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第二章 成藏地球化学1

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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讲 授 内 容第一章 成藏地质学的研究目的和内容第二章 成藏地球化学第三章 成藏年代学第四章 成藏动力学第五章 大油气田形成理论第六章 非常规油气藏第二章 成藏地球化学第一节 成藏地球化学研究内容与方法一、成藏地球化学的研究内容二、成藏地球化学的研究方法三、成藏 地球化学的应用第二节 油藏地球化学一、 油藏流体的非均质性及其成因二、 油藏内流体的混合作用三、油气层及油气水界面的确定四、有机隔层 ——焦油席研究五、油藏流体连通性与分隔性研究第三节 运移地球化学一 、 运移过程中石油组分的分馏作用二 、初次 运移的地球化学示踪特征三 、二次 运移的地球化学示踪特征成藏地球化学是 20世纪 80 年代中后期新兴的一门地球化学分支学科。一、研究内容1、油藏中流体和矿物的相互作用2、油藏流体的非均质性及其形成机理3、探索油气运移、充注、聚集历史与成藏机制第一节 成藏地球化学研究内容与方法二、研究方法1、 油气地球化学分析(包括 、氧杂原子的化合物,主要包括非烃和沥青。这些化合物又称极性化合物。,通过吸附在矿物表面上,可能影响储层的润湿性。2、岩心抽提物分析;3、流体包裹体分析。第一节 成藏地球化学研究内容与方法三、主要应用1、在勘探方面的应用( 1)确定源岩类型和成熟度( 2)确定油气充注点和运移路线,恢复充注历史( 3)油藏封闭性评价2、在油气评价和储层评价中的应用( 1)流体界面确定( 2)油藏连通性确定( 3) 4)焦油席的确定( 5)与脱沥青有关的开采问题第一节 成藏地球化学研究内容与方法1、油藏内流体的非均质性表现原油物性、油气比、族组成、同位素组成、分子组成在油藏内部的变化。2、非均质性的成因——同源不同期原油的运移作用——水解作用和生物降解作用——重力作用和焦油席的形成——原油的热蚀变作用——流体 油气运移过程中的分馏作用第二节 油藏地球化学 一、油藏流体的非均质性及其成因1995)认为,造成油藏内部流体不同规模上的非均质性的原因可能是不同的。( 1) 1~几十公里范围内的横向成分梯度指示:——区域性的石油充注方向(油气比、成熟度);——生物降解油田中区域性水流方向(正烷烃浓度);——大规模流体流动屏障的存在(成分阶梯)。(2) 10~100—反映油藏在垂向上存在分隔层。(3)几十微米~分子级规模的非均质性:——与油层的表面化学以及流体包裹体中的古流体作用有关。第二节 油藏地球化学 一、油藏流体的非均质性及其成因油气的充注过程:石油首先进入具有最低孔隙排烃压力的高孔高渗层中;随着更多石油的注入,浮力增大,致使石油较小的孔隙注入,并把残余地层水排出。由此,造成油藏形成时存在着纵向和横向上的差异性和非均质性。第二节 油藏地球化学 一、油藏流体的非均质性及其成因进入储层中的石油,一旦达到较高的含油饱和度,为达到力学和化学上的平衡,石油柱内石油的化学组成将进行重新分配,即发生混合作用。混合作用包括以下3种机理:1、密度驱动混合作用地下烃类因密度差异而处于不稳定状态,产生流体对流混合现象。2、扩散作用油气向油藏充注时,由于原始化学组分的非均质性而产生分子扩散作用,这种作用导致物质重新分配,清除侧向上的浓度梯度,建立垂向上由重力分异而形成的浓度梯度。3、热对流混合作用由于地温梯度变化导致流体发生热对流。二、 油藏内流体的混合作用第二节 油藏地球化学运用岩石热解、棒色谱、气相色谱、质谱等分析技术,通过分析储层岩心和岩屑中残余油的变化,可以确定油气层的分布以及油气水界面的位置。