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石油地质学2781126

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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1绪论知识点:石油地质学的概念、研究对象及研究内容。石油地质学:又称石油及天然气地质学,是研究地壳中油气藏及其形成原理和分布规律的一门科学。研究对象:油气藏石油与天然气地质学地质学的研究内容:油气藏的基本要素:流体、储盖层、圈闭。油气藏形成的基本原理:生成、运移、聚集。油气藏成藏分析:成藏条件、保存与破坏。含油气盆地与油气分布:油气聚集单元、油气分布规律及控制因素。第一章 油气藏中的流体——石油、天然气和油田水基本概念:石油、石油的灰分、石油的比重、石油的荧光性;天然气、凝析气(凝析油) 、固态气水合物;油田水、油田水矿化度。知识点:石油的元素组成;石油化合物组成及特征;石油的物理性质。天然气的产状;天然气的物理性质。油田水的矿化度及化学组成;油田水的类型。稳定同位素在自然界的分布、比值符号和标准;稳定同位素的计算及意义;油气中碳同位素组成。考核重点:石油化合物组成及特征;天然气的产状;油田水的矿化度及类型。第一节 石油一、石油的概念 石油(又称原油)种存在于地下岩石孔隙介质中的由各种碳氢化合物与杂质组成的,呈液态和稠态的油脂状天然可燃有机矿产。二、石油的组成(一)石油的元素组成:组成石油的化学元素主要是碳、氢、氧、氮、硫。 碳含量 为:84平均 氢含量为:11~14%,平均 13%;两元素在石油中一般占 95~99%,平均为 剩下的硫、氮、氧及微量元素的总含量一般只有 1~4%,其中,氧:一般小于 硫:小于 1%,平均 氮:含硫量小于 1%的为低硫原油,含硫量大于 1%的为高硫原油。常以 为贫氮和高氮石油的界线。石油中还发现微量元素,构成了石油的灰分。在这些微量元素中,最引起石油地质学者重视的是 V、种元素,它们含量高,分布普遍并具有成因意义。近年来,石油灰分中的 V、量及其比值(V/被用来确定生油岩相、油源对比以及研究油气运移等问题。(二)石油的化合物组成在近代实验室中,用液相色谱可将石油划分为烃类化合物:正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳烃和非烃化合物及沥青质。饱和烃,在常温常压下,1~4 个碳原子(4)的烷烃为气态,5~16 个碳原子(16)的烷烃为液态,17 个碳原子以上(的高分子烷烃皆呈固态。石油中已鉴定出的正烷烃有 45,个别报导曾提及见到 烷烃,但大部分正烷烃碳数≤油中多数占 体积),轻质石油可达 30%以上,而重质石油可小于 15%。 其含量主要取决于:生成石油的原始有机质的类型:陆相原油含量多,海相原油含量少;原油的成熟度:可用正烷烃分布曲线来判断原油的成熟度。石油中正构烷烃的来源:现代生物:如细菌、藻类。含脂类的植物或蜡质(主要在高等植物的叶、孢子花粉、果实)。有机质的演变、分解。 2、异构烷烃2石油中的异构烷烃以≤主,且以异戊间二烯烷烃最重要。其特点是在直链上每 4 个碳原子有一个甲基支链。在沉积物和原油中以植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。研究和应用最多的是植烷和姥鲛烷。 来源:有人认为是植物的叶绿素的侧链—植醇或色素演变而来,为生物标志化合物。因此,同源的石油所含异戊间二烯类烷烃类型和含量都十分接近。因此,常用于油源对比标志(指纹化合物),近来也用于沉积环境研究。 3、环烷烃由许多围成环的多个次甲基(成。组成环的碳原子数可以是大于 3 的任何数,相应称为三员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。其含量与成熟度有关:成熟度低→高,由多环→单、双环。一般,单、双环占环烷烃的 三环占环烷烃的 20%;四、五环占环烷烃的25%。原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性,所以没成熟的原油旋光性高。多环环烷烃与四环的甾族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似,被作为有机成因的主要证据之一。 