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石油地质学第6章

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石油 地质学
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第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 ■ 主要内容 油气藏形成的基本条件 油气聚集 天然气藏形成机理 油气藏的破坏及其产物 油气藏形成时间的确定 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 ■第一节 油气藏形成的基本条件 一 、 油气成藏要素 一个含油气盆地内能否形成油气藏,必须具备六个方面的基本条件,即六大成藏要素: 生油层 —油气藏形成的物质基础 储集层 —油气的储集空间和运移通道 盖 层 —封闭油气,油气藏的保护层 运 移 —油气从分散到集中的聚集过程 圈 闭 —油气聚集的场所 保 存 —油气藏免遭破坏,得以保存 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 一 、 油气成藏要素 上述六大要素可归纳为四个基本条件: 具有 充足 的烃源条件; 具备 有利 的生储盖组合; 具备 有效 的圈闭; 必要的 保存条件 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 二 、 油气藏形成的基本条件 1、 充足的烃源条件 “充足 ” : 烃源岩提供的油气能满足形成商业性油气聚集的需要。 衡量烃源丰富程度的标志 : 盆地内生油凹陷面积大 凹陷持续时间长 决定因素 烃源岩的总体积 有机质的丰度和母质类型 有机质的成熟度 烃源岩排油能力 生烃凹陷面积大、持续发育时间长的 大中型盆地 或面积虽较小,但沉积速率特高 烃源岩总厚度大 的盆地 , 油源丰富 。 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 二、油气藏形成的基本条件 中国主要含油气盆地生烃强度分类标准 含油气性分 类 最大生烃强度( 106t / 平均生烃强度( 106t / 形成油气田规模 I > 10 2 大型、中型油气田 5 ~ 10 1 ~ 2 中型、小型油气田 1 ~ 5 0. 5 ~ 1 小型油气田 < 1 < 非工业性油气藏 ( 2)盆地烃源丰富程度与油气藏形成规模 生烃强度 ——烃源岩单位面积生烃量。 1、充足的烃源条件 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 二 、 油气藏形成的基本条件 1、充足的烃源条件 说明:油气藏呈环带状分布,内环为气藏,外环为凝析油气藏或油藏 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 渤海湾盆地的东营凹陷面积只有 5700、储油条件极好,目前已发现石油地质储量超过 20× 108吨,丰富程度可与洛杉矶盆地相媲美。 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 2、 有利的生储盖组合  生储盖组合: 剖面上生油层 、 储集层和盖层同时存在并紧密联系在一起的一套地层称一个生储盖组合 。  有利的生储盖组合: 指生油层中生成的油气能及时运移到储集层中并保存下来的生储盖组合 。 要求: 1. 生油层与储集层接触面积 、 接触关系 接触面积大 → 有利于油气及时排出 接触关系 : 连续的生储盖组合 :互层状 ( 大庆 ) 不连续的生储盖组合 ( 不整合面 —通道 , 封隔遮挡 ) 2. 储层的孔隙连通性好 3. 盖层的排驱压力大(封隔性好) ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成  生储盖组合类型 2、有利的生储盖组合  生储盖组合类型 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 生储盖组合分类及模式图 (据潘钟祥, 1986) ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成  生储盖组合的评价标志  生 、 储油层的接触关系  生 、 储油层间的连通情况和输导能力大小  总厚度和生油层的单层厚度  剖面中砂岩百分率或砂岩分布区与油源区关系 2、有利的生储盖组合 