石油地质学

第一章油气水的组成和性质1石油：以液态形式存在于地下岩石孔隙中、由多种碳氢化合物和少量杂质组成的可燃有机矿产。2石油的族分和组分：根据石油对吸附剂和有机溶剂选择性吸附和溶解的性能：饱和烃、芳香烃、非烃、沥青质等四种族分；油质、胶质、沥青质三种组分。3石油的元素组成：主要是碳和氢，其次是硫、氮、氧。4烃类：指全部由氢和碳原子构成的化合物——烷烃、环烷烃、芳香烃。1）烷烃：分子中碳原子以单键相连成链状；无支链者称正烷烃,有支链者称异烷烃；密度、熔点、沸点均随相对分子量增加而升高；相对密度小于1，几乎不溶于水。2）正烷烃分布曲线特征：①陆相有机质形成的石油：高碳数(≥C22)正烷烃多；海相：低碳数(≤C21)正烷烃多。②年代老、埋深大、有机质演化程度高的石油：低碳数正烷烃多。③受微生物强烈降解的石油：正烷烃常被选择性降解，一般含量较低，低碳数的更少。3）环烷烃：相对密度、熔点、沸点都比碳原子数相同的烷烃高，但相对密度仍小于1。4）芳香烃：含有6个碳原子和6个氢原子组成的特殊碳环——苯环的化合物。属不饱和烃。单环芳香烃具特殊气味，有毒，比水轻，不溶于水，但溶于汽油、乙醇、乙醚等有机溶剂。5石油的非烃组成：1）含硫化合物：多数情况下，以硫化氢，硫醇，硫醚，噻吩及其同系物等形态出现。根据含量分：高硫石油，S＞2%；低硫石油，S＜0.5%；含硫石油。我国多属低硫石油。2）含氮化合物：碱性氮化物：多为吡啶、喹啉、异喹啉和吖啶及其同系物；非碱性氮化物：主要是吡咯、卟啉、吲哚和咔唑及其同系物。动物血红素和植物叶绿素都属卟啉类化合物。金属卟啉化合物最为重要，石油有机成因证据之一。3）含氧化合物：氧在石油中均以有机化合物存在，分酸性氧化物和中性氧化物。前者有环烷酸、脂肪酸及酚，总称有机酸；后者有醛、酮等，含量极少。环烷酸在水中溶解度很小，易溶于石油烃，易生成各种盐类，碱金属的环烷酸盐易溶于水，在与石油接触的地下水中常含这种环烷酸盐，可作为找油的一种标志。6石油的物理性质：1）颜色：颜色变化大，从无色到黑色；胶质-沥青质含量越高颜色越深。2）相对密度：20℃时石油的质量与4℃时同体积水的质量的比值。一般在0.75~1之间。影响因素：胶质、沥青质含量大，高分子含量大，溶解气含量大，则密度大。API度和波美度与密度在数值上相反。3）粘度：代表石油流动时分子之间相对运动引起的内摩擦力的大小。温度升高，粘度降低(受温度影响极大)；压力增大、环烷烃及芳香烃含量高、高分子碳氢化合物含量高的，粘度大；溶解气含量高，粘度低。4）荧光性：石油在紫外线照射下产生荧光的特性。石油中只有不饱和烃及其衍生物具有荧光性。荧光色随不饱和烃的浓度及相对分子质量增加而加深。芳香烃呈天蓝色，胶质呈黄色，沥青质呈褐色。勘探中常用荧光性来鉴定岩样中是否含石油。5）旋光性：大多数石油具有将偏振光的振动面旋转一定角度的能力。且多为右旋。几分之一到几度之间。6）溶解性：烃难溶于水，溶解度(除甲烷)随相对分子质量增大而减小。易溶于有机溶剂。7天然气的概念：广义，自然界中的一切气体；狭义，与油气田有关的烃类气体。8天然气的产状：依其存在的相态可分为游离态、溶解态、吸附态和固态气水合物；依其分布特征可分为聚集型和分散型；依其与石油产出的关系可分为伴生气和非伴生气。1）气藏气：有商业价值的单独的天然气聚集。2）气顶气：呈游离态与油共存于油气藏顶部的天然气。3）油溶气：含量高时，应回收。为湿气4）水溶气：分高压和低压，高压水溶气在降低压力下，会强烈排气。为湿气5）煤层气：煤层中吸附和游离状态的天然气。6）固态气水合物：水与天然气结合形成的白色固态的结晶物。7）凝析气：当地下温度压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发形成凝析气。为湿气9天然气的化学组成：以烃类为主，烃中又以甲烷为主。干气：甲烷95％，蓝色火焰；湿气：，重烃气5％黄色火焰。10天然气的物理性质：1）相对密度：标况下，单位体积天然气与同体积空气的质量之比。