4、芳香烃芳香烃其特征是分子中含有苯环结构,属不饱和烃。根据其结构不同可分为单环、多环、稠环三类芳香烃。单环芳烃是指分子中含有一个苯环的芳香烃,包括苯及其同系物;多环芳烃是指分子中含两个或多个独立苯环的芳香烃;稠环芳香烃是指分子中含两个或多个苯环,彼此之间共用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。在石油的低沸点馏分中,芳香烃含量较少,且多为单环芳香烃,如苯、甲苯和二甲苯。随沸点升高,芳香烃含量亦增多,除单环芳香烃外,出现双环芳香烃,如联苯。在重质馏分中还可能出现稠环芳香烃,如萘和菲,蒽的含量较少。5、非烃化合物主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物,主要集中在石油的高沸点馏分中。 含硫化合物:最重要的非烃化合物,存在于中、重馏分中。主要有硫醇(硫化物(包括硫醚 硫醚)、二硫化物(及噻吩衍生物。此外,还有元素硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等 含氮化合物:主要集中在胶质—沥青质中。石油中含氧化合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯、吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要意义的中性含氮化合物,即卟啉化合物,它是石油有机成因的重要生物标志物。卟啉是以 4 个吡咯环为基本结构,由 4 个次甲基(桥键连接的含氮化合物。在石油中卟啉常与金属钒、镍络合形成有机络合物,它比较稳定,易保存,具有极强的吸光性和荧光性。卟啉本身在高温或氧化条件下易分解,说明石油是在温度不高、还原环境下形成,卟啉还易被粘土吸附,可应用于油气运移研究。含氧化合物:主要有酸性和中性两大类。酸性含氧化合物中有环烷酸、脂肪酸及酚,总称石油酸;中性含氧化合物有醛、酮等,其含量较少。 酸性含氧化合物中环烷酸最多,占酸性物质 90%以上,易与碱金属作用生成环烷酸盐,极易溶于水,因此,油田水中环烷酸可作为一种含油气性直接曛尽 三、海陆相原油的基本区别海相 陆相以芳香—中间型和石蜡—环烷型为主,饱和烃占 25—70%,芳烃占 25—60%。以石蜡型为主,饱和烃占 60—90%,芳烃占 10—20%。含蜡量低 含蜡量高含硫量高 含硫量低V/ V/碳同位素 δ 13C 值1 1 >1 1第四节 稳定碳同位素5同位素:指元素周期表中原子序数相同,原子量不同的元素。稳定同位素:指原子核的结构不会自发的发生改变的同位素。稳定同位素有两个最显著的属性:经过复杂的化学反应之后,原子核结构不发生变化。同位素在两种同位素比值不同的物质之间进行分配。一、稳定同位素在自然界的分布、比值符号和标准同位素比值的测量和对比单位一般是用千分数(‰)表示。式中:为样品的同位素比值; 标准的稳定同位素的比值。各国用各自的标准计算 再换算成 准。标准之间的换算公式:式中:δ 13求取对 B 标准的 δ 值;δ 13测得对 A 标准的 δ 值; A、B 标准的 13C/12C 比值。二、油气中碳同位素的组成特征 1、原油 δ 13C 一般为平均值为①海相原油 δ 13C 值较高,为 陆相原油 δ13C 值偏低,为②随组分分子量的增大,急剧增大 烷烃1 为海相环境,而且,V/年代越老,比值越小,可能由于 V 较 稳定。 啉、、意义油源对比包括油—岩、油—油、气—气、油—气岩的对比,实际上地化对比的核心问题就是油—岩和气—岩的对比以及天然气的成因分类。其主要意义是:查明盆地内含油层与生油层的关系,确定生储盖组合的产能及分布特征;了解油气运移的方向和途径。第三章 储集层和盖层基本概念:储集层、绝对(总)孔隙度、有效孔隙度、绝对渗透率、有效(相)渗透率、相对渗透11率、孔隙结构、流体饱和度、砂岩体、盖层、排替压力。 知识点:储集层的物性参数——孔隙度、渗透率和孔隙结构。碎屑岩储集层的孔隙类型;影响碎屑岩储集层储油物性的因素;碎屑岩储集体类型及分布。碳酸盐岩储集层的孔隙类型;碳酸盐岩储集层的类型、其影响储油物性的因素及分布规律。其它类型储集层。盖层的类型、封闭机理及评价方法。