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成  生储盖组合的评价 评价 最好 较好 较差 组合形式 互层式 指状交叉式 不整合型 上覆式 下伏式 侧变式 断层式 大透镜体 储集体较小的 透镜体 距离远的侧变式 总厚度 及 烃源岩单层 厚度 总厚度大 单层厚度 30右 总厚度较大 单层厚度 50烃源岩总厚度小 单层厚度大 砂岩百分率20带与油源区关系 分布在油源区内或紧靠油源区 分布在油源区附近或 不太远 分布在油源区以外 较远地带 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 2、有利的生储盖组合 生、储层接触面积大,生油层中生成的油气可以及时向储集层输送。 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 3、 有效的圈闭 圈闭的有效性 , 是指具有油气来源的前提条件下 , 圈闭聚集油气的实际能力 。 影响圈闭有效性的因素: ( 1) 圈闭有效容积的大小 主要取决于: V = F * H *  F —闭合面积大小 H —储层有效厚度大小  —储层有效孔隙度大小 有效容积越大 , 形成大油气田的可能性越大 。 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 ( 2) 圈闭距油气源区的远近  距油气源区近的圈闭比远的圈闭有效性好  油气源丰富程度 油气源有限 , 距油气源区远的圈闭常为无效圈闭 。 油气源充足 , 若油气供给能够充满盆地所有圈闭 , 都有效 。  储集层岩性变化和受断层的分割程度 储集层的纵 、 横向变化大 , 连通性差 , 加上断层的封闭性 , 即使油气源充足 , 油气运移距离短 ,距油气源区近的圈闭为有效圈闭 。 如大庆油田 ( 源控论控制 ) 储集层的岩性较稳定 , 连通性较好 , 油气运移距离较长 , 圈闭与油气源区的距离就不那么重要 。 ( 3) 圈闭所在位置与油气运移主方向关系 3、有效的圈闭 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 ( 4) 圈闭形成时间 主生油期以前形成的圈闭有效性好 主运移期以前形成的圈闭有效性好 主运移期以后形成的圈闭无效圈闭 青草湾背斜:形成时间为上新世末期 ,该区最后一次油气运移时间为上新世早期 , 圈闭形成时 , 油气运移已经结束 , 故为空圈闭 。 远离生油区的鸭儿峡、老君庙、石油沟背斜是中生代形成的圈闭,形成时间早于油气运移时间,因而,它们都聚集了油气,形成油气田。 青草湾背斜 例-酒西盆地 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 ( 5)水压梯度和流体性质对圈闭有效性的影响 相对稳定 的水动力条件是油气藏保存的重要条件 。 动水条件下 , 气 油 气 生倾斜 , 倾角的大小主要取决于: 静水条件下 ,气 油 气 A、 流体的密度差 B、 水压梯度的大小 当 油 圈闭的地层倾角 圈闭无效 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 油和气 油、气和水 少量气 水动力作用对油气聚集的影响 静水环境 水动力环境 强水动力环境 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 在相同水动力条件下 , 石油密度 >天然气密度 , 故油 气 同一圈闭在相同条件下,对油聚集有效 , 对气 肯定有效; 对气聚集有效,对油则 不一定有效。 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 圈闭中聚集油气所要求的岩层倾角最小值(据张厚福等) 对气体聚集所要求的岩层倾角很小,即几乎任何圈闭对天然气的聚集都是有效的; 对石油聚集而言,条件要求就较高,如水压梯度为 在岩层倾角小于 10的平缓圈闭中,石油会被水流冲走而难以聚集。所以,从水动力学观点来看,同一圈闭往往对天然气聚集有效,而对石油聚集可能无效。 