油氣成因理論與烴源巖

油氣成因理論與烴源巖

第五章油氣成因理論與烴源巖一、有機(jī)成因的證據(jù)1、世界99%的石油產(chǎn)自沉積巖2、石油在地殼中的毀滅,與地史上生物的發(fā)育和興衰親熱相關(guān)3、在油田剖面上,含有層位總與富含有機(jī)質(zhì)的層位有依存關(guān)系4、石油中找到了許多魚異戊間二烯類、萜類和甾醇類有關(guān)的化合物5、石油的元素組成包括痕量元素組成,與有機(jī)質(zhì)或有機(jī)礦產(chǎn)相近似6、石油具有旋光性7、各種生物物質(zhì)通過降解可得到或多或少的烴類產(chǎn)物。

二、干酪根1、沉積巖中不溶于堿、非氧化性酸和非極性有機(jī)溶劑的分散有機(jī)質(zhì)2、依據(jù)和原子比可分為三種:藻質(zhì)型、腐泥型、腐殖型三、油氣生成的理化條件溫度、時(shí)間、細(xì)菌、催化劑、放射性、壓力門限溫度:烴源巖到達(dá)門限溫度時(shí)〔50-200〕,干酪根才開頭成熟,與門限溫度對(duì)應(yīng)的深度〔1500-5000〕叫門限深度。

四、成烴演化與模式鏡質(zhì)體反射率〔〕與有機(jī)質(zhì)的成烴作用和成熟度有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1、未成熟階段——成巖作用階段①劃分界限:此階段從沉積有機(jī)質(zhì)被埋藏開頭至門限深度為止,②物質(zhì)根底:脂肪、碳水化合物、蛋白質(zhì)和木質(zhì)素等生物聚合物③化學(xué)作用過程:有機(jī)和無機(jī)過程。

生物水解、降解④烴類產(chǎn)物:揮發(fā)物、少量未熟——低熟石油。

⑤特點(diǎn):正構(gòu)烷烴具有明顯的奇碳數(shù)優(yōu)勢(shì)⑥終結(jié)物:干酪根2、成熟階段——深成作用階段〔為干酪根生成油氣的主要階段〕①劃分界限:該階段從有機(jī)質(zhì)演化的門限值開頭至生成油氣和濕氣完畢為止,%~2%②物質(zhì)根底:干酪根③化學(xué)作用過程:當(dāng)?shù)竭_(dá)門限深度和溫度時(shí),在熱力作用下,粘土催化作用,干酪根初期熱降解生成石油,后期熱裂解生成輕質(zhì)油和濕氣。

④烴類物質(zhì):濕氣、凝析氣、成熟石油⑤特點(diǎn):該階段按干酪根的成熟度和成烴產(chǎn)物劃分為為油帶和輕質(zhì)油、濕氣帶,其特點(diǎn)分別為:油帶:石油以中-低分子量的烴類為主,正烷烴奇碳數(shù)優(yōu)勢(shì)慢慢變?yōu)槌墒煊蜎_淡直至消逝,環(huán)烷烴和芳香烴的碳數(shù)和環(huán)數(shù)削減,曲線有雙峰變?yōu)閱畏澧藿K結(jié)物:干酪根殘?jiān)?、過成熟階段——準(zhǔn)變質(zhì)作用階段①劃分界限該階段埋深大,溫度高,2%②物質(zhì)根底:干酪根殘?jiān)鸵焉傻臐駳狻⒛鰵?、輕質(zhì)油③化學(xué)作用過程:高溫?zé)崃呀猗軣N類產(chǎn)物:干氣〔甲烷〕⑤特點(diǎn):趨于向甲烷分子的化學(xué)熱穩(wěn)定;干酪根縮聚為富碳剩余物。