1、运用棒色谱法确定含油带与贫油带三、油气层及油气水界面的确定第二节 油藏地球化学2、运用岩石热解方法( 溴分析方法确定油气水界面岩石热解法最早用于烃源岩的评价,近些年来也被广泛用于油藏地球化学研究及油气层评价。三、油气层及油气水界面的确定第二节 油藏地球化学运用岩石热解法还可以确定油藏油质特点或烃类性质。三、油气层及油气水界面的确定第二节 油藏地球化学在一些油藏的贫油带和含水区内,常可以发现呈席状分布的焦油席( 一般分布在石蜡型原油的油藏中。焦油席(以往又译为沥青垫),是指油藏底部或油藏内部一种密度大于 度在 称为超重油,厚度一般 1~2m。焦油席主要代表原地不可采的油,其出现将有损于油藏质量。在采油过程中可能发生脱沥青作用,造成底渗透油层的堵塞,形成“死油”。四、有机隔层 ——焦油席研究第二节 油藏地球化学焦油席的成因有以下几种:四、有机隔层 ——焦油席研究第二节 油藏地球化学油藏连通性与分隔性研究是油气田开发中一个十分重要的问题。常规的油藏描述只着眼于储层的非均质性,主要研究储层的空间分布规律及其对油层连通性的影响。油藏地球化学研究表明,砂层连通体不一定等同于流体连通体,因为油层内可能存在由各种原因形成的有机隔层(焦油席),从而导致油藏内部实际上是分隔的,出现“储层连通,油层分隔”的现象。因此,油藏地球化学方法可以更准确地确定储层内流体的连通性和分隔性。其方法包括:——根据原油总体积组成的变化研究油藏内流体的流动屏障;——根据原油组成的色谱指纹特征的变化研究流体流动屏障;——根据油田水组成的变化研究油藏内流体的流动屏障;五、油藏流体连通性与分隔性研究第二节 油藏地球化学1、根据原油总体积组成的变化研究油藏内流体的流动屏障油藏的气 /油比、凝析油 /气、泡点压力和密度等 图反映英国北海 、油藏流体连通性与分隔性研究第二节 油藏地球化学五、油藏流体连通性与分隔性研究第二节 油藏地球化学2、根据原油组成的色谱指纹特征的变化研究流体流动屏障气相色谱指纹分析技术是在色谱 统进行原油饱和烃气相色谱分析,从气相色谱图上固定选择一批配对的相关烃类,计算每对化合物的相对组成,采用极坐标方式绘成气相色谱指纹分布的星状图,可用来区分原油族群,判别油藏液体的连通性。五、油藏流体连通性与分隔性研究第二节 油藏地球化学实例一:南中国海某油田地质分析认为,该油田 力数据对比不能作出结论,但烃类气相色谱指纹明确显示 口井是不连通的。五、油藏流体连通性与分隔性研究第二节 油藏地球化学实例二:刚果 、 与 R/、油藏流体连通性与分隔性研究第二节 油藏地球化学五、油藏流体连通性与分隔性研究第二节 油藏地球化学实例三:南意大利亚德利亚海某油田问题: 井的轻质油是否连通?井的重油和轻油不连通, A、 、油藏流体连通性与分隔性研究第二节 油藏地球化学第三节 运移地球化学 一 、 运移过程中石油组分的分馏作用石油在运载层中运移时,由于油气组分与运移介质之间物理 组分的复杂混合物将发生不同程度的分异作用,导致石油的组成和性质发生一系列的变化,简称 分馏作用 。影响因素:吸付扩散溶解 。第三节 运移地球化学1. 族组成⑴ 泥 ( 页 ) 岩烃 /非烃低 , 砂岩烃 /非烃高;⑵ 泥页岩非烃较多 , 砂岩 非烃较少 ( 运移强 )⑶ 运移方向上 , 距离增加 , 烃 /非烃逐渐增大;⑷ 砂岩层内上 、 下界面附近 , 烃 /非烃较高 ( 与页岩排烃有关 ) 。不同组分运移的相对难易顺序为:① 烃类化合物较易 , 非烃 、 沥青质较难;② 饱和烃较易 , 芳烃较难;③ 低环数芳烃较易 , 多环数芳烃较难 。一 、 运移过程中石油组分的分馏作用第三节 运移地球化学2. 不同碳数的烃类( 1) 主要含油段位于生油门限之上 , 说明烃类由下向上纵向运移;( 2) 9, 14轻质烃 、 高浓度异常的样品 , 上 、 中 、 下三个含油带都存在;( 3) 35高异常样品只存在下部含油带 , 说明低分子量烃类较高分子量烃更易运移 , 同时说明轻质烃纵向运移失去一部分轻质烃 。