一般0.5~0.72）粘度：随温度和压力增加而变大，随分子量增加而减小。3）蒸气压力：将气体液化时所需施加的最低压力，称为饱和蒸气压力。随温度升高而增大，相对分子量越小，蒸气压力越大。4）溶解性：天然气和水互溶性差，而与石油具有较强的互溶能力(10倍)。5）扩散性：自发地从高浓度区向低浓度区转移。11油田水的概念：广义：油气田范围内的地下水，包括油层水和非油层水；狭义，油气田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水。12油田水的来源主要有4种：沉积水（沉积物堆积过程中保存在其中的水）、渗入水(大气降雨渗入地下空隙和渗透性岩层中的水)、深成水、转化水。13矿物在水中的溶解度：硅酸盐二氧化硅碳酸盐硫酸盐氯化物14油田水的化学组成：1）油田水的无机组成：Na+(K+)、Ca2+、Mg2+和Cl-、SO42-、HCO3-(CO32-)2）油田水的有机组成：烃类、酚、有机酸15油田水的类型：以氯化钙型为主，重碳酸钠型次之，硫酸钠型和氯化镁型较罕见。16油田水的物性1）相对密度：一般＞1，含盐越大密度越大。2）粘度：一般比纯水高，含盐越大粘度越高。3）颜色及透明度：因含杂质大多不透明，常带颜色。4）嗅味：含原油时具汽油或煤油味；含H2S时，具腐蛋味；5）导电性：离子越多越强。17同位素：具相同质子数和不同中子数的原子。样品中碳同位素的组成通常用它们的相对丰度比(13C/12C)或δ13C表示。第二章储集层和盖层一、储集层基本概念1储集层：能够储存和渗滤流体的岩层。2含油气层：储集层中储集了一定数量的石油或天然气。3产层：已经开采的具有商业价值的含油气层。二、储集层的两大基本特征(储集物性)孔隙性：具有能够储存油气的孔隙空间的性质。渗透性：在有压差存在的条件下,岩石本身容许流体通过的性能。1孔隙：岩石中未被固体物质充填的空间。2、孔隙的分类1）按成因分类：原生孔隙：岩石形成前形成的孔隙。如粒间孔隙。次生孔隙：岩石形成后，经过淋滤、溶解或交代、重结晶等次生改造作用形成。如溶蚀孔隙、晶间孔隙。2）按孔隙直径大小及对流体的渗滤特征分类①超毛细管孔隙－自由流动（疏松砂岩\大溶洞\大裂缝）②毛细管孔隙－压差下流动（普通砂岩等）管形孔隙直径：0.5～0.0002mm裂缝宽度：0.25～0.0001mm③微毛细管孔隙－粘土、致密页岩等管形孔隙直径＜0.0002mm；裂缝宽度＜0.0001mm3、孔隙度：岩石孔隙的发育程度用孔隙度表示。1)绝对孔隙度：岩样中所有孔隙空间总体积与该岩样总体积的比值，以百分数表示。2)有效孔隙度：岩样中相互连通的、在一般压力条件下允许流体在其中流动的孔隙空间总体积与该岩样总体积的比值。储量计算的重要参数。3)岩石的流动孔隙度：岩样中流体能在其内流动的孔隙体积与该岩样总体积之比。4、孔隙度的实验室测定：抽提，烘干，称重，量取总体积。5、渗透率：一定压力条件下，衡量流体在岩石中渗滤能力大小的参数。1）绝对渗透率：当岩石为某一单相流体饱和，岩石与流体不发生物理化学反应时，在一定压差下，流体呈水平线性稳定流动状态时所测得的渗透率。服从达西直线渗滤定律。K只反映孔隙介质固有的特性，与流体性质无关。-2）相渗透率(有效渗透率)：岩石中有多相流体共存时，岩石对其中每一单相流体的渗透率。3）相对渗透率：相渗透率与绝对渗透率之比值，≤1。渗透率与岩石性质和流体的性质及饱和度有关。一般，每一相流体发生渗流都有一个临界饱和度值，当其饱和度达到临界值时才开始渗流，相对渗透率和相渗透率随着饱和度增加而增加，直到它全部饱和时，相对渗透率=1为止。6、孔隙度和渗透率的关系：对于碎屑储集层，一般是有效孔隙度越大，其渗透率越高。三、储集层的孔隙结构：储集层的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及相互连通关系。测定岩石孔隙结构的方法：①接观测法：铸体薄片法、扫描电镜法、图像分析法；②接分析法：毛细管压力法(压汞法)。空隙大小及分布决定孔隙度，喉道大小及分布决定渗透率。