第二章石油地質(zhì)及勘探1

第二章石油地質(zhì)與勘探石油的物化性質(zhì)石油的化學(xué)組成1）石油的元素組成主要由碳、氫兩種元素組成：

碳約占80％一88％；

氫約占10％一14％；

氧、硫、氮約占0.3％一7％。

石油中若碳、氫元素含量高，且碳／氫值低，則油質(zhì)好；若氧、硫、氮元素含量高，則油質(zhì)相對較差。石油的化學(xué)組成2）石油的化合物組成

烴類化合物（即碳?xì)浠衔铮┦鞘椭饕煞郑s占80％以上。

含有氧、硫、氮的化合物（非烴化合物）有時可達(dá)30％。不利于石油的開采、煉制和加工。石油的物化性質(zhì)石油的化學(xué)組成3）石油的組分組成

根據(jù)石油成分被不同溶劑選擇溶解及被介質(zhì)選擇吸附的特點(diǎn)，將石油的組成分成相近的組，稱為“組分”，每個組分內(nèi)包含性質(zhì)相似的一部分化合物。

i油質(zhì)ii

膠質(zhì)iii

瀝青質(zhì)iv

碳質(zhì)石油的物化性質(zhì)石油的化學(xué)組成3）石油的組分組成i

油質(zhì)

由碳?xì)浠衔锝M成的淡色粘性液體（是石油主要成分）油質(zhì)含量高，石油質(zhì)量相對較好。油質(zhì)中含有石蠟，是一種熔點(diǎn)為37～76℃的烷烴，呈淡黃色或黃褐色。石蠟含量高時石油易凝固，油井易結(jié)蠟，不利于開采。石油的物化性質(zhì)石油的化學(xué)組成3）石油的組分組成

ii

膠質(zhì)粘性或玻璃狀的固體物質(zhì)，主要成分是碳?xì)浠衔?，但氧、硫、氮含量增多。石油中膠質(zhì)含量少，約為1％，是渣油的主要成分。

石油的物化性質(zhì)石油的化學(xué)組成3）石油的組分組成

iii瀝青質(zhì)

黑色固體，瀝青質(zhì)比膠質(zhì)含碳?xì)浠衔锔伲?、硫、氯化合物更多?/p>

膠質(zhì)和瀝青質(zhì)稱為石油的重分子組分，是非碳?xì)浠衔锉容^集中的部分。含量高時，石油質(zhì)量變差。

iv碳質(zhì)

碳質(zhì)以碳元素狀態(tài)存在于石油內(nèi)，含量很少，稱殘?zhí)肌Ｊ偷奈锘再|(zhì)石油的物理性質(zhì)1）顏色石油一般呈棕色、褐色或黑色，也有無色透明的凝析油。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量愈高，顏色愈深。因此，石油顏色越談，質(zhì)量越好。

2)密度

標(biāo)準(zhǔn)條件下(20℃，0.101MPa)每立方米原油質(zhì)量——原油密度，一般在0.79～0.95g/cm3

。

3)粘度

地下采出的石油在提煉前稱原油。在地層條件下測得的原油粘度叫地層粘度，地層粘度大于50mPa·S、密度大于0.92的原油稱為稠油。石油的物化性質(zhì)石油的物理性質(zhì)4）凝固點(diǎn)

原油失去流動性的溫度或開始凝固時的溫度稱為凝固點(diǎn)，原油中含蠟少，重組分含量低者凝固點(diǎn)低，利于開采和集輸。凝固點(diǎn)在40℃以上的原油稱為凝油。

5)溶解性

石油難溶于水，但易溶于有機(jī)溶劑。石油可與天然氣互溶，溶有天然氣的石油，粘度小，利于開采。石油的物化性質(zhì)石油的物理性質(zhì)6）熒光性

石油在紫外線照射下會發(fā)出一種特殊的光亮，稱為石油的熒光性。借助熒光分析可鑒定巖樣中是否含有石油。7)導(dǎo)電性

石油為非導(dǎo)電體，電阻率很高，這種特性成為電法測井劃分油、氣、水層的物理基礎(chǔ)。石油的物化性質(zhì)天然氣的化學(xué)組成通常所說的天然氣是指油田氣和氣田氣。天然氣是在地殼中生成的一種可燃有機(jī)礦物，是以氣態(tài)碳?xì)浠衔餅橹鞯目扇蓟旌蠚怏w。石油的物化性質(zhì)天然氣的化學(xué)組成甲烷(CH4)、乙烷（C2H6)、丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)

