石油進(jìn)展苗3課件

各位同學(xué)您們好！油藏地球化學(xué)90年代以來(lái)，油藏地球化學(xué)成為石油地球化學(xué)的新學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)，它突破了傳統(tǒng)單一的學(xué)科界限，將石油地球化學(xué)研究的重點(diǎn)由烴源巖及其相關(guān)問題；轉(zhuǎn)移到油藏及其流體化學(xué)在空間上的變化規(guī)律上，應(yīng)用化學(xué)原理和一切有效的地球化學(xué)分析手段，研究?jī)?chǔ)層流體（油、氣、水）在地質(zhì)體中生成、演化、運(yùn)移和聚集成藏過(guò)程中所發(fā)生的一切地球化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。研究對(duì)象從有機(jī)物到有機(jī)、無(wú)機(jī)一體和油、氣、水、巖綜合體系，研究范圍由勘探延伸到勘探開發(fā)全過(guò)程。將石油地球化學(xué)①由烴源巖儲(chǔ)層；②由生烴運(yùn)聚成藏；③由有機(jī)有機(jī)、無(wú)機(jī)一體；④由油、氣油、氣、水、巖綜合體系促使油藏地球化學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)與方法包括：薄層色譜—火焰離子檢測(cè)；熱蒸發(fā)（熱脫附）；色—質(zhì)聯(lián)用；地層水同位素分析；Latter等(1995)總結(jié)了油藏地球化學(xué)在油氣勘探開發(fā)中的主要應(yīng)用領(lǐng)域：

(1)在油氣田勘探中的應(yīng)用根據(jù)試井原油特征測(cè)定源巖類型和成熟度；通過(guò)對(duì)油田充注點(diǎn)或運(yùn)移路線的研究，幫助確定相關(guān)油田的位置和區(qū)域性運(yùn)移路線；盆地古水文學(xué)或原油蝕變控制因素的評(píng)定；油氣藏封閉性評(píng)定；(2)在油藏評(píng)價(jià)和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用流體界面的確定油藏連通性確定；評(píng)定油藏質(zhì)量和歷史；Sw(含水飽和度)的計(jì)算；焦油席確定；與脫瀝青有關(guān)的潛在開采問題的鑒別：油~水~巖石相互作用及對(duì)潤(rùn)濕性和石油粘度的影響；(3)在油田開發(fā)和生產(chǎn)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用屏障(邊界)定位與輸入采油生產(chǎn)模式：為評(píng)價(jià)采油生產(chǎn)計(jì)劃所進(jìn)行的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)：管道漏失評(píng)定一混合的采油生產(chǎn)問題；注水突進(jìn)的評(píng)定；油藏酸化機(jī)理。1、油藏內(nèi)流體非均質(zhì)性及成因機(jī)理（1）原油的非均質(zhì)性主要表現(xiàn)在原油物性（密度、粘度）、油氣比、原油族組成同位素組成，原油分子組成等在空間上規(guī)則和不規(guī)則的變化。外部成因：同一油源、不同時(shí)代生成的石油；不同油源的石油，形成環(huán)境不同，成熟度不同，運(yùn)移分餾作用不同；內(nèi)部成因：油藏內(nèi)水解、生物降解、重力熱蝕變作用，流體-巖石間的相互作用影響；儲(chǔ)層孔隙度、滲透率，油藏構(gòu)造、地層特征差異，水流方向、油層表面化學(xué)特征等。通常，滲透性好時(shí)，流體柱將迅速達(dá)到平衡。

如果垂向上存在地質(zhì)屏障，將阻礙流體的混合作用，就會(huì)出現(xiàn)垂向變化的不連續(xù)性，從充注期間繼承下來(lái)的差異可能保持相當(dāng)長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期。因此，油田內(nèi)烴類和水的非均質(zhì)性表現(xiàn)了區(qū)域性和油藏范圍的地質(zhì)信息，可用來(lái)作為區(qū)域勘探、油藏描述、評(píng)價(jià)和開發(fā)油田工作的研究（參考）基礎(chǔ)。

