这篇文章是我于23年3月为应对新学期开学的期末考试，根据老师复习课的梳理与课本上整理的知识粗略编写的复习大纲。

参考书目：柳广弟主编 《石油地质学》（第五版）

石油、天然气、油田水的成分和性质

石油

石油又称原油，是以液态形式积存在地下岩石孔隙中，有各种碳氢化合物和少量杂质组成的可燃有机矿产

族分（族组成）和组分

• 族分：饱和烃、芳香烃、非烃、沥青质
• 组分：油质、胶质、沥青质

化学组成

1. 元素组成

   碳、氢、硫、氮、氧

2. 烃类组成

   烷烃、环烷烃、芳香烃

   正构烷烃分布曲线：将不同碳数正构烷烃相对含量在图上连成的一条曲线

   生物标志化合物：植烷、姥鲛烷

3. 非烃化合物

   含硫、含氮、含氧化合物

物理性质

颜色、相对密度、粘度、荧光性

天然气

研究对象（狭义天然气）：与油田和气田有关的气体

主要成分：烃类气体（甲烷、乙烷、丙烷等）与少量非烃气体（二氧化碳、硫化氢等）

产状

气藏气、气顶气、页岩气、煤层气、油融气、水融气、天然气水合物

化学组成

1. 烃类

   甲烷为主，随着碳数增加含量减少

   干气的重烃气（C2+）含量<5%，湿气的重烃气含量>=5%

2. 非烃组成

物理性质

• 相对密度：单位体积天然气与体积空气的质量之比
• 粘度
• 蒸气压
• 溶解性
• 扩散性

油田水

概念

• 广义：油田区域（含油构造）内的地下水，包括油层水和非油层水
• 狭义：油田范围内直接与油层联通的地下水
• 来源：沉积水、渗入水、转化水、深成水

化学组成

水的总矿化度：溶解在水中的无机盐和有机物的总量，通常是以水烘干后所得残渣来确定，单位是g/L

类型

苏林天然水成因分类表

石油天然气的生成与烃源岩

物质基础

有机质主要供应者：细菌、浮游生物、高等植物

• 类脂化合物
• 蛋白质
• 碳水化合物
• 木质素与丹宁

干酪根

• 定义：不溶于一般有机溶剂的沉积有机质/沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机溶剂的有机质。既包括以分散状态存在于沉积岩中的不溶有机质，也包括以几种状态存在于煤中的不溶有机质

• 成分：C、H、O和少量S、N

• 显微组分：腐泥组、壳质组、镜质组、惰质组

• 类型：

  1. Ⅰ型干酪根

     原始氢含量高、氧含量低

     生油气潜能大

  2. Ⅱ型干酪根

     原始氢含量较高，但稍低于Ⅰ型干酪根

  3. Ⅲ型干酪根

     原始氢含量低、氧含量高

     生油能力较差，但埋藏到足够深度时，可以生成天然气

油气生成的动力条件

• 温度与时间作用

  化学条件

  1. 干酪根的反应程度与温度呈指数关系，与时间呈线性关系
  2. 温度和时间具有互补性，高温段时间和低温长时间可以达到相同的反应程度

  地质条件

  1. 干酪根的生油门限：随着埋藏深度的增大，只有当温度升高到一定数值时，干酪根才开始大量生烃
  2. 成熟点：上述成熟温度所在的位置

• 细菌的生物化学作用：厌氧细菌在还原环境下可以分解有机质产生甲烷、氢气、二氧化碳以及有机酸等其他碳氢化合物

• 催化作用与放射性作用

有机质演化与生烃模式

• 有机质的成熟度：在温度作用下有机质的热演化程度
• 四阶段与基本特征
  • 未成熟阶段（生物化学生气）：镜质体反射率（Ro<0.5%），相对分子质量高的正构烷烃在C22~C34范围内有明显的奇数碳优势
  • 成熟阶段（热催化生油气）：镜质体反射率（0.5%<Ro<1.2%）
  • 高成熟阶段（热裂解生湿气）：镜质体反射率（1.2%<Ro<2.0%）
  • 过成熟阶段（深部高温生气）：镜质体反射率（Ro>2.0%）

天然气的成因类型和基本特征

1. 天然气的成因类型划分

   

2. 主要天然气的基本类型

   • 生物成因气
   • 油型气：Ⅰ型、Ⅱ型干酪根进入成熟阶段以后所形成的天然气
   • 煤型气：腐殖型有机质（包括分散的Ⅱ2型干酪根、Ⅲ型干酪根和煤等）进入成熟阶段以后所形成的天然气
   • 无机成因气：不涉及有机物质反应的一切作用和过程所形成的气体