其中甲烷含量可達(dá)80％以上。此外還含有少量的CO2、CO、H2S)及N2)、02、H2。天然氣中，乙烷以上的烴稱為重?zé)N，依重?zé)N含量將天然氣分為干氣和濕氣兩種。

干氣中甲烷含量﹥95％，但含有5%～10%以上乙烷、丙烷、丁烷等重?zé)N。濕氣常與油共生，是油田或氣田中的氣。石油的物化性質(zhì)天然氣的物理性質(zhì)天然氣無色，有汽油味，可燃。天然氣物理性質(zhì)指其密度、粘度和溶解性。1)密度天然氣密度為0.6～1.0g/m3，濕氣含重?zé)N多，密度大于干氣。2)粘度天然氣0℃時的粘度為0.012mPa·S。3)溶解性天然氣溶于石油和水，且更容易溶于石油。石油的物化性質(zhì)1地殼1）地球的構(gòu)造特點(diǎn)：

具層狀結(jié)構(gòu),密度隨深度而增加。石油地質(zhì)概況1地殼1）地球的構(gòu)造地球從生成至今已有45～60億年，平均半徑為637lkm。地球內(nèi)部可分為地核、地幔和地殼三個同心排列的圈層，各圈層物理狀況可參見下表：圈層密度(g/cm3)壓力(MPa)溫度(℃)地殼2.7～2.990015～1000地幔3.32～5.661368001500～2000地核9.71～1636000072000石油地質(zhì)概況1地殼2）地殼的組成地殼厚度各處并不相等。最厚處達(dá)70～80km，最薄處只有5～6km，平均為33km。地殼由巖石組成，根據(jù)巖石成因的不同可分為火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖三大類。石油地質(zhì)概況2巖石1)

火成巖

又名巖漿巖，是高熱的巖漿冷凝后形成的巖石，呈塊狀，無層次，致密而堅硬，如花崗巖、玄武巖、正長石等。石油地質(zhì)概況2巖石2)沉積巖

由火成巖、變質(zhì)巖和早期形成的沉積巖，經(jīng)風(fēng)吹、雨打、溫度變化、生物作用等被剝燭、粉碎、溶解形成碎屑物質(zhì)及溶解物質(zhì)，再經(jīng)沉積巖有層次、孔隙、裂縫和溶洞，并有各種古代動植物殘骸遺跡形成的化石。石油地質(zhì)概況風(fēng)力、水流、冰川、海洋搬運(yùn)至低凹處沉積下來，越積越厚，經(jīng)壓實(shí)、固結(jié)而形成沉積巖主要特征層理構(gòu)造顯著；沉積巖中常含古代生物遺跡，經(jīng)石化作用即成化石；具有孔隙。常見的沉積巖有：直徑大于3毫米的礫和磨圓的卵石及被其它物質(zhì)膠結(jié)而形成的礫巖，由2毫米到0.05毫米直徑的砂粒膠結(jié)而成的砂巖，由顆粒細(xì)小的粘土礦物組成的頁巖等。

石油地質(zhì)概況2巖石3)

變質(zhì)巖

由沉積巖或火成巖在地殼內(nèi)部的物理化學(xué)因素如高溫、高壓等影響下，改變了原來的成分和結(jié)構(gòu)，變質(zhì)成為新的巖石，如石灰石變質(zhì)為大理石等，稱變質(zhì)巖。

