1、绪 论一、油气在国民经济中的地位 石油工业的血液！ 全球最主要能源：70年代：美国油气占一次性能源消耗的70%以上；中国：现今能源消耗中，油气不到30%，其中气占的比例更少（煤占70%以上） 润滑油料 化工原料-其重要用途：染料、农药等化肥三大合成材料：合成纤维、合成橡胶、合成塑料二、石油工业的历史 国外：1859年，美国宾州Drake E.L. 世界上第一口井，只有21.69m1925年：美国年生产1.2万m3的石油，全球最大1917年，委内瑞拉马拉开波油田的发现，成为二战期间生产石油最多的油田，对同盟国胜利产生了这样影响。直到1960年，美国一直是全球最大石油生产国（全球50%以上）60年
2、代：分水岭-生产严重过剩，OPEC诞生；石油生产中心转移至中东、西伯利亚70年代：国际上一些超大型油田的发现：英国北海；美国墨西哥湾 国内：中国有文字记载的开发利用石油有2000多年了：东汉（32-92）班固著“汉书”中记载：“高奴（今延长县）有洧（音同伟）水可燃”；9世纪唐朝北史西域记中记载“（龟兹国）西北大山中，有如膏者流出成川。行数里入地，状如醍醐，甚臭”。新疆库车一带远在1000多年前就发现了如奶酪一样粘稠的沥青，具有臭味。“石油”这一名词，是由我国伟大的科学家沈括在梦溪笔谈中最先提出的：针对高奴一带的“脂水”，记述：“石油.生于水际沙石，与泉水相杂惘惘而出”，“此物后必大行于世，盖石
3、油至多，生于地中无穷，不若松木有时而竭”我国最早利用天然气煮盐：盐井-四川2000年前自流井气田四川发现的汉代砖画：显示利用天然气煮卤水制盐我国近代石油工业中国第1口油井：台湾苗栗地区，1878年，用顿钻钻至120m；大陆：1907年8月，陕北延长县钻出第一口井；1934年：陕北油矿处成立，是我国第一个专门机构，标志着中国石油工业的开始；中国近代真正工业意义上的油田玉门油田；1938年设置甘肃油矿筹备处，1939年于老君庙打下第一口井，39年8月日喷原由10吨。我国现代石油工业我国现代石油工业 - -玉门油田的开发，有力地支持了中国的抗日战争玉门油田的开发，有力地支持了中国的抗日战争建国后第一
4、个大型油田：克拉玛依油田建国后第一个大型油田：克拉玛依油田大庆油田的发现：大庆油田的发现：19551955年始，开始地质普查，年始，开始地质普查，19591959年年9 9月月2626日，日，松基松基3 3井喷出高产油流，从而发现了大庆油田。大庆油田已经井喷出高产油流，从而发现了大庆油田。大庆油田已经稳产稳产50005000万吨以上达万吨以上达2020多年了，至少还可以稳产多年了，至少还可以稳产1010年以上，年以上，是中国最大的国有企业。是中国最大的国有企业。之后，我国又陆续发现胜利、辽河等油田。之后，我国又陆续发现胜利、辽河等油田。当前我国石油工业的战略是：稳定东部，开发西部当前我国石油工
5、业的战略是：稳定东部，开发西部石油战线诞生出“铁人精神”开拓新领域塔里木盆地，是我国最大的陆上未开发盆地，是中国未来油气的希望所在，已经是我国最大的气源盆地，是“西气东输”的起点。第一章 石油天然气性质和成分石油的成分与性质化学成分：Petroleum即“岩液”或“石头油”，是一种成分十分复杂的天然有机化合物的混合物，其中的主要成分是烃（Hydrocarbon）石油的元素组成烃（Hydrocarbon）:从元素上讲，必不可少的元素是C、H; 一般C占84-87%；H占11-14%； Hydrocarbon-占97-99%其它元素：S, N, O。S的高低影响原油的品质，高S（我国大于2%）引起
6、腐蚀和污染，目前北京从2004年10月1日起，使用欧2标准的低硫汽油，2005年7月1日使用欧3更洁净的低硫汽油。汽油的标号：90、93、97、98反映的是抗爆系数，标号越高，燃烧更好，更有动力。烃类组成： 烷烃：CnH2n+2，属直链饱和烃；自然界第一种气态烃是甲烷，气态烃的碳14个，第一种液态烃是正戊烃，液态烃的碳原子516，第一种固态烃是正十七烷烃。 环烷烃：CnH2n ，由环状烃组成 ,一般为液态，由碳的数目决定名称，三员环、四员环和五员环等，多为五员环或六员环。 芳香烃：具有苯环（6个碳原子和6个氢原子） ，是不饱和烃。芳香烃含量高的石油沸点高，不易燃。石油的非烃组成含硫化合物含硫化
7、合物 硫是石油中的有害物质，硫的含量是评价石油质量的一项重要指标。 高硫石油：S2%； 低硫石油：S0.5%； 含硫石油：S =0.52%之间。 西北的石油一般低硫，大庆油田和胜利油田低硫，辽河油田高硫。 含氮万分之一至千分之几。主要为吡啶、喹啉、异喹啉和吡咯、卟啉、吲哚和咔唑等，是重要的西药原料。 千分之几，以有机化合物状态存在，称为“石油酸”。溶于石油，但不溶于水。颜色： 白色、淡黄色、黄褐色、深褐色、黑绿色至黑色，多数为深褐色。胶质和沥青含量越高，颜色越深。比重：20摄氏度时，一般介于0.751.00之间，比重大于0.90的为重质石油，小于0.90的为轻质石油。粘度：1泊=1达因的切力作
