《石油天然氣地質(zhì)與勘探》第五章

1、 油氣藏是石油地質(zhì)研究的核心內(nèi)容，本章主要介紹圈閉和油氣藏的基本概念、油氣藏形成的基本條件以及油氣藏形成的有關(guān)問(wèn)題。第五章 油氣聚集與油氣藏的形成第一節(jié) 圈閉與油氣藏概述第二節(jié) 油氣聚集原理第三節(jié) 油氣藏的形成、破壞與保存第四節(jié) 油氣藏形成時(shí)間的確定第五節(jié) 地溫場(chǎng)、地壓場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)與油氣藏 形成的關(guān)系第六節(jié) 凝析氣藏的形成第七節(jié) 非常規(guī)氣藏的形成特征第八節(jié) 氣藏與油藏形成及保存條件的差異第五章 油氣聚集與油氣藏的形成第一節(jié) 圈閉和油氣藏概述 一、圈閉（Trap）的定義 1934年麥考洛提出-圈閉：各種性質(zhì)的油貯。 圈閉：適合于油氣聚集，形成油氣藏的場(chǎng)所。 圈閉：儲(chǔ)集層中油、氣物質(zhì)自身勢(shì)最小而其動(dòng)

2、能為零的地方。 圈閉兩個(gè)基本要素： 儲(chǔ)集層 ：儲(chǔ)集油氣 封閉條件 ：阻止油氣散失 蓋層本身的彎曲變形 蓋層 + 其它側(cè)向遮擋條件 二、圈閉的度量（往往指靜水條件下）二、圈閉的度量 二、圈閉的度量1、溢出點(diǎn)：油氣充滿圈閉后，最先從圈閉中溢出的點(diǎn)3、閉合面積：通過(guò)溢出點(diǎn)的構(gòu)造等高線所封閉面積。2、閉合高度：從圈閉中儲(chǔ)層最高點(diǎn)到溢出點(diǎn)的高差。某儲(chǔ)層頂面構(gòu)造圖H1以區(qū)域傾斜面為基準(zhǔn)，H2以等海拔高程面為基準(zhǔn)。構(gòu)造起伏幅度與閉合高度 ：斷層圈閉的溢出點(diǎn)、閉合高度和閉合面積示意圖 有效孔隙度值主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室?guī)r心測(cè)定、測(cè)井解釋資料統(tǒng)計(jì)分析求得,做出圈閉范圍內(nèi)的等值線圖。 儲(chǔ)集層有效厚度則是根據(jù)有效儲(chǔ)集層的巖

3、電、物性標(biāo)準(zhǔn),扣除其中的非滲透性?shī)A層而剩余的厚度。 (4)有效孔隙度和儲(chǔ)集層有效厚度的確定 油氣在單一圈閉中的聚集。 是油氣在地殼中聚集的基本單位。 三、油氣藏的含義油藏油氣藏氣藏 同一要素控制 “單一圈閉” 單一儲(chǔ)層 統(tǒng)一壓力系統(tǒng) 同一油水界面被斷層遮擋形成的兩個(gè)油藏 四、油氣藏中油、氣、水的分布3、 底水、邊水底水底水邊水底水邊水4 充滿系數(shù)（度）4.“瀝青墊”現(xiàn)象第二節(jié) 油氣聚集機(jī)理一、油氣聚集的動(dòng)力學(xué)機(jī)制二、各種圈閉中的油氣聚集模式三、油氣在圈閉中聚集的過(guò)程四、油氣在系列圈閉中的差異聚集 含烴的水或游離烴蓋層：對(duì)烴類毛細(xì)管封閉水：可通過(guò)蓋層繼續(xù)運(yùn)移 1、滲濾作用2、排替作用3 滲濾作用