石油地質(zhì)概況三大巖種與成因名稱成因例備注火成巖巖漿冷卻形成花崗巖玄武巖結(jié)晶顆粒粗，大陸地殼主要巖種結(jié)晶顆粒細(xì)，海洋地殼主要巖種地殼最常見巖種沉積巖沉積作用形成礫巖、砂巖、頁巖、石灰?guī)r沉積物顆粒最大沉積物顆粒中等沉積物顆粒最小生物遺骸或水中碳酸鈣沉淀地表最常見巖種變質(zhì)巖巖石因地殼變動被深埋受高溫高壓經(jīng)物理變化(礦物種類或顆粒大小)形成大理石板巖由石灰?guī)r變質(zhì)3沉積巖石油和天然氣生成在沉積巖中，絕大多數(shù)儲藏在它的孔隙、裂縫和溶洞里。而在火成巖和變質(zhì)巖中則很少有石油和天然氣存在。1)沉積巖種類及特點(diǎn)沉積巖可分為砂巖(碎屑巖)、泥巖（粘土巖）、石灰?guī)r（碳酸巖鹽）三種石油地質(zhì)概況3沉積巖1）砂巖(碎屑巖)

普通的砂粒被泥質(zhì)或石灰質(zhì)膠結(jié)成為砂巖。依顆粒直徑不同可分為以下幾種：砂巖名稱礫石粗砂巖中砂巖細(xì)砂巖粉砂巖顆粒直徑(mm)>10.5～10.25～0.50.1～0.250.01～0.1石油地質(zhì)概況3沉積巖1）砂巖砂巖的特點(diǎn)：具有孔隙，可以儲存油、氣、水等流體。巖石孔隙體積與巖石總體積之比稱孔隙度；

由于巖石存在孔隙，在壓力作用下能通過油、氣、水，這種性質(zhì)稱為巖石的滲透性。砂巖(孔隙大)和石灰?guī)r(裂縫發(fā)育)都是滲透性好的巖石。

砂巖可作為油氣儲集層。石油地質(zhì)概況3沉積巖2）泥巖（粘土巖）泥巖的特點(diǎn)：普通的顆粒直徑小于0.01mm

的泥土經(jīng)成巖作用而形成。呈塊狀的稱泥巖。呈薄片層狀的稱為頁巖。富含石油質(zhì)的頁巖稱油頁巖，可以提煉石油。

泥巖是分布最廣的沉積巖，約占沉積巖總量的60—70%，是重要的生油巖和油氣藏的蓋層。石油地質(zhì)概況3沉積巖3）石灰?guī)r（碳酸鹽巖）

石灰?guī)r的特點(diǎn)：石灰?guī)r，主要成分為碳酸鈣，呈塊狀，致密而堅硬。由于地殼的運(yùn)動作用和地下水的侵蝕，常有裂縫和溶洞，石油和天然氣即儲存其中。碳酸鹽巖在地殼中分布僅次于泥質(zhì)巖和砂巖，約占沉積巖總面積的20％，是重要的生油巖和儲集巖。世界上與碳酸鹽巖有關(guān)的石油和天然氣儲量占總儲量的50％，產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的60％。石油地質(zhì)概況4地質(zhì)構(gòu)造由于地殼發(fā)生升降、擠壓褶皺及水平移動，使原來一層層平鋪著的沉積巖發(fā)生變形，形成地殼的各種構(gòu)造。1）背斜構(gòu)造

是指巖層向上彎曲的褶曲，其核部地層比外圈地層老。石油地質(zhì)概況背斜構(gòu)造北京延慶硅化木國家地質(zhì)公園石油地質(zhì)概況4地質(zhì)構(gòu)造2）向斜構(gòu)造