烃源岩

• 概念

  富含有机质、在地质历史过程中生成并排出或者正在生成和排出石油和天然气的岩石

• 岩石类型

  粘土岩类、碳酸盐岩类、煤系烃源岩

• 形成的控制因素

  1. 古生产力
  2. 有机质保存条件
  3. 有机质稀释作用

烃源岩形成的地质环境

1. 大地构造基础条件：长期稳定继承性沉降的大地构造背景

   与沉降速度与沉积速度有重要关系

2. 岩相古地理：海相（浅海陆棚）、陆相（沼泽、深湖、半深湖）、海陆过度相（三角洲）

3. 古气候条件：温暖湿润

烃源岩的地球化学特征

• 有机质丰度

  岩石中有机质的相对含量

  评价指标

  • 总有机碳含量（TOC）：岩石中不溶有机质与可溶有机质中的碳
  • 氯仿沥青"A"含量：是用氯仿从岩石中抽提出来的有机质
  • 总烃（HC）含量
  • 岩石热解生烃潜量（Pg）：Pg=S1（岩石中残留烃）+S2（热解烃）

• 有机质类型的确定

  1. 元素分析法
  2. 显微组分分析法
  3. 岩石热解方法

• 有机质成熟度的确定

  R0：镜质体反射率

  演化阶段	R0
  未成熟阶段	<0.5%
  成熟阶段	0.5%～1.2%
  高成熟阶段	1.2%～2.0%
  过成熟阶段	>2.0%

  Tmax：烃源岩的最高热解峰温，与经验表对比

储集层与盖层

储集层

在底层温度压力条件下能够储存流体并能渗滤流体的岩层

岩石的孔渗性和渗透性

• 孔隙性

  • 岩石中颗粒间、颗粒内和填充物内未被固体物质充填的空间

  • 分类：原生孔隙（碎屑颗粒之间支撑作用形成）、次生孔隙（成岩过程中或成岩之后形成）

• 孔隙度

  • 总孔隙度：岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样总体积的比值
  • 有效孔隙度：互相连通的，在一般压力条件下，可以允许流体在其中流动的空隙体积之和与岩样总体积的比值

• 孔隙度的测定

  直接法——实测孔隙度

  间接法——解释孔隙度

• 渗透性

  在一定压力条件下，岩石本身允许流体通过的能力（岩石对流体的传导性能）

• 渗透率

  表示岩石渗透性好坏

  • 绝对渗透率和覆压渗透率：当岩石为某一单相流体饱和时，岩石与流体之间不发生任何物理—化学反应，在一定压差作用下，流体呈水平线性稳定流动状态时所测得的岩石对流体的渗透率
  • 有效渗透率和相对渗透率：
    • 有效渗透率（相渗透率）：储集层中有多相流体共存时，岩石对其中每一单相流体的渗透率
    • 相对渗透率：岩石中多相流体共存时，岩石对某一相流体的有效渗透率与岩石绝对渗透率之比值，其介于0～1之间

• 孔隙度与渗透率的关系

  • 对于碎屑岩储层，有效孔隙度越大，渗透率越高
  • 对于碳酸盐储层，有效孔隙度与渗透率无明显关系

• 孔隙结构

  决定储集性能的根本因素

  • 喉道：连接两孔隙之间最窄的部位
  • 孔隙：介于嘴狭窄部位左右部分

碎屑岩储集层

• 岩石类型：砂岩、砂砾岩、砾岩、粉砂岩等碎屑沉积岩

• 储集空间类型：原生孔隙、次生孔洞、裂缝

• 影响储集物性的主要因素

  • 物源和沉积环境

    • 碎屑岩的矿物成分
    • 碎屑颗粒的粒度和分选程度
    • 碎屑颗粒的排列方式和球度
    • 杂基的含量

  • 沉积环境的控制

    沉积相因素：较强水动力环境的储集层粒度相对较粗，填隙物少，分选好，储集层物性较好

  • 成岩后生作用

    压实、压融、胶结

  • 次生孔隙的形成

  • 其他因素（人为因素）

碳酸盐岩储集层

• 岩石类型：石灰岩、白云岩、粒屑灰岩、礁灰岩等

• 储集空间：孔隙、溶洞、裂缝

• 影响因素

  • 沉积环境和岩石类型

    • 水动力强或有利于造礁生物繁殖的浅水、高能的沉积环境有利于原生孔隙型碳酸盐岩储集层发育
    • 孔隙发育的岩石多是一些粗结构的石灰岩

  • 成岩后生作用

    部分有利于储级层物性的改善，有些则使之物性变差

    溶蚀作用、重结晶作用、白云石化作用

  • 构造裂缝发育程度

盖层及其封闭性评价

• 盖层：位于储集层之上能够封盖储集层使其中的油气免于向上逸散的保护层

• 分类

  • 岩性：膏岩类、泥质岩类、碳酸盐岩类
  • 分布范围：区域性盖层、局部盖层

• 封闭油气的机理：毛细管封闭机理

• 盖层封闭能力的影响因素：岩性、厚度、压实成岩程度及超压、盖层脆塑性

• 盖层封闭性评价：

  盖层毛细管封闭能力	好	较好	中等	差
  盖层排替压力，MPa	>5.0	5.0～3.0	3.0～1.0	<1.0

圈闭与油气藏

圈闭

圈闭是油气聚集和保存的场所

• 形成条件

  1. 储集层
  2. 盖层
  3. 阻止油气继续运移，造成油气聚集的遮挡条件

• 遮挡条件

  1. 构造遮挡
  2. 不整合遮挡
  3. 岩性变化遮挡
  4. 致密储集层遮挡

• 度量

  • 溢出点：油气充满圈闭后开始溢出的点
  • 闭合面积：通过溢出点的构造等高线所围成的面积
  • 闭合高度：从圈闭的最高点到溢出点之间的海拔高差
  

油气藏

油气在圈闭中的聚集

• 一般特点：受单一圈闭控制，在单一的储集层中具有统一的压力系统、统一的油气水边界
• 度量
  • 油（气）水界面
  • 含油（气）边界和含油（气）面积
  • 油（气）柱高度