4、+排替作用1、背斜圈閉中油氣聚集模式二、各種圈閉中的油氣聚集模式 水：可通過(guò)上覆泥巖蓋層；烴類和無(wú)機(jī)鹽：在圈閉中聚集圈閉中含鹽量增加，PH值降低，利于油氣進(jìn)一步聚集。2.地層圈閉中油氣聚集模式3.巖性圈閉中油氣聚集模式4、斷層圈閉中油氣聚集模式1.油氣充注方式首先：進(jìn)入最低排替壓力滲透層接著：以石油波陣面方式充注油藏。 三、油氣在圈閉中聚集的過(guò)程2.混合過(guò)程四、油氣在系列圈閉中的差異聚集1.滲漏型（逸出型）油氣聚集斷層滲漏型油氣差異聚集示意圖 3、溢出型油氣聚集 發(fā)育在區(qū)域均斜（單斜）背景上，溢出點(diǎn)依次增高的一系列相互連通的背斜圈閉。溢出型油氣差異聚集的條件影響溢出型油氣差異聚集的地質(zhì)因素 第

5、三節(jié) 油氣藏形成、破壞與保存一、油氣藏形成的基本地質(zhì)條件二、油氣藏的保存、破壞與再形成 一、油氣藏形成的基本地質(zhì)條件(一) 充足的烴源條件世界12個(gè)大含油氣盆地61個(gè)特大油氣田的情況簡(jiǎn)表 大盆地形成大油氣田，具有體積巨大的生油巖體世界部分含油氣盆地的豐度洛杉磯盆地 小盆地也可形成豐富的油氣聚集濟(jì)陽(yáng)凹陷下第三系生油中心與油氣富集關(guān)系（東營(yíng)凹陷部分）1地層剝蝕線，2生烴強(qiáng)度等值線，3油田 生油中心控制著油氣分布 松遼盆地下白堊統(tǒng)生油中心與油氣富集關(guān)系圖1生烴強(qiáng)度等值線， 2地溫梯度等值線，3油田，4凹陷邊界 生油層中生成的油氣能及時(shí)運(yùn)移到良好儲(chǔ)集層中，同時(shí)蓋層的質(zhì)量好，能保證運(yùn)移至儲(chǔ)層中的油氣不會(huì)

6、逸散。 根據(jù)生儲(chǔ)蓋組合之間的沉積連續(xù)性可將其分為兩大類。即連續(xù)沉積的生、儲(chǔ)、蓋組合和被斷層或不整合面所分隔的不連續(xù)生、儲(chǔ)、蓋組合。 （二）有利的生、儲(chǔ)、蓋組合生儲(chǔ)蓋組合類型示意圖據(jù)空間組合關(guān)系分為： 正常式、側(cè)變式、頂生式、自生自儲(chǔ)自蓋式生油層與儲(chǔ)集層成指狀交叉組合形式時(shí)，油 氣初次運(yùn)移和聚集示意圖生油層中存在砂巖透鏡體時(shí)，油氣初次運(yùn)移和聚集示意圖美國(guó)懷俄州鹽溪區(qū)白堊系弗朗提爾組砂-泥巖厚度比率圖石油多產(chǎn)自砂巖與頁(yè)巖之比例為0.25的地區(qū)，而天然氣卻聚集于砂巖分布較多的地區(qū)。美國(guó)俄克拉河馬州東南部賓夕法尼亞 州系阿托卡組砂-泥巖厚度比率圖石油聚集多沿近海岸帶砂-泥比率0.52.0的地區(qū)。 表：

7、 若干地區(qū)石油聚集的最佳砂巖百分率（三）大容積的有效圈閉 （1）圈閉形成時(shí)間距油源區(qū)近，在油氣運(yùn)移路線上者，有效性高。 （2）圈閉所在位置（4）水壓梯度和流體性質(zhì)對(duì)圈閉有效性的影響在水流活動(dòng)加強(qiáng)時(shí),背斜儲(chǔ)集層中油和氣的移位和分離 （一）油氣藏的保存和破壞二、油氣藏的保存、破壞與再形成影響油藏保存的破壞作用 （1）地殼運(yùn)動(dòng)實(shí)例：（2）巖漿活動(dòng) 圖： 遼河斷陷新生代火山巖分布圖1館陶期 Ng，2東營(yíng)期 Ed，3沙一期 Es1, 4沙爾期 Es 2，5沙三期 Es3，6沙四期 Es4, 7剖面位置（3）水動(dòng)力環(huán)境（4）生物降解作用各種破壞油藏的作用及其演變的結(jié)果（據(jù)Macgregor，1996) 次