是指巖層向下彎曲的褶曲，其核部地層比外圈地層新。石油地質(zhì)概況3)單斜構(gòu)造

巖層向單一方向傾斜。4)斷層

巖層由地殼運(yùn)動而斷裂，在斷裂兩側(cè)的巖層發(fā)生了顯著的相對位移，這種斷裂稱為斷層。4地質(zhì)構(gòu)造石油地質(zhì)概況油氣的生成和聚集石油的聚集具有三個條件有油氣源儲層具有孔隙性和滲透性存在圈閉的作用是防止油氣流走人們認(rèn)為：今天的石油是在數(shù)百萬年前沉積巖形成時期，由與巖石一起沉積的有機(jī)物生成。有機(jī)論認(rèn)為：油和天然氣是海洋生成。在淺海和較溫暖的海洋中，豐富的海洋生物緩慢地似雨般地降落至海底，其中大多數(shù)在到達(dá)海底前會被吃掉或氧化掉，但部分微生物的殘余逃避了毀滅并沉到海底的淤泥中。細(xì)菌從積集的有機(jī)物殘余物中吸取了氧，并逐漸把它們分裂成為富含氫和碳的物質(zhì)。當(dāng)堆積了更多的沉積物時，富含有機(jī)質(zhì)的粘土被擠壓成堅硬的頁巖。在上千米的沉積物重量之下，壓力和溫度上升了，就在這個深度生成了石油。當(dāng)溫度達(dá)到約℃時，含碳、氫的物質(zhì)開始在化學(xué)上重新組合，形成上百種類型的烴分子，這些烴是排列整齊的帶有氫原子的碳原子鏈。在107~177℃的范圍內(nèi)，這種轉(zhuǎn)換過程達(dá)到最大。在此溫度以上，較重的長鏈分子斷裂較小，較輕的分子，例如甲烷。我國地質(zhì)學(xué)家研究了我國油氣田分布及特征：證明不僅海相地層能生成石油，在中、新生代的陸相地層也可生成陸相石油。油氣的生成和聚集無機(jī)成因派認(rèn)為：石油和天然氣是來自地球內(nèi)部無機(jī)物質(zhì)，或者是來自宇宙中的碳和氫元素，經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)變化，形成了烴，這種烴在地球形成初期就已存在地球內(nèi)部，后來沿地殼的裂縫向上運(yùn)移，在運(yùn)移過程中聚合成高分子的烴類，并在多孔的巖層中聚集形成油氣藏。石油和天然氣是有機(jī)物質(zhì)在適當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)條件環(huán)境下，經(jīng)過生物化學(xué)和物理化學(xué)作用生成的。有機(jī)物質(zhì)是生成油、氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有有機(jī)物質(zhì)就沒有油、氣的生成過程。

1.古生物是生成油、氣的物質(zhì)基礎(chǔ)1）有機(jī)物質(zhì)的來源有機(jī)物質(zhì)就是指生活在地球上的生物的遺體。生物學(xué)和地史學(xué)告訴我們地球上生物的發(fā)展歷史悠久，早在5~6億年前就有生物出現(xiàn)，而且分布繁殖廣泛，地球上的各個角落，如水中、空氣中、陸地上或土壤里都有大量生物在生活。很多生物繁殖速度非常驚人，如一個在顯微鏡下才能見到的細(xì)菌，在適宜的條件下，24小時內(nèi)就可以繁殖到10的36次方個后代，總重量等于1.4×1017噸。沉積巖中含有大量的古生物，它們就是生成石油和天然氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。

油氣的生成和聚集2）有機(jī)物中哪些可以轉(zhuǎn)變?yōu)槭秃吞烊粴?/p>

有機(jī)物的成分相當(dāng)復(fù)雜主要包含有脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、木質(zhì)、樹脂、蠟等。一般認(rèn)為，除樹脂和木質(zhì)外，其他的成分都可以轉(zhuǎn)變成油、氣。2.有機(jī)物質(zhì)的保存及石油、天然氣轉(zhuǎn)化的條件

1）環(huán)境條件

要使大量的有機(jī)質(zhì)堆積和保存下來，需要生物的大量繁殖和周圍缺氧還原的環(huán)境。只有長期穩(wěn)定下降地區(qū)，且沉積速度與下降速度相適應(yīng)，才具有沉積厚度大，有機(jī)質(zhì)豐富，并向石油轉(zhuǎn)化的有利條件。

2）物理化學(xué)條件如：細(xì)菌作用、溫度作用、壓力的作用、催化劑的作用等。油氣的生成和聚集3.生油過程有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的整個過程是在地殼不斷下降，上覆沉積物不斷加厚的地質(zhì)背景下發(fā)生的。整個轉(zhuǎn)化過程大致可分為3個階段，即：初期生氣階段——生物化學(xué)生氣階段；主要生油生氣階段——熱催化生油生氣階段；熱裂解生氣階段——熱裂解生成凝析氣階段。