考核重点:碎屑岩储集层的孔隙类型及影响碎屑岩储集层储油物性的因素;碎屑岩储集体类型及分布。碳酸盐岩储集层的孔隙类型;碳酸盐岩储集层的类型及影响碳酸盐岩储集层储油物性的因素。盖层的封闭机理及评价方法。储集层和盖层是形成油气藏的必要条件。石油、天然气和油田水都是储存在岩石孔隙中的。凡具有一定的连通孔隙,能使液体储存,并在其中渗滤的岩层,称为储集层。储集层中储集了油气称含油气层。投入开采后称产层。盖层是位于储集层的上方,能够阻止油气向上逸散的岩层。 第一节 储集层的物性参数储集层的基本特征是具孔隙性和渗透性,其孔隙渗透性的好坏、分布规律是控制地下油气分布状况、油气储量及产量的主要因素。一、储集层的孔隙性(一)绝对孔隙度:岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样总体积的比值。是衡量岩石孔隙的发育程度。 p/00%按岩石孔隙大小,有超毛细管孔隙、毛细管孔隙和微毛细管孔隙三类。径>应裂缝宽度>体在重力作用下自由流动。径 缝宽度 于毛细管力的作用,液体不能自由流动。3. 微毛细管孔隙:直径2 时,中细粒砂岩,孔隙度随 大而缓慢下降;粗粒和极细粒砂岩,加时,孔隙度基本不变。 立方体排列:堆积最松,孔隙度最大,渗透率最高;斜方体排列:孔隙直径较小,渗透率低。磨圆度增高,储集物性变好。 (3)杂基含量对原生孔隙的影响杂基:指颗粒直径小于 非化学沉淀颗粒。代表沉积环境能量,在沉积作用的影响因素中最重要的因素是杂基含量。杂基含量高,一般代表分选差,平均粒径也较小,喉道小,多为杂基支撑,孔隙结构差,其孔隙、渗透性也差。2、成岩后生作用对砂岩储层物性的影响压实作用:包括早期的机械压实和晚期的化学压溶作用。压实作用结果使原生孔隙度降低。胶结作用:胶结物的含量、成份、类型对储集性有影响。含量高,粒间孔隙被充填,减少原生孔隙,连通性变差,物性变差。泥质、钙性较好;纯钙质、硅质或铁质胶结的岩石致密,物性差。胶结类型由接触式→接触→孔隙式→孔隙→基底式→基底式物性逐渐变差。溶解作用:粗粒、孔隙水多或含有有机酸的砂岩,能溶解孔喉中的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐,改善储层物性。交代作用和重结晶作用:物性的改变要视被交代物和重结晶结果而定。三、碎屑岩储集层的形成环境及分布砂岩体是指在一定的地质时期,某一沉积环境下形成的,具有一定形态、岩性和分布特征,并以砂质为主的沉积岩体。1、冲积扇砂砾岩体在干旱、半干旱气候区,山地河流进入平原,在山的出口堆积而形成的扇形砂砾沉积体。岩性为砾、砂和泥质组成的混杂堆积,粒度粗,分选差,成份复杂,圆度不好。物性特征:孔隙结构中等,各亚相带的岩性特征有差别,因此其渗透性和储油潜能也有变化。其中以扇中的辫状河道砂砾岩体物性较好,若邻近油源,可形成油气藏。2、河流砂岩体岩性由砾、砂、粉砂和粘土组成,以砂质为主,成分复杂,分选差括:边滩砂岩体(属称点砂坝):发育于河流中、下游弯曲河道内侧(凸岸),为透镜状,由下到上,粒度由粗到细的正粒序。中部储油物性较好,向上、向两侧逐渐变差。河床砂砾岩体(属称心滩):沿河道底部沉积。平面呈狭长不规则条带状,走向一般与海岸线垂直或斜交;剖面上呈透镜状,顶平底凸。物性一般中部好,向顶、向两侧变差。渗透率变化较大。3、三角洲砂岩体三角洲是河流入湖或入海口流速降低而形成的扇形沉积体,以砂岩为主,岩性偏细。可分三个亚相带,各亚相带主要的砂体有:三角洲平原:分流河道砂岩体,以粉砂岩、砂岩为主,偏细。三角洲前缘:水下分流河道;河口砂坝:细、粉砂,分选好;远砂坝:粉砂、细砂和少量粘土。前三角洲:席状砂:砂质纯,分选好。14以前缘带的砂坝砂岩体和前三角洲的席状砂岩体,分选好,粒度适中,为三角洲储集层最发育的相带。4、湖泊砂岩体平行湖岸成环带状分布滨湖相、浅湖相、深湖相,砂体集中于滨湖区和浅湖区,这两区颗粒受波浪的淘洗,粒度适中,分选、磨圆好,胶结物多为泥质,浅湖区为泥质和钙质混合,相对来讲,浅湖区砂体物性优于滨湖区。湖泊砂岩体为我国多数油田的储集层类型。5、滨海砂岩体滨海区由于波浪、沿岸流、潮汐、风的作用,破坏附近的三角洲可形成沿岸线呈带状、串珠状分布的砂坝;由于海水的频繁进退可形成超覆与退覆砂岩体。超覆和退覆砂岩体:由于海进海退的频繁交替形成。海进砂岩体:下覆三角洲平原或其它海岸沉积物,不利生油。