8、生油氣藏:原生油氣藏破壞后新形成；在非生油層系中。原生油氣藏:油氣由分散到集中第一次聚集起來(lái)；在生油層系中。 （二）油氣藏的再形成油氣藏再形成的模式 油氣沿?cái)嗔堰\(yùn)移形成次生油氣藏的倉(cāng)儲(chǔ)層式模式 單斜地層：傾斜方向變化，油氣重新分布。實(shí)例：一、傳統(tǒng)地質(zhì)分析方法 烴源巖主要生、排烴期分析法 圈閉發(fā)育史分析法 油藏飽和壓力法 二、 流體歷史分析法 儲(chǔ)層流體包裹體法 自生伊利石測(cè)年法 第四節(jié) 油氣藏形成時(shí)間的確定一、傳統(tǒng)地質(zhì)分析方法 哈西-邁薩烏德油田實(shí)例：哈西邁薩烏德油田地區(qū)志留系生油巖埋藏歷史和烴類生成隨地質(zhì)時(shí)代的變化生油門限 圈閉形成的時(shí)間-油氣藏形成的最早時(shí)間 沉積埋藏史恢復(fù) 構(gòu)造發(fā)展史恢復(fù)

9、2、圈閉發(fā)育史分析法 構(gòu)造形成時(shí)間與油氣聚集的關(guān)系A(chǔ)圈閉形成時(shí)間晚，位置低無(wú)效 圈閉形成的相對(duì)時(shí)間 17-圈閉的編號(hào)，ae-地層時(shí)代序號(hào)形成次序：1 2 3 4 5、6、73、油藏飽和壓力法 油藏飽和壓力法影響因素：4、氣藏形成時(shí)間確定法 二、流體歷史分析方法1、儲(chǔ)層自生伊利石測(cè)年法2、儲(chǔ)層流體包裹體法均一法測(cè)包體溫度：均一溫度應(yīng)用：第五節(jié) “三場(chǎng)”與油氣藏形成的關(guān)系地溫場(chǎng)與油氣藏形成的關(guān)系 地壓場(chǎng)與油氣藏形成的關(guān)系 地應(yīng)力場(chǎng)與油氣藏形成的關(guān)系 1、地溫場(chǎng)（地?zé)釄?chǎng)） 某一瞬間地溫的空間分布。是地內(nèi)熱能通過(guò)導(dǎo)熱率不同的巖石在地殼上的顯示。 一、地溫場(chǎng)與油氣藏形成的關(guān)系 2、地溫梯度（GT ；地?zé)?/p>

10、增溫率）3、地溫場(chǎng)與油氣成藏關(guān)系3、地溫場(chǎng)與油氣成藏關(guān)系二、地壓場(chǎng)與油氣藏形成的關(guān)系 2、異常地層壓力的主要成因（1）流體熱增壓作用（2）斷裂與巖性封閉作用 （3）刺穿作用 （4）浮力作用（5）粘土礦物成巖演變 （1）流體熱增壓作用（2）斷裂與巖性封閉作用（3）刺穿作用（4）浮力作用（5）粘土礦物成巖演變 3、流體壓力封存箱的基本概念5、封存箱的類型根據(jù)壓力4、流體封存箱與油氣成藏模式三、地應(yīng)力場(chǎng) 1、類型劃分2、地應(yīng)力場(chǎng)與油氣生運(yùn)聚保的關(guān)系 成藏動(dòng)力場(chǎng)三場(chǎng)耦合關(guān)系（據(jù)黃志龍等）三場(chǎng)耦合與油氣成藏成藏動(dòng)力場(chǎng)考慮了應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的流體勢(shì)場(chǎng)成藏動(dòng)力場(chǎng)模型溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和壓力場(chǎng)藕合的流體勢(shì)場(chǎng)模型油氣

