石油地质学复习总结

流体储盖圈生运石油及天然气地质学保相互关系元素组成化合物组成密度粘度流体石油天然气油田水凝析油稠油类型海陆相石油的区别产状成因分类来源分类油气显示一、石油的概念及组成（一）石油的概念石油：以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。成分上以烃类为主，并含有非烃化合物及多种微量元素；相态上以液态为主，并溶有大量烃气和少量非烃气以及固态物质。石油没有固定的化学成分和元素含量，但元素含量有一定的范围。（二）石油的元素组成石油的元素组成主要是C、H，其次是S、N和O，并含有几十种微量元素。石油元素的组成，不同学者统计有所不同，但差别不大。根据Hunt(1979)，石油元素含量如下表：第一节石油元素CHSNOTraceElements含量变化（%）83-8711-140.01-100-1.70.1-4.5几十种平均含量（%）84.5130.650.50.5n/10000备注1%高硫石油1%低硫石油0.25%高氮石油0.25%贫氮石油海相石油V/Ni1陆相石油V/Ni1（四）石油的组分和化合物组成石油中不同组分的化合物由于分子结构的差异，对吸附剂和有机溶剂具有选择性吸附和溶解的性能。石油可分成饱和烃、芳烃、胶质和沥青质等4种组分。石油的化合物组成主要可分为烃和非烃两大类：/正构、异构烷烃（石蜡烃）\环烷烃芳烃－芳烃和环烷芳烃/胶质\\沥青质/饱和烃/烃\非烃/石油\据Hunt（1979）对比重为35°API的环烷型石油的分析，各类化合物的质量百分比为：石蜡烃25％，环烷烃50％，芳烃17％、非烃（胶质和沥青质）8％。含硫、氮、氧化合物荧光性五、石油的物理性质（一）颜色在透射光下，乳白、浅黄、褐黄、褐、浅红、棕、黑绿和黑色。石油颜色与胶质和沥青的含量有关，含量愈高颜色愈深。（二）密度和相对密度1、密度：多为0.75—0.93g/cm3。2、相对密度：有两类：（1）地质上的，d420=do20C/dw4C（无量纲），或ρor=do60F/dw4C（无量纲），其中：0.9称为轻质石油，0.9—0.93称为中质石油；0.93称为重质石油。相对密度随化合物分子量和胶质、沥青含量的增大而增大。（2）商业上的，API=141.5/ρ60F—131.5（度）。API与ρ60F呈相反关系。（三）粘度（油的粘度取决于石油的化学组成、温度和压力）1、绝对粘度：动力粘度（μ）：μ=K·F·P/Q·L（Pa·S)；当常温常压下石油的动力粘度大于10Pa·S时，归为天然沥青。3、运动粘度（ν）：ν=μ/ρ=(ρ为流体密度）（m2s-1)。2、相对粘度（又称恩氏粘度）（Et）：在恩氏粘度计中200ml的石油与20C的蒸馏水在直径2.8mm的细管流出时间（约50s）之比。凝析油1、凝析油的概念凝析油是指在地下特殊温压条件下，液态烃逆蒸发形成的凝析气被开采到地面后，由于温度和压力降低而逆凝结为液态烃即凝析油，它的密度小，一般在0.78g/cm3以下，胶质、沥青质含量低以及含蜡量低，甚至不含。稠油1.稠油的概念及分类稠油是相对于原油的粘度而言的，当原油的粘度在100-10000mPa·s之间时称为稠油，稠油的密度分布在0.935-1.000g/cm3之间，故稠油亦为重质原油。稠油是一种分布广泛、资源量巨大的能源。据Deming（2001）估计全世界稠油资源量可达8600×108吨。根据上述思想，1978年提出了他们的分类方案。芳烃+NSO：60%正+异构烷烃：20%环烷烃：20%四、海相与陆相石油的基本区别1、海相石油以芳香—中间型、石蜡—环烷型为主；陆相石油以石蜡型为主，部分为石蜡—环烷型。2、海相石油以低蜡为特征（均小于5%）；陆相石油以高蜡为特征（普遍大于5%）。3、海相石油一般高硫（一般大于1%）；陆相石油以低硫为特征（一般小于1%）。4、海相石油V、Ni含量高，且V/Ni大于1；陆相石油V、Ni含量较低，且V/Ni小于1。5、海相石油一般比陆相石油的δ13C高。