低速混合作用是促使油藏內(nèi)原油進(jìn)行重新分配的主要因素。①密度驅(qū)動(dòng)混合作用，影響因素：a.時(shí)間越長(zhǎng)，混合越完全；b.儲(chǔ)層物性越好，混合時(shí)間越短。②擴(kuò)散作用③熱對(duì)流混合作用地溫梯度變化導(dǎo)致流體發(fā)生熱對(duì)流，影響因素：a.重力作用;b.儲(chǔ)層物性條件;c.時(shí)間因素.（2）油藏內(nèi)流體流動(dòng)屏障的確定①根據(jù)原油總體組成變化參數(shù)研究流動(dòng)屏障尋找明顯差異(氣油比、泡點(diǎn)壓力、密度等資料)，分析流通性不好地帶，確定流動(dòng)屏障。②根據(jù)原油組成色譜指紋特征變化研究流動(dòng)屏障基本思路是，源于一個(gè)連續(xù)油藏的石油應(yīng)表現(xiàn)出一致的色譜特征；源于不同油藏的石油具有不同的色譜指紋。③根據(jù)油田水組成變化研究流動(dòng)屏障基本思路是，在水層和油層內(nèi)87Sr/86Sr突變通常表明油層間存在流動(dòng)屏障，分：a.含水區(qū)流體流動(dòng)屏障，b.含油區(qū)內(nèi)流體流動(dòng)屏障5、油氣運(yùn)聚或藏史研究（1）油氣運(yùn)移方向和通道的確定①根據(jù)石油成熟度梯度研究油氣充注方向基本思路是，在油氣運(yùn)聚過(guò)程中，進(jìn)入油藏的最成熟石油逐漸取代先前的成熟較低的石油。即在油氣充注過(guò)程中，成熟度最高的石油最靠近原油的充注點(diǎn)。②根據(jù)石油在運(yùn)載層中的地球化學(xué)變化確定基本思路是，根據(jù)石油分餾作用，隨運(yùn)載層距離增加，沿運(yùn)載層方向，石油組份發(fā)生變化進(jìn)行確定。6．油藏地球化學(xué)與油藏開發(fā)（1）應(yīng)用原油色譜指紋分布研究油藏產(chǎn)能分配多層混雜時(shí)，計(jì)算每層的產(chǎn)能分配，以確定注采方式?；舅悸肥牵煌瑢又讣y化合物不同，以此來(lái)判別。方法為：①每一個(gè)單層分別采集油樣；②用氣相色譜法分析每個(gè)單層油樣；③建立混合油配產(chǎn)關(guān)系圖版，確定每個(gè)油層的貢獻(xiàn)；④建立數(shù)學(xué)模型和原油混合比例，測(cè)定油層的貢獻(xiàn)。（2）中途測(cè)試前預(yù)測(cè)原油的參數(shù)例如，進(jìn)行油藏瀝青或全巖熱解等測(cè)試分析研究。7．油藏內(nèi)流體～巖石相互作用成巖作用通常有孔隙流體的流動(dòng)，成巖反應(yīng)也受pH值、組分、濕度及溫度等的控制。石油在儲(chǔ)層中聚集肯定會(huì)改變孔隙水的化學(xué)成分，通過(guò)膠結(jié)物形成或溶解改變pH值，或者烴類流體部分替換孔隙水而阻礙礦物－離子間的傳遞，從而控制自生礦物的形成、礦物的交代或轉(zhuǎn)化，也抑制了膠結(jié)、交代及重結(jié)晶等成巖作用過(guò)程。