11、運(yùn)聚第六節(jié) 凝析氣藏的形成1、純物質(zhì)的臨界狀態(tài) 二、凝析氣藏的形成表： 若干物質(zhì)的臨界參數(shù) 氣液兩相共存的最高溫度K 1和最高壓力B1，分別稱為臨界凝析溫度和臨界凝析壓力。臨界點(diǎn)K為泡點(diǎn)線與露點(diǎn)線的交點(diǎn)。 2、雙組分烴類物系相圖 等溫加壓情況下：AB12E，在A點(diǎn)物質(zhì)為氣相，加壓至B 點(diǎn)，開始出液滴（露點(diǎn)），壓力繼續(xù)增加至1點(diǎn)，液體數(shù)量逐漸增大；但從1到2 點(diǎn)，加壓反而使液體逐漸減少，氣相增多，至2 點(diǎn)物質(zhì)全部氣化。由12，等溫增壓出現(xiàn)氣化特征，稱為逆蒸發(fā)；由21，等溫減壓出現(xiàn)液化特征，稱為逆凝結(jié)。 等壓升溫情況下：CD43，C點(diǎn)為液體，升溫至D 點(diǎn)，開始出氣泡（泡點(diǎn)），由D4，氣體數(shù)量逐漸增

12、大；但從43點(diǎn)，升溫反而使氣體數(shù)量減少直至最終全部液化。由43，為逆凝結(jié)；由34，為逆蒸發(fā)。 逆凝結(jié)和逆蒸發(fā)現(xiàn)象出現(xiàn)于臨界點(diǎn)與臨界凝析溫度點(diǎn)和臨界凝析壓力點(diǎn)之間，常稱之為“逆行區(qū)” 。這是凝析氣藏形成的基本原因。 多族分烴類物系的相圖K-臨界點(diǎn)(T=52.8)；K1-臨界凝結(jié)溫度； 1-壓力超過(guò)泡點(diǎn)壓力的油藏；2-壓力超過(guò)露點(diǎn)壓力的凝析氣藏；3-單相氣藏(純氣藏)；4-泡點(diǎn)曲線；5-露點(diǎn)曲線；6-物系中液體所占體積百分率；A-純氣藏；B-凝析氣藏；C-油藏；D-油氣藏 3、多組分烴類物系的相態(tài)與凝析氣藏的形成 三、地下油氣藏相態(tài)的識(shí)別第七節(jié) 非常規(guī)氣藏的形成特征 氣源巖的大面積高效生排烴：煤及

13、煤系地層常規(guī)氣藏：置換式運(yùn)移與漂浮式聚集成藏深盆氣藏：活塞式運(yùn)移與生長(zhǎng)式聚集成藏常規(guī)氣藏與深盆氣藏的過(guò)渡性4、深盆氣藏形成機(jī)理二、煤層氣藏 煤層氣藏為具有一定規(guī)模，并含有商業(yè)性開采價(jià)值煤層氣的煤巖體。 （Coal bed gas reservoir） 4、煤層氣藏形成的地質(zhì)條件 煤層氣藏形成的主要條件： 1）煤層厚度和含氣性； 2）滲透性； 3）保存條件； 4）水文地質(zhì)條件。 中國(guó)煤層氣藏類型模式圖 四類煤成氣藏：承壓水封堵、壓力封閉、頂板微滲漏封閉、構(gòu)造封閉 吸附狀態(tài)煤層甲烷是煤儲(chǔ)集天然氣的主體。當(dāng)煤處于一定的溫度、壓力等條件下時(shí)，吸附即達(dá)到一種平衡狀態(tài)，吸附狀態(tài)的天然氣要能流動(dòng)，必須打破這

14、一平衡狀態(tài)，使煤層甲烷解析出來(lái)。典型煤層氣井的生產(chǎn)史示意圖三、天然氣水合物 天然氣水合物是甲烷等氣體和水分子組成的類似冰狀的固態(tài)物質(zhì)，其分子式為2，其中是以甲烷氣體為主的氣體分子數(shù)，為水分子數(shù)。天然氣水合物實(shí)質(zhì)上是一種水包氣的籠形物。 其中的水結(jié)晶成等軸晶系，而不是象冰那樣的六方晶系。由水分子形成剛性籠架晶格，每個(gè)籠架晶格中均包括一個(gè)主要為甲烷的氣體分子 2、天然氣水合物形成與分布天然氣水合物相圖 氣體水合物的分布特征：多分布在極地、永久凍土帶及大洋海底。一、氣藏與油藏形成的烴類來(lái)源比較天然氣的形成具有多源性和多階段性。多源性一方面體現(xiàn)在既有有機(jī)成因的天然氣,也有無(wú)機(jī)成因氣；另一方面還體現(xiàn)在各