例如，第三纪海相石油δ13C一般大于-27‰；而第三纪陆相石油δ13C较小，一般小于–29‰。（注：δ13C=（RS/Rr—1）׉（RS（样品）=13C/12C，Rr（相对标准）=13C/12C）第二节天然气一、天然气的概念及产状（一）天然气的概念广义的天然气：自然界中的一切气体。如：大气、地表沉积物中气、沉积岩中气、海洋中溶解气、变质岩中气、岩浆岩中气、地幔排出气、宇宙气。狭义的天然气：地壳上部各种天然气体，主要是指聚集成气藏的烃类或非烃类气体，包括聚集型、分散型和非常规的烃类和非烃类气体。（二）天然气的产状按相态分：游离态、溶解态、吸附态、天然气水合物按形成地质条件和成藏要素分：常规气、非常规气按与石油产出关系分：伴生气、非伴生气第三节天然气成因类型和判别成因分类生物成因气油型气煤型气无机成因气定义：不同类型的沉积有机质在成岩作用带由厌氧细菌的生物化学作用形成的富含甲烷的天然气。成分除甲烷气外，还含有部分CO2和少量的N2，有时混有早期低温降解作用形成的甲烷气及重烃气。化学组成：除少数含高N2的天然气外，CH4含量一般大于98%，有的可达99%以上，重烃含量低，一般小于0.2%，个别可达1%〜2%左右，为典型的干气。生物成因气的δ13C1值一般为-55‰〜-90‰之间。不溶有机质可溶有机质其他酶的发酵作用产酸菌产甲烷菌菌体挥发性酸其他菌体CH4+O2生物成因气定义：指成油有机质（腐泥型和混合型干酪根）在成熟和过成熟阶段即热力作用下以及石油热裂解形成的各种天然气，主要包括石油伴生气、凝析油伴生气和热裂解伴生气。油型气定义：指煤系有机质（腐殖型干酪根和腐殖煤）在成熟和过成熟阶段形成的热成因气，包括热催化降解和热裂解成因气。煤系又称含煤岩系，是以含有煤层和煤线为特征的沉积岩系。当腐殖型有机质高度聚集时便形成腐殖煤，而当其分散存在时便形成煤系中的暗色泥岩和碳质泥岩。一般有机碳含量≤15%时称为暗色泥岩，含量在15~30%之间称为碳质泥岩，≥30%时称为煤。煤型气（煤成气）定义：地球深部岩浆岩活动、变质岩和宇宙空间分布的可燃气体以及岩石无机盐类分解产生的气体，都属于无机成因气或非生物成因气。它属于干气。化学组成：一般以甲烷为主，C2+含量很少，一般＜1%，常可见微量烯烃，并含有较高的N2、CO2和He。一般将δ13C1＞-20‰作为无机成因起的可靠证据。无机成因气3、按油田水在岩石孔隙中存在状态分：（1）吸附水：吸附在矿物表面的水，在一般温压条件下不能自由移动。（2）毛细管水：在地质条件下不能自由流动的水。（3）自由水：在重力作用下可以自由流动的水。（4）气态水：充满在未被水饱和的岩石孔隙中，通过蒸发和凝结作用与液态水相互转化。二、油田水来源和形成（一）油田水来源（1）沉积水：早期沉积物孔隙水保留下来的水。（2）渗入水：大气降雨渗入地下形成的水。（3）转化水：沉积物在成岩过程中或有机质成烃作用中产生的水。（4）深成水：岩浆作用或变质作用形成的水，或称内生水、原生水。（二）油田水的形成是上述各种水混合而成，以转化水和沉积水为主（但是，由于地下水的循环，常常难以保留原来转化水和沉积水的组成特征）。油田水演化过程中，矿化度一般增高。（A）硫酸钠型：（Na+—Cl-）/SO42-1。大陆水。（B）重碳酸钠型：（Na+—Cl-）/SO42-1。大陆水。（C）氯化镁型：（Cl-—Na+）/Mg2+1。海水。（D）氯化钙型：（Cl-—Na+）/Mg2+1。深层水。四、油田水的类型（一）油田水的分类推荐的分类为Sulin（1946）的油田水分类。该分类以Na+、Mg2+、Cl-和SO42-离子的含量（毫克当量百分数）将油田水分成：二、油气显示主要类型的特征1、油气苗：油、气（流）的地表天然露头。油气苗是最可靠、最直接的油气显示类型之一。油苗可以从出露的油层中直接渗出，也可以从地下油层中沿断层面和不整合面等运移到地面；气苗常常在水中呈连续或断续的气泡冒出。著名的京山古油藏2、含油和沥青岩石：含油岩石是指被液态原油浸染的岩石。含油岩石：被液态原油浸染的岩石。