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2石油地质01

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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1第二章 石油地质2石油地质学 是一门主要研究油气在地壳中的生成、运移、聚集和演化以及油气藏形成机理和时空分布规律的学科。石油地质学的主要研究对象包括 油气成因、油气藏形成和油气分布规律 三大课题。3主 要 内 1)石油的主要元素组成?( 2)油气成因论分为哪两大学派?( 3)按照有机成因说简述油气生成过程。( 4)名词解释:储集层、盖层、圈闭( 5)简述油气的运移过程?油层、)石油的组成 —— 元素组成石油产地 元素组成, %C H S N 尔图混合油) 101混合油) 合油) 合油) 布拉克 利福尼亚州) 利福尼亚州) 克萨斯州) , 其次为 硫、氮、氧碳( 84% ~ 87%)氢( 11% ~ 14%)硫、氮、氧及微量元素( 1% ~ 4%)多数油田石油含硫量不到 1%,但有些可高达 4%~ 5%7铁 ( 钙 ( 镁 ( 硅 ( 铝 ( 钒( V)、 镍( 铜( 锑( 锰( 锶( 钡( 硼( B)、 钴( 锌( 钼( 铅( 锡( 钠( 钾( K)、 磷( P)、 锂( 氯( 铋( 铍( 锗( 银( 砷( 镓( 金( 钛( 、铬( 镉( 等几十种微量元素。这些元素虽然种类繁多,但含量要少的多,一般处在百万分级至十亿分级范围。除上述 5种主要元素之外,石油中还发现含有:8石油的 化合物组成 ,归纳起来可以分两类: 烃类 烃、环烷烃、芳香烃 组成。烷烃正构烷烃异构烷烃C C C C C C C 点、沸点均随相对分子量的增加而增加,所有烷烃的密度都小于 1,几乎不溶于水。9烷烃的存在形态名称 分子式 熔点, ℃ 沸点, ℃ 相对密度(液态时) 通常状态甲烷 态乙烷 态丙烷 态丁烷 态戊烷 态己烷 态庚烷 态辛烷 态壬烷 态癸烷 态十一烷 态十二烷 态十三烷 态十四烷 态十五烷 态十六烷 态十七烷 态十八烷 态十九烷 态二十烷 态构烷烃 照环上碳原子个数分“几元环”环烷烃 C 在石油中的环烷烃,多为五元环或六元环11环烷烃有较高的抗爆性能 、 低凝点 , 有较好的润滑性能和粘温特性 , 是汽油 、 喷气燃料 、 润滑油的良好组分 。环烷烃性质与烷烃相似 , 但密度 、 熔点 、 沸点较相应的烷烃为高 , 其化学性质稍活泼 , 在一定条件下可发生氧化 、 卤化 、 硝化 、 热分解和脱氢等反应 。环烷烃与烷烃性质比较12芳香烃苯对二甲苯联苯 三苯甲烷萘 蒽 菲芳香烃13石油中的非烃化合物是指除 C、 含有 硫或氮或氧 的一大类化合物。石油中含有相当数量的非烃化合物,尤其在石油的重质馏分和渣油中含量更高, 有时可达石油重量的 30%。2. 非烃组成14硫是石油的重要组成元素之一,其在石油中的含量变化很大。目前石油中已鉴定出的含硫化合物将近 100种,多呈硫醇、元素硫、硫化物( 、硫醚、二硫化物和噻吩(含硫的杂环化合物)的形式存在,在重质石油中含量较为丰富。 1)石油的非烃组成 —— 含硫化合物活性硫化物 非活性硫化物15硫化氢 2 22硫油品燃烧后生成二氧化硫 , 造成对环境的污染 。大气中对人体有害的二氧化硫浓度为 硫的危害:16我国所产的原油含硫量比较低,大庆、玉门、克拉玛依等原油含硫量均在 下,胜利原油含硫量 属含硫原油。含硫量高硫原油 ( ﹥ 2%)含硫原油 ( 2%)低硫原油 ( ﹤ 在国外,含硫原油和高硫原油占石油总产量的 75%左右,其中半数产自中东地区 。含硫量 是评价石油质量的重要指标17( 2)石油的非烃组成 —— 含氮化合物石油中的含氮化合物按其酸碱性通常分为: 碱性和非碱性含氮化合物。碱性含氮化合物:吡啶、喹啉非碱性含氮化合物:咔唑类石油中含氮化合物较为少见,质量分数通常在 围内。目前从石油中分离出来的含氮化合物有 30多种,主要是以含氮杂环化合物形式存在。18含氮化合物的危害当油品中含氮化合物含量多时,油品贮存中颜色变深,气味变臭,这是因为含氮化合物不稳定,与空气长期接触氧化生胶的缘故,易生成胶状沉淀,引起石油产品的不安定性。含氮化合物能使某些催化剂中毒。所以,油品中的含氮化合物应在精制时除去。19石油中含氧化合物已鉴定出 50多种,包括有机酸、酚和酮类化合物。石油中的有机酸和酚(酸性)统称石油酸,其中以环烷酸最多,占石油酸的 95%。