15、種類型的有機(jī)質(zhì)都能形成天然氣，既有油型氣,又有煤型氣。第八節(jié) 氣藏與油藏形成及保存條件的差異 石油主要是由腐泥型和腐殖-腐泥型有機(jī)質(zhì)生成的。天然氣不僅與石油共生,也往往與煤系共生，聚油盆地和聚煤盆地都可以尋找天然氣。有機(jī)成因天然氣的生成具有多階段性，各個(gè)階段都伴隨有天然氣的生成。石油則大量生成于一定埋藏深度的“液態(tài)窗”范圍內(nèi)。 二、氣藏與油藏對(duì)儲(chǔ)、蓋層條件要求的差異天然氣與石油性質(zhì)的差異,對(duì)儲(chǔ)、蓋層條件的要求不同。氣藏對(duì)儲(chǔ)層的要求低，對(duì)蓋層的要求高；而油藏對(duì)儲(chǔ)、蓋層的要求與此相反。烴濃度封閉是天然氣蓋層特有的封閉機(jī)理。三、 氣藏與油藏形成的運(yùn)聚成藏方式的異同 與石油相比,天然氣具有分子小、密度

16、小、粘度小、溶解度大、壓縮性和擴(kuò)散能力強(qiáng)等特點(diǎn)。這決定了氣比油的運(yùn)移活性強(qiáng)、運(yùn)聚成藏方式多樣，這也是造成天然氣與石油的分布差異較大的重要原因之一。1、 油氣運(yùn)移方式及天然氣脫溶成藏 天然氣擴(kuò)散和水溶對(duì)流是兩種有別于石油的重要運(yùn)移機(jī)制。 天然氣溶解于水中或油中沿地層上傾方向運(yùn)移，或隨地殼抬升，溶解于水中或油中的天然氣由于溫度和壓力的降低而析離出來(lái)，在淺部地層中形成天然氣藏，這是一種重要的成藏機(jī)制。 2、天然氣水溶對(duì)流運(yùn)移成藏 水溶對(duì)流起因于地層水的密度和溫度差異，地層水鹽度和含氣量的變化致使密度出現(xiàn)差異。因此溶解有大量天然氣的地層水經(jīng)過(guò)對(duì)流，可使氣體在溫度、壓力適宜的地方聚集成藏。 縱向通道多數(shù)

17、是斷裂，而橫向通道往往沿地層不整合面或其它被封閉層蓋層的連續(xù)性較好滲透層碳酸鹽巖層熱對(duì)流系統(tǒng)的概念地質(zhì)模型3、 天然氣多源復(fù)合成藏天然氣形成具有多源、多階連續(xù)的特點(diǎn)，運(yùn)移活性強(qiáng)。在氣藏形成過(guò)程中往往是多種來(lái)源天然氣的復(fù)合，單一圈閉中聚集的天然氣可能是來(lái)自不同烴源巖、不同成因氣體的混合物。天然氣藏形成的多源復(fù)合現(xiàn)象具有普遍性，是天然氣成藏的一大特色。 四、氣藏與油藏保存條件的差異與石油相比，天然氣的聚集效率要小得多。天然氣聚集系數(shù)一般在1%以下，個(gè)別情況才會(huì)超過(guò)1%；而石油的聚集系數(shù)較大，一般大于10%。天然氣藏要求的保存條件遠(yuǎn)比油藏的嚴(yán)格。 五、氣藏與油藏在空間分布上的差異天然氣的分布遠(yuǎn)比石油廣泛得多。凡是發(fā)現(xiàn)石油的地方,都分布有一定數(shù)量的天然氣。“有油必有氣”。在許多沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大量石油的地區(qū),卻找到了豐富的天然氣，“有氣不一定有油”。在氣源巖有機(jī)質(zhì)演化程度很低或很高兩種極端情況下，這種現(xiàn)象表現(xiàn)得尤為突出。 4、 天然氣聚散動(dòng)平衡成藏天然氣成藏后距今時(shí)間的長(zhǎng)短成為氣藏能否保存下來(lái)的一個(gè)重要影響因素。氣藏形成的時(shí)間距今越久遠(yuǎn)，氣藏散失量就會(huì)越大，殘留量越小。油藏則不會(huì)只因擴(kuò)散作用而遭受破壞。氣藏與油藏形成及保存條件的差異 氣藏與油