圈闭与油气藏的分类

石油和天然气的运移

相关概念

• 初次运移：油气从烃源岩层向储集层的运移

  二次运移：油气进入储集层后的一切运移

• 表面：亮相接触的约几个分子厚的过渡区

  界面张力：不相容的两界面处产生的张力

• 润湿性：固体（或液体）表面上的气体被液体取代的过程

  润湿流体：容易附着在岩石上的流体

  非润湿流体：不容易附着在岩石表面的流体

  岩石的润湿性与矿物成分和流体性质（分子极性）有关

  影响因素：油水分布、流动方式、残留形式、数量

• 溶解作用：两种及以上物质混合成为一个分子状态的均匀相的过程

  扩散作用：物质存在浓度差时顺浓度达到物质平衡的过程

地层压力及其分布

相关概念

• 压力：即物理学中“压强”
• 静水压力：静止水柱的重量产生的压力
• 静岩压力：地下岩石的重量产生的压力
• 地层压力（孔隙压力/孔隙流体压力）：地下岩石孔隙流体承受的压力
• 异常高压：某一深度地层压力明显高于静水压力
• 剩余压力（超压）：地层压力与同等深度静水压力的差值

异常压力的成因

1. 地层孔隙空间压缩
2. 孔隙流体体积增大
3. 流体运动和浮力增压

油气初次运移

相态

• 石油：游离相、气溶相、水溶相

• 天然气：水溶相、游离相、油溶相、分子扩散相

油气初次运移相态演变

• 未成熟阶段：由于石油还未大量生成而地层孔隙度又较大，此时源岩中含油饱和度很低只可能有水相运移

• 成熟阶段：一方面生油量大大增加，另一方面孔隙度又较小，源岩中的含油饱和度变大以致超过临界运移饱和度而发生连续油相运移，随着源岩进一步埋深，在较高温度下，演化进入高成熟的湿气阶段，此时石油可以呈气溶相运移

• 过成熟阶段：石油发生热裂解产生大量甲烷气体，可以产生游离气相和扩散相运移

  所以初次运移相态随埋深的演变规律主要是水溶相—油相—气溶相。对于富含Ⅲ型干酪根的腐殖型源岩来说，因为源岩以产气为主，多以气溶相进行初次运移

主要动力

• 压实作用形成的瞬时剩余压力
• 烃源岩内部异常高压
• 构造应力
• 烃类的梯度浓度

通道

孔隙、微裂缝、缝合线、层理面和干酪根网络

模式

1. 压实排烃模式
2. 异常高压微裂缝排烃模式
3. 扩散排烃模式

油气二次运移

相态

• 石油：游离态
• 天然气：游离态、水溶态、分子扩散态

主要动力

• 毛细管力：一般起阻力作用（考虑润湿相与非润湿相）
• 浮力和重力：浮力为动力，重力为阻力，两者合力即为油的上浮力（考虑油气向上运移）
• 水动力：水的流动必然对油气运移产生影响
• 分子扩散：在二次运移中只是一种次要动力，但在某些特殊地质条件下，分子扩散起重要作用

运移通道

• 微观：孔隙、裂缝、孔洞
• 宏观：渗透性地层（疏导层）、断层、不整合面

运移方向

阶梯状，先垂向，再侧向，再垂向

控制因素

• 地层产状及构造格局
• 水动力
• 优势运移通道分布

疏导体系

从烃源岩到圈闭的油气运移通道的空间组合

油气聚集与油气藏的形成

油气藏形成（形成大油气田的条件）

1. 充足的油气来源

   • 烃源岩的规模与质量
   • 烃源岩的排烃条件
   • 运移条件

2. 有利的生储盖组合配置关系

   生储盖组合

   • 空间配置：顶生式、侧变式、正常式、自生自储自盖式

   • 时间：新生古储、古生新储、自生自储

3. 有效的圈闭

4. 良好的保存条件：盖层、水动力条件、大地构造环境

油气聚集原理

• 力平衡

  差异聚集现象：油气水再

• 物质平衡

• 相平衡

油气藏的破坏作用

破坏地质作用

• 剥蚀与断裂作用
• 热蚀变作用
• 生物降解作用
• 氧化作用
• 水动力作用和水洗作用
• 渗漏和扩散作用

破坏产物

• 次生油气藏
• 油气苗
• 固体沥青

油气藏形成时间确定

• 圈闭发育史
• 烃源岩生烃排烃期
• 流体包裹体形成期次和均一温度
• 储集层自生伊利石同位素年代学分析