⑥終結(jié)物:次石墨*需要說明的是:1、有機(jī)質(zhì)成烴演化是一個(gè)連續(xù)的過程,對(duì)于任意烴源巖而言,可能只是演化到某一階段的某個(gè)過程而已;2、以上僅僅是成烴演化的一般模式,對(duì)于不同的坳陷盆地其演化過程可能有其特殊性,必需詳細(xì)問題詳細(xì)分析;3、對(duì)于低熟油氣,煤層和自然氣水合物的成因也有其特殊性。

其次節(jié)自然氣的成因類型與判別自然氣有機(jī)成因氣生物成因氣熱解氣油型氣煤型氣無機(jī)成因氣①生物成因氣是有機(jī)質(zhì)在復(fù)原條件下由微生物降解、發(fā)酵和合成作用形成的以甲烷為主的自然氣。

碳酸鹽復(fù)原帶是生成甲烷的主要的生化帶有利于生物氣形成的因素可大致歸納為:有豐富的有機(jī)質(zhì);嚴(yán)格的缺氧、缺硫酸鹽巖環(huán)境;值以接近中性為宜;溫度在35-42℃為最正確;生物成因氣化學(xué)組成,除個(gè)別含氮?dú)廨^多的自然氣外,甲烷含量一般大于98%,有的甚至在99%以上,重?zé)N含量低,%,為典型的干氣。

②油型氣指成油有機(jī)質(zhì)在熱力作用下以及石油熱裂解形成的各種自然氣。

主要包括石油伴生氣、凝析油伴生氣和熱裂解干氣,成油有機(jī)質(zhì)的熱演化成烴過程用來表示其階段和主要產(chǎn)物。

③煤型氣煤型氣是指腐殖煤及復(fù)制型煤系有機(jī)質(zhì)在變質(zhì)作用階段形成的自然氣。

其含義與腐泥型有機(jī)質(zhì)在成油演化過程中形成的自然氣稱為油型氣相對(duì)應(yīng)。

又稱煤系氣、煤成氣。

煤型氣的化學(xué)組成中重?zé)N氣含量有時(shí)可達(dá)10%以上,甲烷氣一般占70%~95%,非烴氣中普遍含氮?dú)夂?**蒸氣,也常含二氧化碳,但貧硫化氫。

④無機(jī)成因氣通常是認(rèn)為是地幔排氣作用形成,地幔排氣過程依其特點(diǎn)可分為兩種根本類型:即高溫低壓熱排氣過程和低溫高壓冷排氣過程。

前者地幔氣水和二氧化碳為主;后者則以甲烷和氫氣為主。

化學(xué)組成一般以甲烷占優(yōu)勢(shì),+2含量很少,一般1%。

?？梢娚倭康轿⒘肯N,且氫、氮、二氧化碳、一氧化碳及氦氣含量較高。

2、烴源巖的評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)數(shù)量、有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)成熟度有機(jī)質(zhì)數(shù)量:包括有機(jī)質(zhì)的豐度和烴源巖的體積,主要指標(biāo)為有機(jī)碳、***仿瀝青和總烴的百分含量。

有機(jī)質(zhì)的類型,常從不溶有機(jī)質(zhì)〔干酪根〕和可溶有機(jī)質(zhì)〔瀝青〕的性質(zhì)和組成加以區(qū)分。

干酪根:元素分析、光學(xué)分析、紅外光譜分析以及巖石熱解分析元素分析:依據(jù),原子比,可分為藻質(zhì)型,腐泥型,腐殖型光學(xué)分析法:孢粉分析按干酪根在透射光下的微觀構(gòu)造,分為藻質(zhì)、絮質(zhì)、草質(zhì)、本質(zhì)和煤質(zhì)煤巖分析將干酪根的顯微組分分為殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、和惰質(zhì)組巖石熱解分析:是巖石熱解直接從巖樣中測(cè)出所含的吸附烴,干酪根熱解烴和二氧化碳與水等含氧揮發(fā)物以及相應(yīng)的溫度,溫度可逐步加熱到550攝氏度。