海退砂岩体:下伏海相页岩,是很好的生油岩,滨海砂洲:平行海岸线分布。平面上呈狭长带状,形成较好的生储组合。剖面上呈底平顶拱的透镜状,由下到上粒度变粗。向上物性变好,向海一侧砂岩与页岩分界明显,渗透性好;向陆一侧砂岩渐变为页岩和粘土,富含泥质,渗透性变差。走向谷砂岩体:在海进过程中的海岸上,沿单面山古地形陡崖或断层陡阶走向分布的滨海砂岩体,岩性以中、细砂为主,分选磨圆好,松散,物性好。6、浊流砂岩体浊流携带大量的泥砂在大陆斜坡到深海平原形成的扇形堆积体。由根部到前缘,由下部到上部,沉积物由粗变细,分选由差变好,前方和上部是分选较好的砂质沉积,可构成良好的储集层,浊积砂岩体发育在深水泥岩之中,有丰富的油源,构成了油气藏面积不大,但油层厚,储量大。7、风成砂岩体在大陆沙漠区、河岸附近,可形成风成砂丘。由成份纯、圆度好、分选佳、胶结弱的砂粒组成,无泥质夹层,厚度大,孔隙渗透性好,最有利的碎屑岩储集体。在陆相沉积中,湖成(海岸)砂岩体往往同河床、三角洲、冲积扇、风成砂体混在一起,不同时期,不同成因的砂岩体有时连成一片,形成一个历时层状砂岩体。第三节 碳酸盐岩储集层现在,从碳酸盐岩储集层中发现的油气储量已接近世界油气储量的一半,产量则已达总产量的 60%以上。碳酸盐岩储集层的类型很多,岩性以粒屑灰岩、生物骨架灰岩和白云岩为主。一、碳酸盐岩储集层的孔隙类型(一)原生孔隙1、粒间孔隙:多存在于粒屑灰岩,特征与砂岩的相似,不同之处是,易受成岩后生作用的改变,常具有较高的孔隙度。另外,有的由较大的生物壳体、碎片或其它颗粒遮蔽之下形成的孔隙,称遮蔽孔隙,也属粒间孔隙。2、粒内孔隙:是颗粒内部的孔隙,沉积前颗粒在生长过程中形成的,有两种:生物体腔孔隙:生物死亡之后生物体内的软体腐烂分解,体腔内未被灰泥充填或部分充填而保留下来的空间。多存在于生物灰岩,孔隙度很高,但必须有粒间或其它孔隙使它相通才有效。鲕内孔隙:原始鲕的核心为气泡而形成。3、生物骨架孔隙 4、生物钻空孔隙 5、鸟眼孔隙(二)次生孔隙1、晶间孔隙 2、角砾孔隙 3、溶蚀孔隙 4、裂缝 3、溶蚀孔隙,根据成因和大小,包括以下几种:粒内溶孔或溶模孔:由于选择性溶解作用而部分被溶解掉所形成的孔隙,称粒内溶孔。整个颗粒被溶掉而保留原颗粒形态的孔隙称溶模孔。粒间溶孔:胶结物或杂基被溶解而形成。15晶间溶孔:碳酸盐晶体间的物质选择性溶解而形成。岩溶溶孔洞:上述溶蚀进一步扩大或与不整合面淋滤溶解有关的岩溶带所形成的较大或大规模溶洞。孔径5 1溶洞。4、裂缝,依成因可分为:①构造裂缝:边缘平直,延伸远,成组出现,具有明显的方向性、穿层。②非构造裂缝:包括:成岩裂缝:压实、失水收缩、重结晶而形成。不穿层,平行层面,裂缝面弯曲,形状不规则,延伸短。风化裂缝:地表水淋滤和地下水渗滤溶蚀改造形成。大小不均,形态奇特,边缘具明显的氧化晕圈。压溶裂缝:压溶作用,选择性溶解而形成的头盖骨接缝似的缝合线。在实际工作中,常把裂缝性碳酸盐岩储层的孔隙空间系统分为:裂缝孔隙系统:油气渗流通道,是成为高产井的重要条件之一。基块孔隙系统:是油气的主要储集空间,也是获得稳产的关键。二、碳酸盐岩储集层的类型根据碳酸盐岩储集层储集空间的类型来划分,可将储集层类型分为:1. 孔隙型储集层(包括孔隙岩性:主要为颗粒石灰岩:鲕粒、碎屑、生物碎屑、粒晶灰岩及白云岩等。储集空间:原生和次生的粒间、粒内、晶间孔隙发育;裂缝次之。2. 溶蚀型储集层:储集空间:以溶蚀孔隙、洞,连成一个洞穴系统。分布:不整合面及大断裂带附近。特别是古风化壳、古岩溶带。3. 裂缝型储集层:岩性:主要为白云岩、白云岩化灰岩。储集空间:裂缝为主,尤其纵横交错构成的裂缝网。其特征是:岩性测定其物性极低,与油气实际产能不适应。4. 复合型储集层:储集空间:孔、洞、缝同时或出现两种。有利于形成储量大、产量高的大型油气田。三、影响碳酸盐岩储集层的因素由于碳酸盐岩储集层储集空间多样,尤其是次生改造作用,使得其物性的影响因素及分布规律较为复杂,要视不同的储集层类型而不同。1、孔隙型储集层发育的影响因素 孔隙型储集层储集空间多以原生粒间响其发育的因素取决于原来岩石的沉积特征(沉积环境),即类似于碎屑岩储集层,其孔隙度、渗透率大小与粒度、分选、磨圆、杂基含量以及造礁生物发育程度。分布:孔隙型储集层其物性受沉积环境的控制,因此,在高能环境或有利生物礁形成的环境,能形成好的粒 间此类储集层分布的主要相带。