四、碎屑岩储集层1碎屑岩储集空间类型(书40页)：按形态：孔，洞，缝；按成因：原生孔隙(主要受沉积相控制)，次生孔洞(主要受成岩作用控制)，裂缝(主要受后期构造运动控制)。原生粒间孔隙和次生溶蚀孔隙是碎屑岩主要储渗空间，裂缝有时可改善渗透性。2沉积作用对储集物性的影响1）矿物成分：石英砂岩比长石砂岩储集物性好。石英抗风化能力强而亲水性弱于长石。2）碎屑颗粒的粒度和分选性：粒度越大、分选越好则物性越好；分选一定时，K与粒度中值成正比。3）碎屑颗粒的排列方式和磨圆度：理论上，立方体排列最好，斜方体最差；一般磨圆度越好物性越好。4）基质含量：愈少愈好。与沉积时的水动力条件有关。3储层类型：①孔隙型储层；②裂缝～孔隙型储层；③裂缝型储层。4按沉积环境，大体八类砂体：①冲积扇砂砾岩体；②河流砂体；③湖泊砂体；④风成砂体；⑤海岸砂体；⑥海洋三角洲砂体；⑦陆棚砂体；⑧浊积砂体。5成岩作用对储集物性的影响:1）压实作用：使孔隙度变小。当碎屑颗粒中有较多岩屑等软质成分时，压实影响可很大。2）压溶作用(化学压实作用)：发生在颗粒接触点上，即应力集中点上明显的溶解作用。使颗粒镶嵌或缝合线接触，孔隙度变小。3）胶结作用：A、胶结物的成分：泥质、钙质、硅质和铁质。泥质胶结的砂岩较为疏松，渗透性好。B、胶结物含量：愈少愈好。C、胶结类型：接触式胶结—孔隙式胶结—基底式胶结—杂乱式胶结，物性好—差。4）溶解作用：增大孔隙。5）破裂作用：构造裂缝和成岩过程导致的破裂，对孔隙度的影响很小，在特定情况下对渗透率的改善有重要意义。五、碳酸盐岩储集层1岩石类型：石灰岩白云岩白云质灰岩生物灰岩礁灰岩2主要储集空间：1）原生孔隙：粒间孔隙、粒内孔隙、生物骨架孔隙、生物体腔孔隙等。2）次生孔洞：晶间孔隙、溶蚀孔隙(孔径2mm)、溶洞(孔径2mm)3）裂缝：构造裂缝成岩裂缝风化裂缝压溶裂缝巨缝2cm，微缝2mm。3储层类型：孔隙型储层溶蚀型储层裂缝型储层复合型储层4沉积环境(沉积作用)对储集物性的影响1）各类浅水、高能沉积环境：形成的沉积物结构较粗原生孔隙发育。2）生物礁环境：有利于发育生物骨架孔隙。3）潮坪环境：有利于形成晶间孔隙和鸟眼孔隙。5成岩(后生)作用对储集物性的影响1)溶蚀作用①石矿物成分：岩石的溶解度递减顺序：灰岩—白云质灰岩—灰质白云岩—白云岩—含泥灰岩—泥灰岩②岩石结构及构造：颗粒越小，溶解速度越快，但粗粒碳酸盐岩粒间、晶间孔隙发育，水溶液可较容易地通过，易进行溶解作用③地下水的溶解能力：主要取决于CO2含量及其运动性。地下水含CO2较多，且水能流动时，则溶蚀作用加快；反之，则会使碳酸盐矿物被沉淀出来，堵塞孔隙或胶结岩石。④地貌：溶蚀带多发育在河谷、湖岸附近。⑤气候：温暖、潮湿的地区溶蚀作用最为活跃。⑥构造因素：不整合面、古风化壳等使孔、缝发育，为溶蚀水的运动提供了良好通道。2）白云化作用：白云石取代方解石、硬石膏和其他矿物的作用。使物性变好。3）重结晶作用：致密、细粒结构岩石变为疏松、多晶间孔隙粗粒结构岩石；岩石强度降低易产生裂缝，利于地下水渗滤；4）去白云岩化作用：当含CaSO4的地下水经过白云岩发育区时，将交代白云岩，产生次生方解石，使方解石晶粒变粗大，孔隙度增大。6构造作用（裂缝发育程度）对储集物性的影响1）裂缝发育的岩性因素①岩石成分：岩石的脆性越大，越利于裂缝发育。脆性从大到小是白云岩→泥（灰）质白云岩→白云质灰岩→灰岩→泥灰岩→灰质泥岩→盐岩→膏岩②岩石结构：质纯粒粗的碳酸盐岩脆性较大；颗粒排列整齐者裂缝密度大。③层厚及组合：薄层状碳酸盐岩裂缝多规模小，多为层间缝及层间脱空。厚层状的裂缝少规模大，多为垂直缝或高角度斜缝。2）裂缝发育的构造因素①受力强、张力大、受力次数多的构造部位裂缝发育；②同类岩石在常温常压的应力环境下裂缝发育；③在一次受力变形的后期阶段，裂缝密度大、组系多。局部构造上钻井要“占高点，沿长轴，沿扭曲，沿断层”，简称“一占三沿”。六、火山岩储集层1储层岩性①火山喷发岩：常见的有玄武岩、安山岩、粗面岩及流纹岩。②火山碎屑岩：火山角砾岩、火山凝