通過(guò)成巖自生礦物的相互穿插關(guān)系，晶體結(jié)構(gòu)、自生礦物中的流體包裹體、放射性同位素等測(cè)試，來(lái)分析、推算儲(chǔ)層自生礦物膠結(jié)作用的溫度、時(shí)代和持續(xù)時(shí)間等。（1）烴類與巖石間的氧化還原反應(yīng)①烴類與褐鐵礦等礦物氧化劑的氧化還原反應(yīng)烴類進(jìn)入到含礦物氧化劑的儲(chǔ)層中，可導(dǎo)致烴類發(fā)生氧化作用。②烴類氧化－硫酸鹽還原作用a.熱化學(xué)硫酸鹽還原作用生成CO2、H2S，導(dǎo)致原油形成瀝青（烴類+SO2-4→蝕變烴類+固態(tài)瀝青+H2S），多發(fā)生在100-140℃，H2S高于10％，且連續(xù)埋藏的成巖體系中。b.微生物的硫酸鹽還原作用直接消耗甲烷和C12以上的烴類，固態(tài)瀝青和H2S，H2S氣體低于5％，多發(fā)生在不整合面附近淺層。(2)流體～巖石相互作用對(duì)礦物間潤(rùn)濕性的影響儲(chǔ)層巖石的潤(rùn)濕性控制了體系的位置、流體分布及流體性質(zhì)，影響毛細(xì)管壓力、相對(duì)滲透率、殘余油飽和度（因而決定了石油采收率）。注水采油時(shí)，水潤(rùn)濕系統(tǒng)原油采收率比油潤(rùn)濕系統(tǒng)高。研究表明，影響儲(chǔ)層潤(rùn)濕性的因素：原油分離出的表面活性物質(zhì)、礦物表面吸附的重質(zhì)組分的吸附量（瀝青質(zhì)和樹脂組分的量及氫、氧、硫極性化合物）。①吸附量低，水潤(rùn)濕性強(qiáng)，油潤(rùn)濕性弱；②吸附量高，水潤(rùn)濕性差，油潤(rùn)濕性強(qiáng)。而控制樹脂和瀝青質(zhì)在礦物表面吸附的關(guān)鍵因素為：①礦物表面水膜的存在及其厚度和穩(wěn)定性；②礦物基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)；③原油中瀝青質(zhì)和樹脂體的含量；④原油中的烴類鎦分穩(wěn)定膠束聚集或使之溶解成為真溶液的能力。（3）儲(chǔ)層瀝青的成因類別熱催化～轉(zhuǎn)化作用氧化作用石油在儲(chǔ)層中的地球化學(xué)作用生物降解作用脫瀝青作用硫化作用①生物降解作用生物降解作用一般指喜氧細(xì)菌對(duì)烴類的氧化/分解作用。生物降解過(guò)程中先消耗正烷烴，其次為支鏈烷烴，環(huán)狀化合物相對(duì)穩(wěn)定。生物降解一般發(fā)生在淺層氧化帶和不整合面附近。②熱成熟或熱變作用瀝青/重油往往與氣態(tài)烴或液態(tài)烴相伴。其形成要求地溫較高，一般認(rèn)為在150℃以上，其產(chǎn)生特點(diǎn)是C15+抽提物飽和烴、芳烴、瀝青質(zhì)及非烴δ13C增大，瀝青質(zhì)和非烴含量較高，熱裂解原油一方面形成氣態(tài)烴、輕烴，另一方面形成固體殘余物即焦瀝青。③熱化學(xué)硫酸鹽還原作用（TSR）此作用很可能是世界上許多地下深處酸氣（H2S）的主要成因，并可導(dǎo)致元素硫，黃鐵礦及閃鋅礦等硫化物的生成。烴類SO22-→蝕變烴類+固態(tài)瀝青+H2S+H2O+HCO-3（CO2）+熱CaSO4+CH4→CaCO3+H2S+H2OTSR常發(fā)生在連續(xù)埋藏的成巖體系④微生物硫酸鹽還原作用（BSR）一般認(rèn)為此作用發(fā)生于近地表和較淺的地下環(huán)境（但最近有人認(rèn)為BSR生存溫度可達(dá)到110°C，95-130°C，甚至110-200°C）基本方式：烴類SO2-4→蝕變烴類+瀝青+HCO-3(CO2)+H2S(HS-)+Q主要消耗甲烷和C12以上的烴類、產(chǎn)生大量硫化氫氣體，固態(tài)瀝青。不整合面附近成巖改造體系易發(fā)生BSR作用。⑤氣洗作用主要指外來(lái)氣體對(duì)飽含原油的油藏進(jìn)行改造時(shí)所導(dǎo)致的烴類的脫瀝青作用。一般在油藏原油中氣體未飽和或者具有氣頂?shù)挠筒匾蜻M(jìn)一步深埋而提高氣體溶解度的情況下，外來(lái)氣體的氣洗作用可導(dǎo)致瀝青的形成。其特點(diǎn)是:a.瀝青δ13C與蝕變前的原油相差較??；b.相對(duì)富集瀝青組組分和極性化合物；c.瀝青一般分布在油柱的底部或沉積旋回粗粒部分的相對(duì)高孔滲帶；d.瀝青分布具有成層性。⑥水洗作用水洗作用多與微生物降解作用相伴。水洗多發(fā)生在油水界面，其產(chǎn)物與生物降解作用的產(chǎn)物相近。由于甲苯、酚、苯易溶于水，往往可作為水洗的標(biāo)志。