平面上主要分布在台地前缘斜坡相、浅滩相、盆地边缘生物礁相、潮坪相;剖面上储集层处于两次海进之间的海退层序,其下海进的细粒碳酸盐岩作为生油层,其上海进的细粒碳酸盐岩作为生油层和盖层。2、溶蚀型储集层发育的影响因素碳酸盐岩溶解度:其它条件相同时,成分越纯正,易溶,溶解度从大到小是石灰岩>白云岩>泥灰岩(即与 Ca/成正比);从结构构造来看,粗晶、厚层石灰岩比细晶、薄层灰岩易溶。地下水的溶蚀能力:取决于地下水的 、含量、2度、压力。水中含 呈酸性,下降,碳酸盐岩溶解度增大。水中 云岩溶解度增加,而方解石的溶解度下降,所以富含 云岩中的溶孔比石灰岩更为发育。温度、压力的影响是:开放体系中,温度升高导致 力降低,增加,使碳酸盐岩的溶解度降低,不利于溶蚀孔隙的形成;封闭体系中,溶解度随温度增加而增加(不是自然条件)。分布:主要分布在厚层、质纯、粗结构的碳酸盐岩层段,特别是白云岩。发育于富含 地下水活动地带,主要在古风化壳带,岩石遭受风化剥蚀,孔隙发育,地下水沿裂缝渗流地下,形成岩溶带。分三带:垂直渗流带:水流特点以向下淋滤作用为主,流速快,溶蚀作用不太充分;溶孔以垂直孔缝为主,储集层分带性不明显,有时有地表渗入的沉积物所充填。地下水水位季节变化带:水流特点为水平16与垂直流动的周期性交替。孔缝具有水平及垂直方向均发育,形成孔、洞均好的储层。厚度据地下渗流条件和岩溶作用不同而不同。潜流带:水流为水平方向,上述两带补充 流缓慢与岩石作用时间长。发育良好的水平方向溶蚀孔洞,储层分带性明显。厚度与易溶岩层厚度有关。 3、裂缝型储集层发育的影响因素(1)岩性控制因素:成份较纯,脆性大,裂缝发育,泥质含量高,裂缝不发育。结构构造上,质纯粒粗、结晶粗的裂缝发育,薄层裂缝密度较大,但规模较小,易产生层间缝和层间脱空;厚层裂缝密度小,但规模较大,以立缝和高角度斜缝为主。(2)构造的控制作用:在构造强烈部位构造裂缝发育。长期持续上升的区域,局部构造高点、长轴、倾没端、断层及断裂带附近裂缝育。(3)地下水的控制作用:地下水活跃的地区,构造裂缝溶解,扩大裂缝的作用。分布:在质纯、脆性大,构造强烈的部位,以及地下水活跃的地区。 四、碳酸盐岩与碎屑岩储层的区别碳酸盐岩与碎屑岩相比,由于其化学性质不稳定,容易遭受剧烈的次生变化,通常经受更为复杂的沉积环境及沉积后的变化。有以下几点区别:状变化很大,其原始孔隙度很大而最终孔隙度却较低。因易产生次生变化所决定。粒间孔等原生孔隙为主的碳酸盐岩储层其空间分布受岩石结构控制,而以次生孔隙为主的碳酸盐岩储层其储集空间分布与岩石结构特征无关系或关系不密切。后生作用复杂。构成孔、洞、缝复合的孔隙空间系统。隙大小主要影响孔隙容积。总之,碳酸盐岩储层的主要特点:储集空间发育具不均一性或突变性,也称各向异性。第四节 其它类型储集层火山岩储集层:包括火山喷发岩和火山碎屑岩。主要储集空间为构造裂缝或受溶解的构造裂缝,因此,在构造裂缝发育的小型断陷盆地边缘与隆起过度带,有火山岩储层。它往往发育于生油层之中或邻近的火山岩,对含油有利。结晶岩储集层:包括各种变质岩,储集空间主要为风化孔、缝及构造缝。多发育在不整合带、盆地边缘斜坡及盆地古突起,以此为储集层的油气藏属称基岩油气藏。泥质岩储集层:储集空间主要为构造裂缝或泥岩中含有易溶成分石膏、盐岩等,经地下水溶蚀形成溶孔、溶洞等。第五节 盖层一、概念盖层:指在储集层的上方,能够阻止油气向上逸散的岩层。常见的盖层有:石膏和盐岩占 33%,泥岩、页岩占 65%,致密灰岩占 2%。二、盖层的封闭机制盖层较致密,岩石孔径小,渗透性差;无或少开启裂缝,即使产生裂缝,由于其可朔性较好,也容易弥合成为闭合裂缝;盖层具较高的排替压力;异常压力带也能阻止油气向上逸散而成为盖层。三、盖层的性质 盖层有两大类:区域盖层与局部盖层。前者覆盖了油气运移路径,后者限定了油气聚集。盖层可以是任何性, 唯一的条件是组成盖层的岩性界面的最小排替压力要大于下伏油气聚集油柱的浮压。 17对盖层的分析首先应当确定生烃、排烃的时间 和位置。只有那些在成熟生油岩之上,分布范围又大,且有储盖组合的盖层才对特定含油气系统具有重要意义。只要集中注意那些控制成因上相关的油气运移与聚集的不渗透面即可。 (一)盖层的微观性质——封闭能力盖层在特定时刻的封闭性能从根本上说取决于从孔隙或裂隙中排出同生水所需的最小压力(同生水排出即为渗漏),相邻油气要通过此封闭层,它的浮压必须要达到这一进入毛细管的最小压力。