由于氫指數(shù)和氧指數(shù)與干酪根元素組成成分析能進(jìn)展許多的比照。

可溶瀝青分析:常用的參數(shù):〔1〕烴源巖***仿抽提物中組分組成特征如飽和烴芳香烴〔2〕飽和烴氣相色譜特征包括主峰碳位置和峰型等〔3〕色譜——質(zhì)譜分析可鑒定甾類和萜類等生物標(biāo)志化合物的種類和數(shù)量,這對(duì)母質(zhì)的來源也有重要意義。

有機(jī)質(zhì)的成熟度是表征其成烴有效性和產(chǎn)物性質(zhì)的重要參數(shù),有效地方法有:鏡質(zhì)反射率〔0〕法,孢粉和干酪根的顏色法、巖石熱解法、可溶有機(jī)質(zhì)的化學(xué)法鏡質(zhì)體反射率法:是溫度和有效加熱時(shí)間的函數(shù)具有不行逆性。

是確定煤化階段的最正確參數(shù)之一。

鏡質(zhì)體反射率的主要類型有最大、最小和隨機(jī)3種。

在煤巖顯微組分中,鏡質(zhì)組最豐富,反射率居中,而殼質(zhì)組反射率最低,惰質(zhì)組最高第三節(jié)油氣地球化學(xué)比照廣義上包括油-油比照,油-巖比照,氣-氣比照,油-氣-巖比照和自然氣成因分類,其中油-巖和氣-巖比照是核心問題。

一、1〕參數(shù)選取的原則油氣比照的根底是:1、性質(zhì)一樣的兩種油氣應(yīng)源于同一母巖;2、母巖排出的石油應(yīng)當(dāng)與母巖中殘留的石油一樣;3、母巖排出的自然氣的成因類型應(yīng)當(dāng)與母巖的性質(zhì)全都。

2〕比照參數(shù)石油比照參數(shù):常用的有微量元素系列和比值;生物標(biāo)志化合物如異戊間二烯烷烴的系列分布,萜類和甾類化合物的分布型式和特征;正構(gòu)和異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等系列化合物的分布型式和比值;各種石油組分的碳?xì)浞€(wěn)定同位素。

自然氣的比照參數(shù):烴氣富集系數(shù),即烴氣非烴氣,甲烷系數(shù),枯燥系數(shù),重?zé)N系數(shù)和濕度。

二、油源比照:+15正構(gòu)烷烴,類異戊二烯烷烴,甾類和萜類化合物,芳香族化合物,碳同位素和族組分等幾大類。

氣源比照:輕重氣態(tài)烴的含量和比值,同位素,非烴含量,凝析油的地球化學(xué)指標(biāo)第六章石油與自然氣運(yùn)移第一節(jié)初次運(yùn)移油氣的初次運(yùn)移:是指油氣在烴源巖中的運(yùn)移以及向暈載層或儲(chǔ)集層中的運(yùn)移。

一、初次運(yùn)移的介質(zhì)條件〔一〕烴源巖的物理性質(zhì)1、烴巖源的壓實(shí)壓實(shí)作用:隨著上覆沉積負(fù)荷的不斷增加,下伏先期沉積物慢慢被壓實(shí)的現(xiàn)象為壓實(shí)作用。

2、烴源巖的孔隙和比外表組成巖石的顆粒越細(xì)則比外表越大,一樣埋深狀況下泥巖的比外表比砂巖大;比外表大意味著巖石與孔隙流體的接觸面增大,給流體運(yùn)移帶來困難3、烴源巖的潤(rùn)濕性與毛細(xì)管壓力潤(rùn)濕性是吸附力氣的一種作用,指液體在外表分子力作用下在固體外表流散的現(xiàn)象。

毛細(xì)管壓力是在兩種不混溶流體的彎曲界面上,由于兩邊流體所承受的壓力不同,在凹面承受較大的流體壓力,毛細(xì)管中的這種壓力差稱為毛細(xì)管壓力,毛細(xì)管壓力總是指向非潤(rùn)濕相。