一 、 运移过程中石油组分的分馏作用一般说来,随运移距离增加,低分子烃 /高分子烃的比值是增加的。第三节 运移地球化学 一 、 运移过程中石油组分的分馏作用第三节 运移地球化学 一 、 运移过程中石油组分的分馏作用第三节 运移地球化学 一 、 运移过程中石油组分的分馏作用第三节 运移地球化学 一 、 运移过程中石油组分的分馏作用3. 正构烷烃和异戊二烯型烃一般来说 , 随运移距离增加 , 低分子正烷烃的丰度具有较明显增大 , 且高比重原油的分馏作用较低比重原油更显著 。 多数实验也表明 ,低分子烃比高分子烃更容易运移 , 说明低分子烃运移能力强 。研究发现:Pr/ 比源岩残余烃要低 , 或者按运移烃中的 因此 , Pr/第三节 运移地球化学 一 、 运移过程中石油组分的分馏作用第三节 运移地球化学 一 、 运移过程中石油组分的分馏作用4. 甾烷和萜烷类化合物( 1) 甾烷和萜烷是高分子量的多环烷烃 。 运移能力不及正烷烃 。( 2) 在不同环数的萜烷类化合物之间 , 低环数萜烷比高环数萜烷运移能力强 。( 3) 不同立体异构体运移能力有差别 。甾烷 αββ组分比 ααα组分易于运移 , 单芳甾烷比三芳甾烷更易运移 ,长链三环萜比藿烷易于运移 。第三节 运移地球化学 一 、 运移过程中石油组分的分馏作用5. 稳定性碳同位素由于正烷烃同位素较轻 , 异构烷烃和环烷烃较重 , 正烷烷运移较快 , 异构烷烃和环烷烃运移较慢 。 随运移距离加长 , 饱和烃 δ13低 , 原油也同样降低 , 但石油变化较复杂 。总规律是: 高极性组份运移较慢 , 低极性组分运移较快;芳烃较慢 , 饱和烃较快;高分子烃较慢 , 低分子烃较快 。根本原因: 与岩石吸付 , 烃类分子大小有关 。第三节 运移地球化学 二 、初次 运移的地球化学示踪特征1.根据烃源岩在纵向剖面上地球化学指标的突然变化,确定烃源岩排烃的深度和时期一般来说,在纵向剖面上,受沉积环境控制,有机质成分和性质在一定范围内变化较小 ,含烃量的变化基本上取决于深度,也就是取决于热演化程度。地层中的烃含量在大量生烃阶段 , 正常的趋势应当是:随埋深的增加而增加 。 但在到一定深度段往下 , 若烷烃含量突然减少 , 这一现象最合理的解释就是初次运移的结果 , 同时 , 非烃和沥青质也突然减少 , 说明它们和烷烃一起运移 。第三节 运移地球化学 二 、初次 运移的地球化学示踪特征① “A”、总烃、 “ A”/有机碳、总烃 /有机碳 :在成熟烃源岩中其含量或比值应保持不变,发生初次运移的深度段其含量或比值应降低,运移的规模越大,递减量也越大。② 利用 Pr/ Ph/ 2 、 ( /( 来表示运移 。一般正构烷烃分子越小 , 越易运移或运移距离越远 。 因此 , 发生运移的深度段这些比值降低 。③ 利用热解色谱 2) 指示运移一般热解色谱蒸发烃量 ( 与总烃含量相当 , 在未发生运移的部位保持稳定 。 在运移的深度段上其含量或比值下降 , 可视为运移 。目前,常用的指标有:第三节 运移地球化学 二 、初次 运移的地球化学示踪特征需注意的原则:上述研究思路建立在一定研究基础之上:① 必须是烃源岩层已进入成熟阶段;② 指示有机质丰度的残余有机碳和镜检显示的酐酪根类型应基本类似 ( 即为成熟烃源岩 ) , 即上述指标的减少是由于运移而减少的 。③ 如烃源岩有机碳的明显减小 , 或酐酪根类型明显变差 。 应该不属于初次运移的结果 , 而是有机质沉积本身变差的原因 。第三节 运移地球化学 二 、初次 运移的地球化学示踪特征2. 通过对砂泥岩质系的密集取样 , 观察排烃现象 , 计算排烃效率和研究排烃机理通过在烃源岩中部 、 边部和紧邻砂岩密集取样 , 对可溶有机质进行地化分析研究 。