封盖岩毛细管力的作用是将油气限制在圈闭之内。确切地说是油滴要通过封盖层小孔隙时两种岩层之间的毛细管阻力差阻止油气的通过。两种岩层的毛细管阻力差: P c = 2r( 1/ ,静油柱的浮力是:  w - o)g 。如果油柱的浮压超过盖层的油水排替压力,则油气就穿过盖层。当然,向下的水动力流将使进入压力增加,而 向上的水动力流使盖层的有效进入压力减小。 自岩石标本的“微观数据”推广到整个宏大的封闭面,其用处十分有限。只有当封闭面是均匀的而且是非常细粒的岩性时,例如粘土岩或蒸发盐岩,随机取得的岩芯样品才会有实测的极高值,但如果致密岩有裂隙或破碎,则测得的数据完全无效。当封闭面是横向上连续的均匀细粒岩石时,毛细排替压力的实验室测量才能提供有用的数据,这些数据可以用来估计封闭层可以经受的最大油柱浮力。(二)常有效封闭层的岩性为蒸发盐岩、细粒碎屑岩及富含有机物的岩石,它们通常占整个盆地充填物的很大部分。岩性是决定封闭层的最重要的因素。 岩性有关:碳酸盐岩及泥岩虽然排替压力很高,但它们形变时比盐层、石膏层、粘土页岩及富含有机质的岩石更易产生裂隙。 与温度、压力、埋深有关:如蒸发盐岩上面的覆盖层超过几千米,则它是非常韧性的封闭层,但在浅部却脆。细粒且韧性的岩石,是很好的封闭岩。富含有机质的岩石含有干酪根层,可以变形,褶皱时表现为塑性形变。松软的干酪根层在形变时的流动性,使残余孔隙的排替压力变得非常之高。论上说,很厚的页岩就可以封闭很高的油柱。例如,粒度为 10粘土页岩,其毛细管进入压力为 600论上可以阻止 915m 高的油柱。但几厘米厚的岩石不可能在有一定规模的圈闭范围内维持不破、不裂、不被淋溶。厚封闭层的好处是它可能含有许多互相邻接的小封闭层,从而保证了在整个含油区的整体连续性。厚封闭层是重要的,但其厚度并不直接影响它所保持的油柱高度。 若圈闭是由储层的断层位移所造成,则顶部封闭层的厚度十分重要。这时,顶部封闭层可位移成侧向封闭层,其厚度将与其所封闭的油柱高度直接相关。有封闭性能的地质单元,还要研究它在整个地质单元分布区内是否均匀。中等程度的岩性变化可能在其毛细性质上有极大的不同,利用电测物性及岩性柱状图来认定可能的封闭层在整个成油体系范围内是否均匀,是一个很好的起点。 (三)区域性封闭层区域性封闭层的特点是分布广、厚度大、横向均匀、韧性高。控制了成因上相关的油气的区域分布。封闭层的特性与岩性有关: I 类最优质盖层:类最优质盖层:铝土质泥岩、砂质泥岩及含泥粉砂岩,盖层物性以低渗透率、高突破压力及低扩散系数为特点。 ⅡⅡ 类盖层:类盖层:沉积凝灰岩,孔隙度、扩散系数中等。粉砂质泥岩和泥岩其封盖能力处于 I 类和Ⅱ类之间。 ⅢⅢ 类盖层:类盖层:含鲕泥岩,扩散系数虽小,但其突破压力较小,渗透率较大。第四章 圈闭和油气藏基本概念:油气圈闭、油气藏、构造圈闭(油气藏) 、背斜圈闭(油气藏) 、断层圈闭(油气藏) 、裂缝性背斜圈闭、刺穿圈闭、地层圈闭(油气藏) 、不整合圈闭(油气藏) 、岩性圈闭(油气藏) 、水动力油气藏、闭合面积、闭合高度、油气藏高度、流体势。18知识点:圈闭和油气藏的分类、度量;构造圈闭和油气藏的类型:背斜、断层、裂缝性背斜、刺穿圈闭和油气藏特征及类型;地层圈闭和油气藏的概念和类型:地层超覆、地层不整合、礁型圈闭和油气藏特征及类型;岩性圈闭和油气藏概念和类型;水动力圈闭和油气藏的形成机制,水动力圈闭和油气藏类型;复合型圈闭和油气藏。考核重点:圈闭和油气藏的分类;构造圈闭和油气藏的类型:背斜、断层圈闭和油气藏特征及类型;地层圈闭和油气藏的类型:地层不整合圈闭和油气藏特征及类型;岩性圈闭和油气藏类型;水动力圈闭和油气藏的形成机制。第一节 圈闭和油气藏的概述一、概念及分类圈闭:是储集层中能聚集并保存油气的场所。它的两个基本要素是储集层和封闭条件。油气圈闭:油、气、水流体,在其力场强度的作用下,油气将由高势区流向各自的低势区,这种储集层中被高油或气 势面、非渗透性遮挡单独或联合封闭而形成的油或气的低势区,称为油气圈闭。油气藏:是相当数量的油气在单一圈闭中的聚集,在一个油气藏内具有统一的压力系统和统一的油、气、水界面,是地壳中最基本的油气聚集单元。 任一圈闭的基本要素是储集层和封闭条件,封闭条件对圈闭形成和类型起着决定性作用。其中以储集层上方和上倾方向的非渗透性封闭最为重要,在形成圈闭的诸因素中起主导作用,是决定圈闭性质和类型的主要因素。