( 3)石油的非烃组成 —— 含氧化合物环烷酸及其金属盐是有价值的化工原料,环烷酸盐常用作杀虫及杀菌剂、农用助长剂、洗涤剂、颜料等。20(二)原油的性质( 1)颜色和气味 原油的颜色有黑、褐、综、绿、黄等,也有无色的; 我国原油多为黑色、褐红色、绿色; 颜色浅的原油密度小、黏度低、油中含轻烃成分多;颜色深的原油密度大、黏度高、油中含重烃成分多; 当含有较多的硫化合物和氮化合物时,气味难闻。21 原油相对密度: 原油轻质成分多,含胶质和沥青质少,密度就小。( 2)密度 1桶原油 =国际上以沙特阿拉伯的轻质原油(相对密度 国际标准原油,故国际标准原油 1桶约等于 别 密度( g/质原油 122 衡量原油的流动能力; 黏度随温度的增高而减小,随密度的减小而减小; 含烷烃多的原油黏度较小,含胶质、沥青质多的原油黏度较大; 黏度和密度大的原油称为 稠油 。( 3)黏度23 原油的沸点表现为一定宽度的温度范围,叫 馏程 ,也被称为沸程。 蒸馏时馏出的第一滴油品的气相温度叫 初馏点 。蒸馏到最后时的气相温度叫 终馏点(干点) 。在一定温度范围内蒸馏出的油品叫 馏分 ,每个馏分的初馏点到终馏点的温度范围叫做该油品(馏分)的 馏程 。( 4)沸点和馏程24 原油在温度降到某点时,由于油中溶解的蜡结晶析出,原油黏度增大,失去了流动能力,这时的温度叫 凝固点或凝点 。 含蜡越多,凝点越高。( 5)凝点25 原油和成品油受热蒸发后,蒸发出来的油气和空气接触后,遇上点火,会发生短促的闪光,这时的温度叫 闪点 。 如继续加热,点火后不但有火光,而且油会烧着,这时的温度叫 燃点 。 原油和成品油达到一定的高温时,虽不点火,也能自行燃烧,原油和成品油自燃的最低温度叫 自燃点 。 原油和成品油越轻,其闪点和燃点越低,而自燃点却越高。 汽油的闪点: ~,煤油的闪点: 26℃ ~50℃ 汽油的自燃点: 400℃ 以上,柴油的自燃点: 220℃ ~250℃( 6)闪点、燃点、自燃点26 在规定的条件下,将石油加热至高温,使石油最终成为焦炭。此焦炭占试验用油的质量百分比,叫 石油的残炭或残炭值 。 石油中沥青、胶质和芳烃的含量越高,残炭值越高。( 7)残炭27 石油不溶于水,能溶于有机溶剂(如氯仿、四氯化碳、苯、醇等)。 一些石油及其石油产品本身是很好的溶剂,能溶解碘、硫、橡胶和大多数的动植物油。( 8)溶解性281. 天然气的元素组成天然气的元素组成与石油相似 , 主要由碳 、 氢 、 硫 、氮 、 氧及微量元素组成 。 其中以碳和氢为主 , 碳约占65%~ 80%, 氢约占 12%~ 20%。 相对密度: )天然气的组成2. 天然气的化合物组成天然气的化合物组成 , 以 甲烷 为主 , 其次是重烃气 , 并含有数量不等的氮气 、 二氧化碳气 、 硫化氢气 、 氧气 、 氢气及氦 、 氖 、 氩等惰性气体 。29干气: 在地层中呈气态,采出后在一般地面设备和管线中不析出液态烃的天然气 。 含有大量甲烷(> 90%)和少量乙烷、丙烷。湿气: 除含有较多的甲烷 (< 90%) 、乙烷外,还含有少量易挥发性液态烃的蒸汽 (如戊烷、己烷、辛烷 )。天然气按烃类的组成分类:代油气成因理论及生储盖要素地壳上生成的石油和天然气是形成油气藏的物质基础,掌握了油气生成及其活动规律,进而认识油气藏的形成和分布规律,才能正确的指出找油方向,有效地部署油气勘探工作。因此,正确解决油气成因问题,有着重要的理论意义和实际意义。31百年未决案 —— 油气成因大争论油气成因之争是 20世纪地质科学中争论的最为激烈的问题之一。对于油气成因问题的认识,基本上可以归纳为 无机生成和有机生成 两大学派。32石油是 古代生物 生成的,这一观点也被大多数学者认同,然而,随着全球范围内石油勘探难度的增加和人们对油田认识的加深,越来越多的现象用“石油有机成因”的理论无法或难以解释,尤其 在火星上发现大量甲烷气体 以后,长期“失宠”的无机成油理论又重新受到世界石油地质学家的普遍重视。百年未决案 —— 油气成因大争论33与传统石油有机成因理论相悖的现象( 1)一些地区为什么找到了大约 15亿年前形成的石油?按照传统的石油地质与生物学理论,当时的生物量并不足以形成石油。( 2)为什么在不含生物的地层中也能找到石油?( 3)为什么许多大型油气田都分布在地壳的大型线状断裂带上?( 4)为什么一些油气都与大山脉相邻?( 5)为什么世界上许多油田的汞含量都很高?为什么一些油气区的氦含量也高的惊人?341876年,门捷列夫在实验室通过无机合成得到碳氢化合物。