( 1) 研究正烷烃在排烃过程中的分异作用低碳数正烷烃优先排出 , 厚层泥岩中部呈双峰型 , 边部后峰型 , 砂岩前峰型 。( 2) 研究生油岩含烃量 ( 泥岩中部 → 边部 → 紧邻砂岩的顶底 )在成熟阶段没有不排烃的烃源岩 , 在不同的部位上只有排烃多少和快慢的差别 。 排烃在由烃源中部到边部呈连续状 , 只是由于边部排烃速度比中部的补给速度大 , 才形成含烃量向边部递减 。也正是含烃量有差异 , 才进一步说明烃源岩中部也并非没有烃类排出 。第三节 运移地球化学 二 、初次 运移的地球化学示踪特征( 3) Ⅲ 型与 Ⅱ 型正烷烃相对排烃率差别研究发现 Ⅲ 型正烷烃排出率随碳数的增加而迅速递减 , 分异效应明显 。Ⅱ 型变化不大 , 说明不同类型烃源岩 , 排烃机理和运移不同 。Ⅲ 型以产气为主 , 少量的油溶于气中运移 , 因此溶解度大的低碳数烷烃优先排出 , 分异现象明显 。Ⅱ 型以生油为主 , 少量气溶于油中整体运移 , 几乎无分异效应 。第三节 运移地球化学 二 、初次 运移的地球化学示踪特征第三节 运移地球化学 三 、二次 运移的地球化学示踪特征利用有机地化指标研究石油天然气的二次运移的核心是利用在运移过程中地球化学指标发生相对有规律的变化来追索运移路线 。一般来说 , 地球化学指标变化是绝对的 , 而不变则是相对的有条件的 。石油天然气在运移中随物化条件的变化 , 必然引起自身在成分上 、性质上的变化 , 与实验室的色层分析极为相似 。第三节 运移地球化学 三 、二次 运移的地球化学示踪特征1、 根据原油组分和性质变化确定油气运移方向随运移距离增大:非烃化合物含量相对减少;高分子烃类化合物含量及芳烃含量相对减少;造成沿运移方向主峰碳降低 , 轻重比值增加;轻重芳烃比值增大;δ13C/12烷中 αββ比 ααα易运移 , 重排甾烷比规则甾烷易运移;低环数萜烷比高环数萜烷易运移 。如在运移中氧化作用占主导地位 , 则出现相反变化规律;密度 、 粘度变大 , 下部油质轻 、 上部油质重等 , 必须具体情况 , 具体处理 。(一)石油二次 运移的地球化学示踪特征第三节 运移地球化学 三 、二次 运移的地球化学示踪特征第三节 运移地球化学 三 、二次 运移的地球化学示踪特征2、根据原油含氮化合物变化确定运移通道和方向原油中的含氮化合物具有 中性吡咯结构 对于 碱性吡啶 形式的优势。碱性(吡啶)物质比中性(吡咯)物质受到更强烈的吸附。在吡咯型化合物中,咔唑、苯并咔唑、二苯并咔唑发生明显的运移分馏作用,原油中相对富集咔唑,而源岩相对富集苯并咔唑。咔唑异构体的分异作用:原油中相对富集氮遮蔽异构体,源岩中相对富集氮暴露异构体。3、根据成熟度梯度研究油气充注方向成熟度最高的原油最靠近原油充注点。第三节 运移地球化学 三 、二次 运移的地球化学示踪特征第三节 运移地球化学 三 、二次 运移的地球化学示踪特征(二)天然气二次 运移的地球化学示踪特征1、组分变化干燥系数或甲烷含量的变化:一般随运移距离而增大;般随运移距离而增大;Δ般随运移距离而增大;般随运移距离而增大;2、成熟度梯度变化一般随运移距离而降低。3、同位素组成变化一般随运移距离而降低。第三节 运移地球化学 三 、二次 运移的地球化学示踪特征第三节 运移地球化学 三 、二次 运移的地球化学示踪特征第三节 运移地球化学 三 、二次 运移的地球化学示踪特征本章作业1、试述油藏流体的非均质性及其成因。2、分析油藏内流体的混合作用。3、简述确定油气层及油气水界面的地球化学方法。4 、试述 运移过程中石油组分的分馏作用。5 、试述初次 运移的地球化学示踪特征。6 、试述石油二次 运移的地球化学示踪特征。7 、试述天然气二次 运移的地球化学示踪特征。第二章 成藏地球化学
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