圈闭的分类就是以起主导作用的封闭因素为基础,结合储集层的特点而制定的。可将圈闭分为:构造、地层、水动力和复合圈闭四大类。各大类可根据储集层上倾方向的具体封闭因素,结合储层特征,进一步划分出若干亚类。大 类 构造圈闭岩性圈闭 地层圈闭 水动力圈闭 复合圈闭1.背斜圈闭 1.透镜体型 1.地层超覆圈闭 1.构造鼻和阶地型水动力圈闭 1.构造层圈闭 2.上倾尖灭型 2.不整合圈闭 2.单斜型水动力圈闭 2.水动力缝性背斜圈闭3.礁型圈闭 3.古潜山圈闭 3.纯水动力圈闭 3.地层穿圈闭 4.沥青封闭圈闭 4.构造闭的度量圈闭的大小,主要是由圈闭的有效容积确定的。它表示能容纳油气的最大体积,是评价圈闭的重要参数之一。一个圈闭的有效容积,取决于闭合面积、闭合高、储集层的有效厚度和有效孔隙度等参数。溢出点:是指圈闭容纳油气的最大限度的点位。若低于该点高度,油气就溢向储集层的上倾方向。闭合点:从另一角度来描述溢出点的特征,意即闭合的最低点,低于该点位置,圈闭就不存在了(不闭合),或超出圈闭的范围。闭合度:是指圈闭顶点到溢出点的等势面垂直的最大高度。闭合面积:在静水条件下是通过溢出点的构造等高线所圈定的封闭区的面积,或者更确切地说,是通过溢出点的水平面与储集层顶面及其他封闭面(如断层面、不整合面、尖灭带等)所交切构成的封闭区(面积)。在动水条件下,是通过溢出点的油气等势面与储集层顶面非渗透性盖层联合封闭的闭合油气低势区。 有效孔隙度:根据实验室、测井资料的统计分析求得。储集层有效厚度:按照有效储集层的孔隙度、渗透率分级的标准,扣除储集层中非渗透性夹层而剩余的厚度。19三、油气藏的度量1、油气藏内油、气、水的分布在垂向上,由于流体比重的差异,重力分异结果使油、气、水的分布呈现:气在上,油居中,水在下的分布特征,它们之间的分界面为油水条件下,这些分界面近于水平,而动水条件下,这些分界面发生倾斜,倾斜程度取决于水动力的强弱。由于储集层中的多孔介质系统有许许多多毛细管及微毛细管孔道存在,毛细管压力的作用使天然储油中的流体按比重分异是不完整和不明显的,油是一个过渡带,过渡带的宽窄取决于储集层毛细管压力曲线的斜率,斜率越大,过渡带越宽。储层物性的不均,也会造成油气不规则的分布特征。平面上,大多数构造油气藏和某些岩性油气藏都具有环带状分布特征,即气居高点部位,油环绕气分布于构造高部位,水在油外分布于构造翼部。 根据油气藏油、气、水的分布特征,可以确定油气藏的各个度量参数。2、油气藏的度量参数对于油气藏来讲,其大小通常是用储量来表示的,主要用到以下几个参数和术语。油气藏高度:是指油气藏顶到油气水界面的最大高差。油气柱高度:是指油气的最高点到最低点的海拨高度。对于油水界面呈水平状态的油气藏(图中②)来说,两者是相同的,但在油水界面发生倾斜或变曲时(图中①),两者不相同。油气高度是计算储量的重要参数,而油气柱高度则更多地反应盖层的封闭能力及水动力的条件。 含油边界和含油面积:油(气)水界面与储集层顶、底面的交线称为含油边界。其中与顶面的交线称为外含油(气)边界,与底面的交界称为内含油(气)边界。若储集层厚且油水界面较高,与其底面不相交时,只有外含油边界。由相应含油边界所圈定的面积分别称为内含油面积和外含油面积。气顶和油环:前述油气藏中油、气、水具有气居顶、油居中,水在下的分布特征,气居顶称为气顶。油在气水之间,平面上是环带状分布,称油环。这种情况下,气柱高度等于油气藏顶到油气界面的垂直距离,油环高度等于油气藏高度减去气柱高度。第二节 构造圈闭和油气藏由于地壳运动使储集层顶面发生了变形或变位而形成的圈闭,称为构造圈闭,在其中聚集了烃类之后就称为构造油气藏。根据其变形或变位及储层的变化特点可分为:背斜圈闭和油气藏、断层圈闭和油气藏、裂缝性背斜圈闭和油气藏、刺穿圈闭和油气藏一、背斜圈闭和油气藏1、概念:背斜油气藏:由于储集层发生褶皱变形,其上部又为非渗透性岩层所覆盖遮挡,底面或下倾方向被高油气势面或非渗透性岩层联合封闭而形成的圈闭即为背斜圈闭,聚集油气后,成为背斜油气藏。背斜圈闭形态是多种多样的,从穹窿状一直到狭长高背斜;闭合面积大小不一;有的是完整的,有的被断层复杂化。2、背斜油气藏的油气分布特征:(1)油气局限于闭合区内; (2)背斜油气藏中的储油层呈层状展布,尽管绝大多数油层的储集性纵、横向存在较大的变化,但应是相互连通的。