主要是含油砂岩，按其被浸染的程度可分为：油砂——全部被原油所饱和浸润；油斑——局部被原油浸染，浸染部位往往是岩石粗粒结构部分或各种缝隙；油迹——岩石被原油局部轻微浸染。含沥青岩石：在岩石孔隙中充填有分散固态沥青的岩石。分散沥青一般以基质或胶结物形式而存在，个别情况下固态沥青也可能是再沉积的颗粒。塔河油田三叠系油浸砂岩3、泥火山：地下聚集的高压气体和（液体）与沉积物（或岩石）混合喷发到地表形成的锥状体。泥火山的气体常是高压的可燃性天然气，有时还伴有原油和地下水。但泥火山的气体有时主要是非烃气。4、油矿物：原油氧化或热变质产生的矿物。油矿物是较之石油更复杂的有机化合物的混合物，故它没有固定的化学成分和物理常数。它们的成因包括：（1）物理分异：地蜡；（2）氧化成因：各种沥青；（3）热变质：碳沥青、次石墨等。应说明，变质成因的沥青矿物中有些与石油并没有成因联系，至少没有明确的成因联系，称之为准油矿物。有机质干酪根烃源岩油气生成有机成因说类型无机成因说组成热演化生烃未熟-低熟油煤成油晚期成因说：只有当母岩埋藏达到一定的深度和温度时，有机质才大量的生成液态的成熟烃。•应该看到，原始有机质从沉积、埋藏到转化为石油和天然气，是一个逐渐演化的过程。在承认晚期成油起主要作用的同时，也不能一概否定早期成油的影响，只不过在生油的量上可能多少不一，以晚期为主。•现在看来，液态石油的成因主要是晚期成因，而天然气的成因条件转化较为宽松。烃源岩定义：•也叫母岩或生油岩。可细分为油源岩、气源岩和油气源岩。•在天然条件下曾经产生并排出过烃类且足以形成工业性油气聚集的岩石。•主要是低能带富含有机质的暗色泥质岩和碳酸盐岩沉积。干酪根（kerogen）：沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质。古代沉积物中有机质的分散组分•干酪根是分散的有机质的主体，它的类型基本代表岩石中分散有机质的类型。•根据元素分析将其分为3大类：Ⅰ型是分散有机质干酪根中经细菌改造的极端类型。Ⅱ型是生油岩中常见的干酪根，又称腐泥型。Ⅲ型是由陆生植物组成的干酪根，又称腐殖型。Ⅳ是残余型。类型沉积有机质：通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏下来的那部分有机质。•从前寒武纪到泥盆纪，沉积有机质的唯一来源是海洋浮游植物（藻类）和细菌，泥盆纪以后，高等植物也开始变的重要起来，尤其是在成煤作用方面起特别重要的作用。•地史上高等植物晚于浮游植物；海域面积大于陆地；浮游植物和细菌具有很高的产率。•从数量上看，沉积有机质的生物物质最重要的是浮游植物、细菌和高等植物。原始生化组成：水、脂类、碳水化合物、蛋白质和木质素。天然有机质与石油的平均元素组成（据Hunt，1979）元素组成（质量百分数）CHSNO碳水化合物44650木质素6350.10.331.5蛋白质53721722脂类761212干酪根796528沥青8410312石油84.5131.50.50.5有机质成岩演化与成烃作用（据Tissot&Welte，1984）•此阶段从沉积有机质被埋藏开始到门限深度为止，Ro＜0.5%。•成岩作用早期，有机质要经历细菌分解和水解，随着埋深的增加，细菌作用趋于终止，进而演化为地质聚合物即干酪根。•成岩作用阶段尤其是早期生成的烃类产物，是生物甲烷和少量高分子烃。•在有机质成岩作用晚期，地下水对碳酸盐、铝硅酸盐和硅酸盐矿物的溶解能力增加，有助于形成溶蚀的次生空隙。•为干酪根生成油气的主要阶段，也可称油和湿气阶段，此阶段划分3个带：•油带Ro为0.5~1.3%，又叫低-中成熟阶段，其中低熟油带Ro为0.5~0.7%，中熟油带Ro为0.7~1.3%，干酪根通过热降解作用主要产生成熟的液态石油，高成熟阶段R0为1.3~2.0%。•轻质油和湿气带又叫高成熟阶段，在较高的温度下，干酪根和已形成的石油发生热裂解，C1-C8的轻烃迅速增加，可形成凝析气。•也称热裂解干气阶段。•该阶段埋深大、温度高，Ro＞2.0%。由在成熟阶段干酪根上的较