〔二〕運(yùn)移的理化條件1、溫度條件石油生成的溫度范圍為60—150,通常,石油初次運(yùn)移開頭的溫度和深度一般大于石油大量生成的溫度和深度。

2、壓力條件壓力主要是指孔隙流體壓力,是指作用在巖石或地層孔隙中的流體上的壓力,即地層壓力。

二、初次運(yùn)移的動(dòng)力主要有壓力、構(gòu)造應(yīng)力、分子集中力和浮力壓力包括正常壓實(shí)作用產(chǎn)生的剩余壓力、欠壓實(shí)產(chǎn)生的特殊壓力、滲透作用產(chǎn)生的滲透壓力和烴源巖與運(yùn)載層接觸面產(chǎn)生的毛細(xì)管壓力構(gòu)造應(yīng)力通常是指導(dǎo)致地殼發(fā)生構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的地應(yīng)力,或者是由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的地應(yīng)力。

構(gòu)造應(yīng)力之所以是初次運(yùn)移的動(dòng)力,是由于烴源巖孔隙度和流體壓力的變化,不僅可以由上覆巖石負(fù)荷應(yīng)力所產(chǎn)生,也可以由水平的構(gòu)造應(yīng)力所引起,大多是兩種應(yīng)力疊加的結(jié)果。

分子集中力。

由于濃度差而產(chǎn)生的分子集中。

在初次運(yùn)移中的作用主要有以下兩個(gè)方面。

1〕雖然集中作用在烴類物質(zhì)運(yùn)移方面的效率比較低,但只要有濃度差存在,集中作用就無時(shí)不刻在發(fā)生2〕集中流與滲流在地下孔隙空間中可以相互轉(zhuǎn)換,各顯其能地進(jìn)展初次運(yùn)移。

浮力三、阻力分子間的吸著力毛細(xì)管阻力油氣的浮力四、初次運(yùn)移的相態(tài)及演化初次運(yùn)移的相態(tài)是指:油氣在地下發(fā)生運(yùn)時(shí)的物理相態(tài)。

石油主要有水溶相、連續(xù)油相,氣溶相和集中相。

自然氣主要有:水溶相、油溶相、連續(xù)油相和氣溶相五、初次運(yùn)移的通道包括烴源巖中較大孔隙、構(gòu)造裂縫和斷層,微裂隙、縫合線以及有機(jī)質(zhì)或干酪根網(wǎng)絡(luò)。

六、初次運(yùn)移的根本模式1、正常壓實(shí)模式在未熟-——底熟階段,烴源巖層埋深不大,生成油氣的數(shù)量少,烴源巖孔隙水較多,滲透率相對(duì)較高,局部油氣可以溶解在水中呈水溶狀態(tài),局部可呈分散的游離油氣滴,在壓實(shí)作用下,隨壓實(shí)水流,同過烴源巖孔隙運(yùn)移到儲(chǔ)集層中。

2、特殊壓力模式在成熟——過成熟階段,烴源巖層已被壓實(shí),孔隙水較少,滲透率較低,烴源巖排液不暢,有機(jī)質(zhì)大量生成油氣,孔隙水缺乏以完全溶解全部油氣,大量油氣呈游離狀態(tài)。

3、集中作用由于集中作用是一種分子運(yùn)移行為,因此與體積流相比,效率較低。

七、初次運(yùn)移的其他問題初次運(yùn)移的時(shí)間1、依據(jù)壓實(shí)階段確定:初次運(yùn)移發(fā)生在晚期壓實(shí)階段2、依據(jù)微裂隙形成時(shí)間確定:初次運(yùn)移的時(shí)間就是微裂隙形成的時(shí)間。