地殼中具備有生油條件的地層4、生油巖石油、天然氣的運(yùn)移油氣運(yùn)移油氣在地殼中的移動。初次運(yùn)移二次運(yùn)移指生油層中生成的油氣向附近儲集層中的運(yùn)移是指生油層中生成的油氣進(jìn)入儲層后的一切運(yùn)移。它包括了油氣在儲層內(nèi)部的運(yùn)移，也包括了沿著斷層通道從一個儲層進(jìn)入到另一個儲層的運(yùn)移。油氣的生成和聚集石油形成時不是大量集中的。初期：它是象有機(jī)物生成時那樣分散，然而一旦形成，它就可以通過可滲透巖石進(jìn)行運(yùn)移。地層壓力把它從相對不滲透的頁巖中擠出，使其進(jìn)入裂縫和流通的地層如砂巖中，在那里它可以從一孔隙運(yùn)移到另一孔隙。儲集層儲集層：是有能力含有油、氣、水或其他流體的地下巖石。具有生產(chǎn)能力的油藏巖體應(yīng)足夠大孔隙要能容納足夠體積的烴是可滲透性砂巖碳酸鹽巖油氣的生成和聚集圈閉圈閉能阻止石油和天然氣逃逸油藏巖石的地質(zhì)構(gòu)造。儲層圈閉構(gòu)造圈閉是儲層變形所形成的圈閉。地層圈閉是由地殼升降運(yùn)動引起海進(jìn)、海退、沉積間斷、剝蝕風(fēng)化等，形成超覆不整合、侵蝕角度不整合、平行不整合等，其上部為非滲透性地層覆蓋所構(gòu)成。油氣的生成和聚集油氣藏與油氣田1.油氣藏有機(jī)淤泥中的有機(jī)物質(zhì)，在成巖過程中逐漸轉(zhuǎn)化成石油或天然氣，此有機(jī)淤泥層稱為生油層。生油層中分散存在的石油或天然氣，當(dāng)遇有適宜的圈閉地質(zhì)構(gòu)造時，便發(fā)生運(yùn)移和聚集，形成油氣藏。油氣藏是同一圈閉內(nèi)具有同一壓力系統(tǒng)的油氣聚集。凡儲存的油、氣量較多，在當(dāng)前的技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件下，具有開采價值的油氣藏稱為工業(yè)油氣藏。聚集油、氣的構(gòu)造稱為儲油構(gòu)造，由不滲透的巖層把聚集的油、氣圈閉起來，依儲油構(gòu)造類型，其所聚集的油氣藏可分為三大類，即構(gòu)造油氣藏、地層油氣藏、巖性油氣藏。油氣藏與油氣田2．油氣田

從石油地質(zhì)意義上說，油氣田是指單一局部構(gòu)造、同一面積內(nèi)油藏、氣藏、油氣藏的總和。若該局部構(gòu)造范圍內(nèi)只有油藏稱油田，只有氣藏稱氣田。同一油氣田可以是一種類型的油氣藏，也可以是多種類型的油氣藏。人們通常所說的大慶油田、勝利油田、四川氣田等則主要是從地理意義上或指行政管理單位而言。實(shí)際上，它們內(nèi)部含有多個地質(zhì)意義上的油田或氣田。油氣藏與油氣田

在漫長的地質(zhì)歷史時期內(nèi)，不斷下沉接受沉積的地區(qū)稱為沉積盆地。具有油氣生成和聚集條件，并發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)油氣藏的沉積盆地稱為油氣盆地。含油氣盆地定義含油氣盆地必須具備條件是一個沉積盆地；在漫長的地質(zhì)時期中，曾經(jīng)不斷沉降接受沉積，具備油氣生成、運(yùn)移和聚集的有利地質(zhì)條件；有工業(yè)性油氣藏。因此，可將含油氣盆地看作油氣生成、運(yùn)移和聚集的基本地質(zhì)單位。