(3)相互连通的多油层构成统一的块状储集体,常形成巨大油气藏。3、背斜油气藏的成因分类:(1)褶皱作用形成的背斜圈闭和油气藏:主要在侧压力挤压作用下而形成。这类背斜多见于褶皱区,背斜轴向一般与区域构造线平行;两翼倾角较大,不对称,靠近褶皱山一侧较另一侧缓;闭合高度较大,且伴生有断层。 从区域上看这种背斜分布在褶皱区的山前坳陷及山间坳陷,常成排成带出现。(2)与基底活动有关的背斜圈闭和油气藏:在地台区由于基底断块上升,使上覆地层隆起而形成同生背斜构造。其特点是:直接覆于基底之上的地层弯曲较显著,有时还可遇到受基底断裂控制的继承性断裂,向上地层弯曲渐趋平缓,而后逐渐消失;两翼地层倾角缓,闭合度小,闭合面积大,此类背斜常成带分布,组成长垣或大隆起。(3)与同生断层有关的逆牵引背斜圈闭和油气藏:滚动背斜的成因解释有两种,一种是认为同生断层下降盘靠近断层面的岩层因重力下跌使地层下垂弯曲而形成,另一种是认为同生断层下降盘尤其靠近断20面处岩层厚度较大,促使地层在断面附近向着断层面“回倾”而形成。这种背斜圈闭的特点,都位于同生断层的下降盘,多为小型宽缓不对称的短轴背斜,靠近断层一翼陡,远离断层一翼缓,轴线与断层线近于平行,常沿断层成串分布。背斜高点距断层较近,一般为 里;且高点向深部逐渐偏移,偏移轨迹大体上与断层面平行。背斜的形态、宽度等均受同生断层的控制。断层面弯曲度越大,背斜形态线越趋穹窿状,倾角越缓。(4)与塑性流动物质有关的背斜圈闭和油气藏:由于地下塑性地层受不均衡压力作用,向着压力降低的上方流动,使上覆地层弯曲形成的背斜圈闭。地下塑性地层常见的有盐岩和泥岩类,其中尤以盐岩占主要。(5)与剥蚀作用及压实作用有关的差异压实背斜和油气藏:在古侵蚀面上常存在各种地形突起,它可以是结晶的基岩,致密坚硬的沉积岩或生物礁块等。当接受新的沉积时,在突起部分的上覆沉积物较薄,而周围的沉积物则较厚,由于突起和其周围沉积物厚度的不同,负荷悬殊,在成岩过程中,差异压实的结果在突起的部位形成了背斜构造,这种背斜通常称为披盖背斜,它反映了下伏古地形突起的分布范围和形状,但其闭合度则比古地形突起的高度小,并向上递减直至消失;在成因上很难与基底隆起有关的背斜区分开。二、断层圈闭和油气藏1、概念:断层圈闭是指沿储集层上倾方向受断层遮挡所形成的圈闭,聚集油气后即成为断层油气藏。这种类型的圈闭分布很广,在各含油气盆地中广泛分布,尤其我国东部断陷式含油气盆地中更是为数众多。断层圈闭的闭合面积是通过溢出点的储层顶面构造等高线和上倾方向断层线构成。2、断层油气藏的基本特征:断层油气藏的基本特征主要是沿断层附近储集层因岩层被挤压破裂而渗透性变好;断层的发育使油气藏复杂化,构造断裂带内的油气藏被断层切割为许多断块,分隔性强,各断块内含油层位、含油高度、含油面积很不一致;油气常富集在断层靠油源一侧。3、断层在油气藏形成中的作用:断层在地质历史发展过程中的不同时期或者同一断层在不同的位置,常起着封闭或通道两种截然相反的作用。对油气藏的形成至关重要。(1)封闭作用:封闭作用是指由于断层的存在,使油气在纵、横向上都被密封而不致逸散,其结果是形成油气藏。断层是否起封闭作用取决于断层本是否封闭和断层两盘岩性的接触关系。断层本身的封闭性决定于断层带的紧密程度,它与断层的性质、断层角砾岩和断层泥是否存在以及断层带中流体的情况有关。断层横向上是否封闭则取决于断距的大小及断层两盘岩性的接触关系。若断层使储层上倾方向完全与非渗透性岩层相接,则为完全封闭;上倾方向的上方部分与非渗透层相接,则为部分封闭,与渗透层相接,则为不封闭。(2)通道作用:断层另一种作用是破坏原生油气藏,成为油气运移的通道。其结果是油气运移至浅处,若遇圈闭可形成次生油气藏;若无遮挡油气逸散至地面而散失。4、断层圈闭和油气藏的类型:断层圈闭的形成条件是断层必须是起封闭作用的,那么在平面上必须是断层线与储集层的构造等高线构成闭合的状态才能形成圈闭。那么根据断层与储集层的平面组合关系,可将断层圈闭分为以下四种基本类型:弯曲或交错断层与单斜构造结合组成的圈闭和油气藏,三个或更多断层与单斜或弯曲岩层结合形成的断层或断块圈闭和油气藏,单一断层与褶曲(背斜的一部分)结合形成的断层圈闭和油气藏,逆和逆掩断层与背斜的一部分结合形成的逆(
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