3、依據(jù)有機(jī)質(zhì)包裹體確定:有機(jī)包裹體是運(yùn)移期有油氣的原始樣品。

測(cè)定有機(jī)包裹體的形成的溫度,就可確定油氣運(yùn)移的時(shí)間及深度。

初次運(yùn)移的方向取決于油氣初次運(yùn)移的驅(qū)使因素和通道特征。

烴源巖內(nèi)的孔隙壓力差是最重要的驅(qū)使因素。

但實(shí)際運(yùn)移方向常與生、儲(chǔ)組合形式有關(guān)。

初次運(yùn)移的距離烴源巖排烴有效厚度+-30,有砂巖夾層將大大增加排烴厚度。

初次運(yùn)移的效率排烴效率:烴源巖排出烴的質(zhì)量與生成烴的質(zhì)量百分比其次節(jié)二次運(yùn)移油氣二次運(yùn)移是指油氣自源巖中排出并進(jìn)入相鄰運(yùn)載層以后沿儲(chǔ)集層、斷層、裂隙、不整合面等通道的運(yùn)移。

廣義的二次運(yùn)移:油氣脫離母巖后發(fā)生的一切運(yùn)移。

運(yùn)移的條件:1、油氣飽和度到達(dá)確定2、油柱必需大于臨界油柱高度。

一、二次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿?重力、浮力、水動(dòng)力1、浮力在自由水中或自由水面之上任一高度的油氣所受到的浮力,實(shí)際上等于該高度的靜水壓力與靜油壓力之差。

當(dāng)巖層傾斜時(shí),浮力分解成垂直于層面和平行于層面的兩個(gè)分力。

2、水動(dòng)力水動(dòng)力是推動(dòng)地層孔隙水流淌的動(dòng)力。

地層中的水動(dòng)力可以由差異壓實(shí)作用和重力作用而產(chǎn)生,并形成壓實(shí)水動(dòng)力和重力水動(dòng)力。

上傾水流和下傾水流:當(dāng)水動(dòng)力與油氣上浮方向全都時(shí),水動(dòng)力將成為二次運(yùn)移的動(dòng)力〔上傾水流〕;當(dāng)水動(dòng)力與油氣的上浮方向相反時(shí),水動(dòng)力成為二次運(yùn)移的阻力〔下傾水流〕。

水動(dòng)力不僅影響二次運(yùn)移動(dòng)力的大小,而且還影響著油氣運(yùn)移的方向。

靜水條件下,油氣油氣運(yùn)移的方向只取決于重力。

動(dòng)力條件下,水平的等勢(shì)面變?yōu)橄蛩鞣较騼A斜的平面,垂直等勢(shì)面的法線方向就是流淌方向。

3、集中力烴類只要存在濃度差,分子集中就可以發(fā)生。

在水動(dòng)力梯度和微弱的致密地層中,分子集中就成為二次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿头绞?在非常規(guī)的深盆氣、煤層氣、透鏡體中油氣的運(yùn)聚成藏過程中起著重要的作用。

二、二次運(yùn)移的阻力毛細(xì)管阻力三、油氣在二次運(yùn)移中的相態(tài)四、二次運(yùn)移的通道1、連通孔隙2、裂隙〔縫〕3、斷層4、不整合面五、二次運(yùn)移主要模式1、多相滲流模式對(duì)于地下孔隙水中呈連續(xù)烴相的油氣,二次運(yùn)移過程中滲流大多是油、氣、水三相滲流,并簡(jiǎn)化為油-水或氣-水的兩相滲流。

油氣的勢(shì)差是二次運(yùn)移的動(dòng)力源,油氣總是自發(fā)從高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)滲流。

油氣在力場(chǎng)中受到的凈浮力與水動(dòng)力的合力,正是力場(chǎng)強(qiáng)度,它為油氣滲流供應(yīng)了詳細(xì)動(dòng)力和指向。

2、集中模式分子集中的動(dòng)力是烴濃度差、因此烴源巖是烴類集中