水压梯度 岩层倾角最小值 天然气 石油 30 有效的圈闭应该是具备: 有效容积大 ; 距油源区近 ; 形成时间早 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 4、 必要的保存条件 形成的油气藏能否完整地保存下来,取决于是否遭受各种破坏作用 破坏因素 :地壳运动;水动力冲刷;岩浆活动 ① 盖层遭受剥蚀 , 圈闭失去有效性 盖层遭受剥蚀 , 圈闭有效性变差 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 4、 必要的保存条件 ② 开启断层导致油气沿断层大量流失 , 原有油气藏被破坏 ③ 圈闭溢出点抬高 , 原有油气藏被部分破坏 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 ( 2) 岩浆活动对油气藏保存条件的影响 ① 岩浆活动伴随强烈构造运动 , 使圈闭条件遭到破坏; ② 岩浆的高温使油气结焦碳化; ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 (3)水动力冲刷 相对稳定 的水动力条件是油气藏保存的重要条件 。 静水环境 水动力环境 强水动力环境 静水条件:油水 、 气油界面水平 水动力条件:油水 、 气油界面倾斜 ,倾角大小取决于流体密度和水压梯度 。 当油水界面倾角<圈闭地层倾角时 , 圈闭有效;否则无效 。 在相同水动力条件下 , 由于油的密度>气密度 → 油水界面倾角>气油水界面倾角 → 同一圈闭来说 ,对油聚集有效 , 对气一定有效;而对气聚集有效 , 对油不一定有效 。 ■第一节 油气藏形成的基本条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 课程小结: • 1、油气成藏要素 • 2、油气成藏必要条件 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 ■第二节 油气聚集 油气在圈闭中聚集形成油气藏的过程 , 称油气聚集 ( 。 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 一 、 单一圈闭中油气的聚集 静水条件下油气进入圈闭后 , 首先在最高部位聚集起来 , 同时将水排出。气、油、水按密度分异。 随着油气的不断进入,依次由较高部位向较低部位聚集,同时气-油、油-水界面不断下移。一旦油水界面达到溢出点位置,该圈闭的聚油阶段即告结束。 此后若仍有油气供给,油将无法再进入圈闭,只能通过溢出点向上倾方向溢出 将聚集的油排出,直至气、水在逸出点直接接触为止。至此,该圈闭的油气聚集已最后完成。 ■第二节 油气聚集 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 二 、 系列圈闭中油气的聚集 ( 一 ) 油气差异聚集原理 1953, 加拿大 ) 第一次提出 “ 油气差异聚集原理 ” 。 加拿大 ■第二节 油气聚集 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 油 气 0 Z0 hc hc 合度 (于最大封存烃柱高度 (毛管压力遮挡圈闭中油气聚集的情况 A B C 毛管压力遮挡的圈闭中的油气聚集( 位于储集层上倾方向的较低渗岩层对运移的油气构成毛管压力遮挡。 地质条件一定时,其能遮挡的最大油气柱高度(最大封存烃柱高度)是一定的。 当圈闭中的实际油气柱高度小于最大封存烃柱高度时,油气按密度分异聚集 ( A)。 一旦聚集的油气柱高度达到最大封存烃柱高度,位于圈闭顶部的气将开始向低渗层中渗漏( B)。 随着油气的不断供给,油气均通过低渗层进行渗漏; 最终圈闭中聚集的只有油,且油柱高度就等于最大封存烃柱高度 ( C)。 油 低渗层 第六章 石油和天然气的聚集 在含油气盆地中,从盆地低部位或中心向盆地边缘,圈闭中聚集的油气相态出现了两种截然不同的分布模式: 第一种可称为“ 油心气环 ” 模式,即石油占据盆地中心构造较低的圈闭,天然气占据盆地周围的最高位置的构造环 美国阿巴拉契亚盆地油藏与气藏分布图 (据 第六章 石油和天然气的聚集 溢出点 溢出点 来自烃源区的油 1) 成熟阶段 2) 过成熟阶段 气排替了所有的油 气开始排替油 被排替出油的聚集 与烃源岩生烃史密切联系的油气差异聚集 第六章 石油和天然气的聚集 第二种模式与 “ 油心气环 ” 模式正好相反,在盆地中心低处的构造圈闭中充满着天然气,而在高处的构造圈闭中却充满着石油。 俄罗斯地台斯大林格勒区下石炭统斯大林山层三个相联系的构造圈闭中油气差异聚集的情况(据张厚福等,1999) 第六章 石油和天然气的聚集 • 气差异聚集原理适用的地质条件 : 1. 在 区域倾斜的背景 上存在 溢出点依次抬高 的 一系列连通圈闭 ; 2. 烃源区位于系列圈闭的下倾方向 , 在 静水条件 下油和游离气一起运移 ; 3. 有足够数量的油气补给 ; 具有区域性较长距离运移的条件 . 