构为主，,脂肪结构,较少。,腐泥物质,：来源于,水生生物,，富含,脂链,、,脂环,、,肽链,。,不溶于NaOH水溶液的,胡敏素,腐殖(泥)物质,溶于NaOH水溶液的,腐植酸,随着,埋藏深度的增加,，腐殖(泥)物质最终,完全转化成胡敏素,，,与周围矿物质络合,，稳定保存下来，它们就,是干酪根的前身物,。随着埋藏深度的进一步增加，,胡敏素缩合,，,官能团损失,，,演变成干酪根,。,（2）干酪根的类型,最早的一种方法是把,干酪根,分为,腐泥型,和,腐殖型,。,干酪根,腐泥型,：H/C为1.31.7，呈,富集,状态时形成,油页岩,，而呈,分散,状态时形成,生油岩,。,腐殖型,：H/C小于1.0；呈,富集,状态时形成,煤,，而呈,分散,状态时分布于,沉积岩,中，最终形成,天然气,。,干酪根是一种,大分子的缩聚物,，由于其分子量高而具有较高的,不溶解性,；由于它,不是均一,的分子，而是由,相似的而又不同的结构单元所组成的杂乱聚合物,。,2、干酪根裂解成油阶段（,成熟阶 段,）,当有机质埋藏,深度,达15002500米时，,温度,升高至60180，,干酪根,便在,热催化,作用下大量,裂解,形成,液态烃,以及一定量的,气体,，这一阶段被称之为,生油的主要阶段,。,这一阶段生成的石油，按其组成可分为：,低成熟原油,：,非烃组分,较多，,重质烃比例高,，,生物标志物多,，,密度较大,。,成熟原油,：形成,更多的轻质烃,，,非烃组分,大大,减少,，,密度较低,。,影响干酪根等,有机质热解生油,的,主要因素,：,温度,在有机质成油过程中起,主要作用,。,在形成油气的漫长地质年代过程中，,时间,具有不可忽视的作用。,生油岩,是一种有机质,分散,于矿物基质中的岩石，因此,矿物质,不可避免地影响有机质的,热转化,，这,种影响主要表现为,催化作用,和,吸附作用,。,3、干酪根裂解成气阶段（,过熟阶段,）,随着埋藏深度继续增加，干酪根大量转化成石油之后，,热裂解成为主要的转化反应,，干酪根,不再具有,生成,长链液态烃,的能力，其结果是,轻质液态烃,数量,迅速增加,，在高温下继续裂化形成,甲烷,。,干酪根在生油、气的演化过程中实际上是向,得氢和失氢,两极方向转化的过程。,得氢的方向形成油、气,；,失氢的方向形成残余炭,。,四、石油的运移与富集,石油和天然气,在地壳中的任何移动都称为油气的,运移,。通过运移，,分散的油气,由,生油层,进入,储油层,，又通过储油层进入阻碍油气继续运移的,闭圈,，聚集起来成为,油气藏,。所以油气运移是油气由,分散,到,集中,的,必要条件,。,油气运移的,两个过程：,初次运移,：由于,干酪根,裂解生成的油气混合物因体积增大而产生的压力使,生油层,发生裂隙，使混合油气从生油岩通过裂隙向外排出并从,生油层,驱出进入,渗透性更强,，,孔隙性更高,的,储油层,的过程 。,二次运移,：油气,进入储油层后,的一切运移过程。,石油进入,储油层,后，在相应的环境下受到各种,地球化学作用,的影响，会和在储油层中的,矿物质,发生相应变化，使其组成和结构发生,次生改造,，使石油中,组分变轻,，,杂原子含量降低,。,造成石油在储油层中发生,次生改造,的地球化学作用有：,热催化作用,：储油层中的石油和天然气中的烃类在更高温度的地热系统中向着分子结构更加稳定的方向继续演化，形成最稳定的混合物。,氧化作用和生物降解作用：,生物降解和氧化作用的综合效应就是形成密度大，粘度高的重质原油，强烈的次生改造可以使原油转化成天然沥青。,硫化作用：,硫酸盐还原细菌作用下，硫酸盐可以氧化烃类，而其自身还原成,H,2,S,和,S,，元素,S,与烃反应形成烷基噻吩、硫醇、硫醚 等含硫化合物。,脱沥青作用：,当油藏中含有大量的,C1,C6,的轻烃时，它们溶解于石油中，使石油中的沥青质沉淀下来，导致石油的密度降低，轻质组分增加，重质组分减少。,第三节 石油中各种烃类的形成,石油中烃类的,三个来源,：,生物体内,的,原生烃,。,类脂,化合物中的醇类、醛类、羧酸类以及环状萜烯类，经微生物,降解生成,的烃类。,干酪根,受热裂解或催化,裂解时产生,的烃类。,一、正构烷烃的形成,一部分来源于,活的生物体,以及脂肪酸、脂肪醛、蜡等,类脂,化合物。,一部分正构烷烃是由,沉积物中,的脂肪醇、脂肪酸、脂肪醛等经生物化学,发酵,而生成的。,大部分是在生油主带、在较高温度下由,高分子的一元脂肪酸脱除羧基,后而生成的。,一部分是,高级脂肪酸转化,成两倍碳链的,脂肪酮,，而酮随之,还原成烃类,。,二、异构烷烃的形成,来源之一是,生物合成,，与正构烷烃共生。在海洋有机物和细菌的类脂化合物中的,异构脂肪酸是异构烷烃的前身,。,大部分异构烷烃是,干酪根中脂肪结构热解,而生成的。此时既生成饱和烃，也生成不饱和烃，生成的,烷烃经催化作用形成异构烷烃,。,三、环烷烃的形成,环烷烃可由,生物直接合成,，更重要的是来源于生物体内的各种,环状萜的衍生物,。,环烷烃的另一重要来源是,不饱和脂肪酸脱水环化,，进一步转化成环烷烃。,四、芳香烃的形成,在细菌作用下，生物体内的,环状物质发生芳构化,反应转化成芳香烃和环烷芳香烃。,不饱和脂肪酸,在催化剂作用下经,环化、脱水,转化成芳香烃和环烷芳香烃 。,干酪根,在较高温度下,裂解、环化、脱氢,而生成芳香烃。,本章思考题,1.,石油的成因为什么会有争论？,2.,石油的无机成因说包括哪几个学说，各自有何特点，它们有何缺陷？,3.,石油的有机成因说的原始生油物质包括哪些，最主要的生油物质是什么？为什么？,4.,有机质在怎样的生油环境下才能形成石油？,5.,简述干酪根裂解成油的三个阶段。,6.,干酪根可分为哪几种类型？每种类型各有何特点？,7.,简述影响干酪根裂解生油的主要影响因素。,8.,生成的石油是如何从生油层运移到油气藏中去的？,