33 地球形成时期,温度很高,使碳和铁变为液态,互相作用形成碳化铁,由于它们密度比较大,保存在地球深处。后来,地表水沿地壳裂隙向下渗透,与碳化铁作用产生碳氢化合物(石油蒸汽),其在上升的过程中冷凝在地层的孔隙中。第一个提出油气无机成因假说的人是俄国著名化学家门捷列夫。由来已久的 “ 石油无机生成理论 ”此外,还有 宇宙说 、 岩浆说 等理论。35在石油有机成因与无机成因的大辩论中, 有机成因论始终占居优势, 因为:迄今为止,世界上很多大型油气田都是以这一理论为指导找到的;而且在石油中已经发现了丰富的、来源于生物体内的有机质和生物标记化合物。有机成因说36有机成因理论现代科学理论认为,原始有机物质在一定的环境和条件下被埋藏下来,在一定的深度、温度等适宜条件下,经历生物化学、热催化、热裂解、高温变质等阶段,陆续转变为石油和天然气。生物体 是生成油气的最初来源,其中, 细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物 是沉积物中有机质的主要供应者。37早期的沉积有机质和沉积物在沉积压实作用下,不断被埋藏到较深的部位。在正常的地质条件下,需经过 5000~10000年才能形成一米厚的沉积层。沉积物中的沉积有机质经过微生物降解、缩合作用转化为不溶于有机溶剂的物质 —— 干酪根 ,它是生成大量石油及天然气的先驱。干酪根成油说38干酪根( 来源于希腊 其含义是蜡。最初是被用来描述苏格兰油页岩中的有机质经过蒸馏后能产出的类似蜡质的粘稠石油。干酪根是沉积有机质的主体,约占总有机质的 80%其没有固定的化学成分,主要由碳、氢、氧和少量硫、氮组成,成分和结构复杂。干酪根的形成同时伴随着与氧化作用破坏有机质的竞争。在氧化环境中,许多小生物分子在形成地质聚合物前就受到细菌破坏。而在还原环境内,细菌活动减弱,为地质聚合物保存提供了有利条件,有助于干酪根的形成。39绿河页岩干酪根结构图解A— 微弱演化 B— 强烈演化40根据生物来源,把生油母质的干酪根分成三大类:第一类为 腐泥型 有机质,生物来源主要是水中的浮游动植物,为 1型干酪根 ,属质量 最好 的有机质。第二类为 腐殖型 的有机质,生物来源主要为高等植物,为3型干酪根 ,属质量 较差 的有机质。第三类是介于二者之间的混合型有机质,为 2型干酪根 ,是质量较好的有机质。41石油和天然气生成条件的比较生成条件 石油 天然气原始有机质 以 低等动植物 中的脂肪和类脂化合物、蛋白质、碳水化合物为主比石油的原始有机物质更广泛,除生油原始物质可生气外, 高等植物 中的木质纤维也可生气。此外,天然气还可有无机来源。生成环境 必须在 乏氧还原或强还原 环境中才有利于生油除还原或强还原环境外,在有氧气存在的 弱还原环境中 也可生成天然气。42石油的生成过程①古代富含有机质的浮游生物的遗体,在古沼泽、湖泊、江河、海洋中随泥沙一齐沉积,分散在沉积层中;②生成的含有机质的沉积层逐渐被新的沉积物所覆盖,形成更厚的沉积层,造成了缺氧的还原性环境,使生物遗体保存下来;③ 这些 生物遗体经历地质、生物、物理和化学等多方面的作用,生成石油烃类。43油气有机成因模式44由石油生成的过程可以看出,生成石油的原始环境为:①要有比较广阔的低洼地,曾长期为浅海或面积较大的湖水所淹没;生油环境②这些低洼地区的周围,需要有大量的生物繁殖;同时在水中也要有极大量的微体生物繁殖;③需要有适当的气候,利于大量生物繁殖和发育;④需要有陆地上经常输入大量泥、沙到浅海或大湖中去;⑤需要存在有机质残骸转化成油的各种外部物理化学条件。45( 1) 还原环境:即缺氧环境 。石油生成的理化条件:( 2) 温度:沉积有机质随着埋藏深度的加大 , 当温度升高到一定数值时有机质才能大量向石油转化 。中国东部的松辽盆地地温梯度高 ( ) , 生油门限深度仅 1200米 , 而西部的盆地地温梯度低 ( 2~) ,生油门限深度达 2000~3000米 。( 3) 压力:一定的压力对生成石油有促进作用 。( 4) 时间:地质条件下有机质转化成石油的速度较慢 , 所需时间以百万年计 。 一般来说 , 温度越高 , 所需时间越短 。46为什么有的地方多产石油,而有的地方多产天然气?主要决定因素有两点:( 1)有机质类型的差异是决定生油还是生气的最基本条件。( 2)有机质的成熟度及演化史是生成石油或天然气的关键因素。
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