第二节 油气聚集 • 常见的干扰因素 : - 支流油气供给 - 油内溶解气随温压降低而逸出 - 油气成藏后发生的油气再分布 - 水动力作用影响 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 四 、 油气聚集模式 ( 一 ) 油气聚集机理 油气随水进入圈闭以后 ,盖层 对 水 不起封闭作用 ( 亲水性 、 毛细管压力封闭 ) ,水 可以通过盖层而 继续运移, 烃类 则产生毛细管压力 封闭 , 结果把油气过滤下来在圈闭中聚集 。 在水动力和浮力的作用下 , 水和烃可以源源不断地补充并最终导致在圈闭中形成油气藏 。 1、渗滤作用( 1977; 1980) ■第二节 油气聚集 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 2、 排替作用 (1982) 泥质岩盖层中的 流体压力 一般比相邻砂岩层中的大 , 油气进入圈闭后首先在底部聚集 , 随着烃类的增多逐渐形成具有一定高度的连续烃相 , 在油水界面上油水的密度差 , 油的压力都比水的压力大 。因此产生了一个向下的流体势梯度 , 使油在圈闭中向上运移同时把水向下排替直到束缚水饱和度为止 。 ■第二节 油气聚集 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 3、 渗滤作用和排替作用共同作用 当上覆盖层只有毛细管压力封闭时 , 在油气聚集过程中上述两种作用都可能存在 。 在油气聚集的初期 , 水是可以通过上覆亲水盖层而发生渗流的;当油气聚集到一定程度之后 , 水就很难通过上覆盖层而主要是被油气排替到圈闭的下方 。 如果盖层是异常高压封闭 , 则无论是什么情况水都不能通过上覆盖层发生渗流 , 只能发生向下的排替作用 。 ■第二节 油气聚集 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 4、 油气充注方式 ( 1987) 1) 石油将首先从烃源岩中流入储集层,沿粗大孔隙呈树枝形网络运移; 2)随着石油进入量的增加,将在圈闭内以一种 “ 突进式的前缘 ” ,向圈闭顶部运移,同时占据一些大孔隙空间层; 3)随着上过程的不断进行,最大孔隙空间层的石油网络厚度不断增加,从而引起其所受浮力的增大,把圈闭中的水挤出,油不断挤向圈闭顶部; 4)最后整个圈闭全被石油充满,仅剩下一些下孔喉连通的孤立部分。 ■第二节 油气聚集 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 ( 二 ) 油气聚集模式 ( 1977, 适用于碎屑岩 ) 1、 背斜圈闭中油气聚集模式 从烃源岩层进入储集层的压实流体 , 沿着背斜的翼部向顶部运移 。在圈闭中 , 水很可能通过上覆泥岩盖层 , 而把烃类和一些无机盐类渗留下来在圈闭中聚集 , 并使圈闭中流体的含盐度增大 , 这又有利于烃类的进一步聚集 。 ■第二节 油气聚集 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 2、 地层圈闭中油气聚集模式 从上 、 下烃源岩进入砂岩储集层的压实流体 , 沿上倾方向进行二次运移 , 流体中的水可以通过圈闭的上方继续运移 , 而烃类则滞留在圈闭中聚集 , 同时圈闭中流体的含盐量增加 , 有利于油气的进一步聚集 。 ■第二节 油气聚集 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 3、 岩性圈闭中油气聚集模式 压实流体从周围的烃源岩进入被泥岩包围的透镜状或扁豆状砂岩体,并从其下倾部分往上凸部分进行二次运移,在砂岩体上倾的低势部位形成聚集,流体中的水可以通过泥岩的层理面或微裂隙继续向上流动,而油气则滞留下来在圈闭中聚集 。 ■第二节 油气聚集 第六章 油气聚集聚集与油气藏的形成 4、 断层圈闭中油气聚集模式 在运移的上倾方向由于断层的遮挡形成圈闭 , 流体中的水可以通过遮挡面沿断层或砂岩层继续向上运移 ,油气则在圈闭处聚集 。 ■第二节 油气聚集 第六章 石油和天然气的聚集 一、气藏与油藏形成的烃类来源比较 天然气的形成具有 多源性 和 多阶段性 。 多源性: 一方面体现在既有有机成因的天然气 ,也有无机成因气;另一方面还体现在各种类型的有机质都能形成天然气,既有油型气 ,又有煤型气。 第三节 天然气藏形成机理 第六章 石油和天然气的聚集 石油主要是由 腐泥型 和 腐殖 机质生成的。 •天然气不仅与石油共生 ,也与煤系共生,聚油盆地和聚煤盆地都可以寻找天然气 •有机成因天然气的生成具有多阶段性,各个阶段都伴随有天然气的生成。 •石油则大量生成于一定埋藏深度的 “ 液态窗 ” 范围内。 第六章 石油和天然气的聚集 二、气藏与油藏对储、盖层条件要求的差异 ——天然气与石油性质的差异 ,对储、盖层条件的要求不同。 •气藏对储层的要求低,对盖层的要求高; •而油藏对储、盖层的要求与此相反。 •烃浓度封闭是天然气盖层特有的封闭机理。 第六章 石油和天然气的聚集 三、气藏与油藏形成的运聚成藏方式的异同 与石油相比 ,天然气具有 分子小、密度小、粘度小、溶解度大、压缩性和扩散能力强 等特点。 这决定了气比油的运移活性强、运聚成藏方式多样,这也是造成天然气与石油的分布差异较大的重要原因之一。 第六章 石油和天然气的聚集 1、 油气运移方式及天然气脱溶成藏 天然气扩散 和 水溶对流 是两种有别于石油的重要运移机制。 天然气溶解于水中或油中沿地层上倾方向运移,或随地壳抬升,溶解于水或油中的天然气由于温度和压力的降低而析离出来,在浅部地层中形成天然气藏, 这是一种重要的成藏机制 。 第六章 石油和天然气的聚集 2、天然气水溶对流运移成藏 水溶对流 起因于 地层水的密度和温度差异 ,地层水盐度和含气量的变化致使密度出现差异。因此溶解有大量天然气的地层水经过对流,可使气体在温度、压力适宜的地方聚集成藏。 纵向通道多数是断裂,而横向通道往往沿地层不整合面或其它被封闭层盖层的连续性较好渗透层。 第六章 石油和天然气的聚集 碳酸盐岩层热对流系统的概念地质模型 第六章 石油和天然气的聚集 3、 天然气多源复合成藏 •天然气形成具有 多源 、 多阶连续 的特点 ,运移活性强 。 •在气藏形成过程中往往是多种来源天然气的 复合 , 单一圈闭中聚集的天然气可能是来自不同烃源岩 、 不同成因气体的混合物 。 •天然气藏形成的 多源复合现象 具有普遍性,是天然气成藏的一大特色。 第六章 石油和天然气的聚集 4、 天然气聚散动平衡成藏 • 天然气成藏后距今时间的长短成为气藏能否保存下来的一个重要影响因素。 • 气藏形成的时间距今越久远,气藏散失量就会越大,残留量越小。 • 油藏则不会只因扩散作用而遭受破坏。 第六章 石油和天然气的聚集 四、气藏与油藏保存条件的差异 • 与石油相比, 天然气的聚集效率要小得多 。天然气聚集系数一般在 1%以下,个别情况才会超过 1%; • 而石油的聚集系数较大 ,一般大于 10%。天然气藏要求的保存条件远比油藏的严格。 第六章 石油和天然气的聚集 五、气藏与油藏在空间分布上的差异 天然气的分布远比石油广泛得多。凡是发现石油的地方 ,都分布有一定数量的天然气。 “有油必有气” 在许多没有发现大量石油的地区 ,却找到了丰富的天然气 ,“有气不一定有油”。 在气源岩有机质演化程度很低或很高两种极端情况下,这种现象表现得尤为突出。 第六章 石油和天然气的聚集 对比内容 天然气藏 油藏 烃类来源 广泛,具多源、多阶段性。既有有机气,又有无机气。各类有机质在不同演化阶段均生成天然气。多源天然气复合成藏。 来自腐泥、腐殖-腐泥型有机质。主要生成于一定埋藏深度的生油窗中。 储、盖层条件 对储层要求低、对盖层要求高。盖层封闭机理多样,烃浓度封闭可起重要作用。 对储层要求高、对盖层要求低。盖层封闭机理为物性封闭、异常压力封闭。 运移方式 易于运移且方式多样:渗滤、脉冲式混相涌流、扩散、水溶对流,其中扩散和水溶对流为重要运移机制。 主要是渗滤和脉冲式混相涌流。 聚集机理 多样:游离天然气直接排替地层水成藏,已聚集石油的圈闭被天然气驱替成藏,水溶气脱溶成藏,富含气的地层水可形成水溶气藏。 较单一。游离相石油排替地层水聚集成藏。 演化和保存条件 易于散失,扩散损失重要。气藏形成始终处于聚和散的动平衡中,成藏期晚有利于气藏的保存。聚集效率低。 主要为渗滤损失。扩散损失不很重要,聚集效率相对较高 第六章 石油和天然气的聚集 五、凝析气藏的形成 一、基本概念 在地下深处较高温、高压条件下的烃类气体,采到地面后,温度、压力降低 , 凝结出部分液态烃 ,这种含有一定数量凝析油的气藏称为 凝析气藏 。 地下:单一气相(油逆蒸发气化或分散于气相中) 称为 凝析气 地面:气、油同产,产气为主,液态烃称为 凝析油 第六章 石油和天然气的聚集 凝析气藏以 高气油比 ( >600油)和 轻烃组分高度富集 为特征。 在一定温度、压力范围内,存在 逆蒸发和逆凝结 现象,使一部分液态烃反溶于气相形成单一气相。 在地下烃体系呈气相,在地面同时 有气和凝析油 产出。 并不是地下所有气体采到地面都变成了凝析油。 第六章 石油和天然气的聚集 凝析油与一般原油相比,具有 密度低( 87%,环烷烃 +芳烃 450:纯气藏 80
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本文标题:石油地质学第6章
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