因此，有人認(rèn)為水洗作用可導(dǎo)致瀝青的形成。此外，蒸發(fā)~氧化作用、重力分異作用等被認(rèn)為也可產(chǎn)生重油、瀝青。8、沉積盆地水~巖相互作用水~巖作用包括幾種物理、化學(xué)過(guò)程：①礦物溶解、沉淀；②離子交換、吸附/解析；③流體混合；④壓力下降引起的氣體分離；⑤有機(jī)質(zhì)~無(wú)機(jī)質(zhì)相互作用。

水~巖作用是從化學(xué)機(jī)理上探討礦物溶解、沉淀作用。所以，可認(rèn)為水~礦物的相互作用是指在地下相對(duì)高溫、高壓條件下，孔隙水的化學(xué)組分與儲(chǔ)層礦物間的一種化學(xué)平衡作用。

水~巖相互作用發(fā)生在水介質(zhì)中，因而可以從地層水化學(xué)特征重塑礦物的溶解~沉淀和離子交換和吸附過(guò)程。目前的孔隙水化學(xué)特征可能是：①埋藏過(guò)程中，礦物溶解~沉淀、粘土礦物表面離子交換作用，吸附作用引起的原始沉積水的變化；②地表水、地下水混合的結(jié)果，流體混合導(dǎo)致水~礦物平衡破壞，又進(jìn)一步促進(jìn)了水~巖石相互作用。現(xiàn)今水~巖反應(yīng)主要集中于兩方面的研究：（1）有機(jī)酸來(lái)源、分布及其對(duì)礦物穩(wěn)定性的影響主要由于有機(jī)酸可使礦物溶解，產(chǎn)生次生孔隙。有機(jī)酸被認(rèn)為來(lái)自干酪根或成熟作用，但對(duì)生成時(shí)間看法不一，主要有：①Surdam等（1984）認(rèn)為生成于原油進(jìn)入儲(chǔ)層之前的干酪根未成熟~低成熟階段；②Barth等（1984）認(rèn)為可持續(xù)到烴類生成的終點(diǎn)；③Kharaka等（1993）研究發(fā)現(xiàn)，原油熱變作用也是來(lái)源之一，由于原油中氧元素遠(yuǎn)低于其母質(zhì)，只有外來(lái)氧的介入，才能產(chǎn)生較多的有機(jī)酸；④Machel（1995）礦物氧化劑使烴類氧化產(chǎn)生有機(jī)酸。另外，有機(jī)酸分布的地溫范圍也有爭(zhēng)議：①主要在80-120℃儲(chǔ)層溫度范圍；②加利福尼亞盆地儲(chǔ)層地溫120-150℃的油田水仍有有機(jī)酸存在；③塔里木盆地在135-140℃的儲(chǔ)層仍具高有機(jī)酸濃度。一般來(lái)說(shuō)，油田水中有機(jī)酸被分為三個(gè)溫度區(qū)間帶：①地溫低于80℃，有機(jī)酸質(zhì)量濃度較低，由于細(xì)菌消耗，低生成速率；②80℃-200℃，有機(jī)酸質(zhì)量濃度最高，但隨地溫增大而降低，羧酸脫羧而成；③>200℃，未檢測(cè)出有機(jī)酸。近年的研究表明，油田水中有機(jī)酸來(lái)源包括：①干酪根熱成熟