含油氣盆地我國陸上沉積盆地共有236個，其中面積大于10萬km2的盆地就有9個，即：塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地、渤海灣盆地、四川盆地、柴達(dá)木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、藏北盆地和二連盆地，總面積208萬km2。含油氣盆地我國石油資源集中分布在渤海灣、松遼、塔里木、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、珠江口、柴達(dá)木和東海陸架八大盆地，其可采資源量172億噸，占全國的81.13％；天然氣資源集中分布在塔里木、四川、鄂爾多斯、東海陸架、柴達(dá)木、松遼、鶯歌海、瓊東南和渤海灣九大盆地，其可采資源量18.4萬億立方米，占全國的83.64％。含油氣盆地含油氣盆地石油地質(zhì)勘探

要找到地下的油氣藏，就要進(jìn)行油氣的勘測與探查。油氣勘探方法和技術(shù)，隨著生產(chǎn)經(jīng)驗的積累和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，得到不斷發(fā)展和完善。目前進(jìn)行油氣勘探的主要方法和技術(shù)有4種，即地面地質(zhì)法、地球物理法和鉆探法。1地面地質(zhì)法直接觀察地表的地質(zhì)現(xiàn)象，尋找是否有露在地面的“油氣苗”，研究巖石、地層情況，分析地下是否有儲油構(gòu)造。在邊遠(yuǎn)新區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查時，這種方法仍可發(fā)揮一定作用。

石油地質(zhì)勘探

地質(zhì)法是油氣田勘探工作中始終使用的基本工作方法。1地面地質(zhì)法石油地質(zhì)勘探地質(zhì)調(diào)查

地下的地層及構(gòu)造特征，很大程度上可以從地面特征推斷出來。（1）研究方法航攝照片衛(wèi)星成象露頭觀察：觀察巖石、地層、油氣地面顯示（油氣苗）、進(jìn)行構(gòu)造測量。（2）要解決的問題研究油氣藏形成的可能性；石油地質(zhì)勘探石油地質(zhì)勘探

1)地球物理勘探由于不同巖石具有不同的物理性能，如密度、磁性、彈性等。在地面上利用多種專用的精密儀器進(jìn)行測量，了解地下地質(zhì)構(gòu)造情況，判斷是否有儲油構(gòu)造，即地球物理勘探法。地球物理勘探法包括重力勘探、磁力勘探、電法勘探和地震勘探。

2地球物理法地球物理法自誕生之日起就始終和最新的技術(shù)成就相關(guān)聯(lián)，是一種應(yīng)用高新技術(shù)的勘探方法，包括地球物理勘探和地球物理測井。石油地質(zhì)勘探不斷發(fā)展的三維地震勘探技術(shù)

大型震源

地震勘探石油地質(zhì)勘探磁法勘探

電法勘探石油地質(zhì)勘探數(shù)字重力儀

無人飛行器

石油地質(zhì)勘探新疆油田地球物理解釋處理中心四川石油管理局地球物理勘探公司

石油地質(zhì)勘探測井是油田地質(zhì)研究、油田開發(fā)工作必不可少的。測井是用專門的儀器沿井深測量巖石的各種物理特性、流體特性的技術(shù)，如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、放射性、聲學(xué)特性等等。2地球物理法2)地球物理測井石油地質(zhì)勘探2地球物理法2)地球物理測井測井具有工藝簡便、成本低、取資料迅速、效果好等特點(diǎn)。它取得的資料是油氣田地質(zhì)研究、油氣田開發(fā)工作不可缺少的資料。測井技術(shù)發(fā)展迅速，不僅能定性判斷巖性，還可以定量確定巖石物性、地層產(chǎn)狀；不僅用于地質(zhì)解釋，還用于鉆井、試油、采油工程等。石油地質(zhì)勘探石油地質(zhì)勘探3鉆探法鉆探法，就是打井找油氣。在地質(zhì)法、地球物理法和遙感法巳初步查明的儲油構(gòu)造上鉆井，以確切探明地下是否有油、氣及油、氣、水的分布。石油地質(zhì)勘探油氣勘探新方法1.中微子探油氣

在“基本粒子”的大家族中，有一位身懷絕技的“中性小家伙”。著名的物理學(xué)家費(fèi)米賜給它一個“中微子”的芳名