產(chǎn)率取決于干酪根類型，Ⅱ、Ⅲ型O/C高，產(chǎn)率較高，I型O/C低，產(chǎn)率低些；產(chǎn)生范圍跨度大，從未成熟~高成熟都可生成，成熟階段（A1~A2）期是有機(jī)酸生成的主要時(shí)期；②烴類微生物降解作用

淺埋（30-80m）下，有機(jī)質(zhì)發(fā)酵生成了有機(jī)酸；③烴類熱化學(xué)硫酸鹽還原作用或熱變作用具有低API比重、生物降解過(guò)和未熟原油均可生成相對(duì)高的羧酸。有機(jī)酸運(yùn)移據(jù)研究，不同類型干酪根產(chǎn)生的有機(jī)酸運(yùn)移方式、時(shí)期不同。①I、II型干酪根有機(jī)質(zhì)成熟時(shí)（較晚），往往油、水及有機(jī)酸一起從源巖中排出，有機(jī)酸主要以石油作為載體運(yùn)移（由于有機(jī)酸親水性極強(qiáng)，所以一旦石油運(yùn)移到多孔飽含水的儲(chǔ)集巖中，有機(jī)酸便容易從油相分離出來(lái)，進(jìn)入水相）。實(shí)際上，有機(jī)酸在水中運(yùn)移距離是有限的，主要在水中運(yùn)移。②Ⅲ型干酪根脫水作用與有機(jī)酸早期形成幾乎同時(shí)發(fā)生，有機(jī)酸隨壓實(shí)水運(yùn)移，當(dāng)烴類大量開始排出時(shí)，有機(jī)酸又主要以油相運(yùn)移，這種運(yùn)移方式比II型干酪根晚些。

總之，有機(jī)酸可隨油相，也可隨水相運(yùn)移，只是隨運(yùn)移距離增大，有機(jī)酸濃度明顯下降（進(jìn)入水中），所以高濃度的有機(jī)酸多與源巖相鄰。

有機(jī)酸進(jìn)入儲(chǔ)層，必然要和儲(chǔ)層中的碎屑顆粒，膠結(jié)物發(fā)生作用，形成次生孔隙。（2）地層水成因與演化①地層水的成因可能不同，為：a.沉積水的蒸發(fā)殘余；b.與地表水或其它地層水混合。但在埋藏過(guò)程中不同程度地受水~巖相互作用的改造。②水~巖相互作用的結(jié)果：a.地層水幾乎所有元素和同位素組成受水~巖反因的控制，可據(jù)地層水化學(xué)特征重塑可能的地球化學(xué)過(guò)程；b.從儲(chǔ)集巖中各種自生礦物的產(chǎn)狀、種類、數(shù)量、成分及相穿插關(guān)系來(lái)研究地層孔隙水的地球化學(xué)演化過(guò)程。③地層水化學(xué)研究

目前，一般認(rèn)為Br（溴）是地層水中穩(wěn)定元素，因而可用地層水中Cl、Ca、Mg、Sr含量與Br含量的相對(duì)關(guān)系來(lái)反映元素相對(duì)蒸發(fā)趨勢(shì)（富集或貧乏），而不相容元素Li（鋰）、B（硼）的濃度變化來(lái)表征鋁硅酸鹽礦物的溶解程度。油田水中氫、氧、鍶、碳同位素（δD、δ18O、87Sr/86Sr、δ13C）也被應(yīng)用于地層水的成因研究。水化學(xué)研究的目的是為了分析各種礦物溶解~沉淀趨勢(shì)、過(guò)程，特別在有機(jī)酸參與下溶解~沉淀的進(jìn)程，為儲(chǔ)層研究建立基礎(chǔ)。④利用儲(chǔ)層石英、長(zhǎng)石及粘土礦物沉淀分析地層水a(chǎn).石英膠結(jié)物是分選好的砂巖中孔隙度減小的原因，研究二氧化硅的來(lái)源，溶解和沉淀作用的機(jī)理可分析地層水（一般認(rèn)為，石英形成堿性成巖條件）;b.研究長(zhǎng)石,鉀的來(lái)源，鋁的來(lái)源;c.粘土礦物高嶺石、酸性伊利石、堿性9.油藏地球化學(xué)研究方法（1）油藏地球化學(xué)描述的基本思路主要包括：