8、用于液体流动速度为1厘米/秒移动1厘米每平方厘米。石油是粘性流体。厘泊=1/100泊。 大庆油田的石油粘度为1922厘泊。荧光性：在紫外线照射下发出荧光，是一种冷发光现象，常用于检测岩芯是否含油。饱和烃不发光，芳香烃和非烃发光。轻质油发浅兰色，含胶质多的石油一般发绿或黄色，含沥青多的石油发褐色荧光。旋光性：当偏光通过石油时，偏光面会发生旋转，这个角叫旋光角，多数为右旋，一般随含油地层年代的增长而减小。溶解性：石油难溶于水，而易溶于有机溶剂，如：氯仿、四氯化碳、苯和石油醚、醇等。天然气：广义讲自然界所有天然形成的气体均可以称天然气。狭义的天然气是气态烃和非烃气。天然气的化学成分天然气的化学成分
9、气态烃以甲烷为主，非烃气以N2 、CO、 CO2、 H2S、 H2，Ar、He气。天然气类型天然气类型 1 气藏气； 2 气顶气；3 溶解气；4 凝析气；5 固态气体水合物。 1 气藏气：不与石油伴生，单独聚集成藏，为纯天然气气藏。甲烷占气藏气体成分的95%以上。 2 气顶气：与石油共生，位于油气藏的顶部，重烃气含量可达百分之几或几十，仅次于甲烷，属于湿气。 3 溶解气：溶于水或石油的天然气，常溶于饱和或过饱和的油藏中，重烃气高达40%。 4 凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发（可逆裂解）为气体，称为凝析气，一旦采出后，由于地表压力、温度降低而凝结为轻质油，即凝析油。一般分布
10、在地下3000-4000米深处。 5 固态气体化合物：在海洋底特定压力和温度条件下，甲烷气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，形成固态气体化合物，成为“天然气冰”，或“天然气水合物”。最早前苏联在西伯利亚北极永久冻土带发现气体水合物气田“麦索亚卡气田”。1980年美国在墨西哥湾发现海底天然气水合物岩芯。天然气溶于石油和水。天然气的热值很高 热值：每立方米天然气燃烧时发出的热量，单位：大卡/立方米。 天然气的热值一般800020000大卡/立方米， 而石油为10000大卡/千克，煤仅为4000大卡/千克。 可见，天然气的热值最高，燃烧最充分，效率最大，污染最小。第二章第二章 石油天然气的成因
11、石油天然气的成因 无机成因论 无机成因论以前苏联学者为代表， 19世纪晚期，俄国门捷列夫认为，地球深处的金属碳化物在高温下与水起反应，生成乙炔（C2H2），随后凝聚成烃认为石油来源于地壳深部和地幔，地幔内含烃类物质。认为有机论无法解释巨大的石油资源量，有些油田的石油资源量远远超过沉积物的生烃量。有些天然气确实来源于地幔。 有机成因论 有机成因论为石油地质学的主导思想，几乎所有的石油天然气田都位于沉积盆地内，烃源岩是沉积岩，烃源于有机物干酪根。理论和实践均证明了烃的有机成因。世界上已经发现的油气田99.9%都分布在沉积岩中。世界上25个大型含油气盆地占世界发现石油总量的86%。从前寒武纪至第四纪
12、各个时代岩层中均发现了石油，都与沉积岩的分布，与煤和油页岩的分布密切相关。世界上没有化学成分完全相同的两种石油，也没有成分完全相同的石油。这与石油的同源性和生成环境的不同有关。石油和煤的灰分均富集V, Cu, Ni, Co, 说明石油和煤具有相似的成因。石油是低温条件下生成的，很少超过100度。油气藏的聚集时间一般100百万年。 碳循环 烃类是自然界碳循环中的一个过渡阶段，碳在自然界是不稳定的，除非是石墨或无机的碳酸盐岩。 地壳中总含碳量：91019kg 火成岩中：1.3 1019kg 水圈、生物圈：5 1019kg 沉积物、沉积岩中： 2.7 1019kg,其中80%是碳酸盐岩中的C 总的有
13、机C：1.2 1019kg,其中 沉积岩中： 1.1000 1019kg 煤+泥岩：15 1015kg 储集层中的石油：1 1015kg 石油成因有机质来源：活的有机体，它们的分泌与排泄，尸体烃类来源基础生物分子：脂类，蛋白质，碳水化合物C要生成烃要C-H结合； 如果C-O结合，则形成CO2； H要与O结合，则形成H2O。由此可以看出，有机质要 转化为烃，H要升高，O要降低，这应该在什么环境下 完成？石油的现代成因模式 在海相和湖相沉积盆地的发育过程中，原始有机质伴随其他物质沉积后，随着埋藏深度逐渐加大，经受地温不断升高，在乏氧的还原环境下，有机质逐步向油气转化。有机质向油气转化的阶段性：（1
14、）无定形草质木质煤质。 随深度加大，温度升高，干酪根的透明度减弱，反射率增大，颜色变深。 干酪根分类化学分类：1型，2型和3型 1型干酪根：具原始氢高含量和氧低含量，H/C原子比介于1.251.75,O/C介于0.0260.12. 以含类脂化合物为主，直链烷烃很多，多环芳香烃及含氧官能团很少。 2型干酪根：原始氢含量较高，但稍低于1型干酪根，H/C原子比介于0.651.25,O/C介于0.010.13. 属高度饱和的多环碳骨架，中等长度的直链烷烃和环烷烃很多，含多环芳香烃及含氧官能团。 3型干酪根：具原始氢低含量和氧高含量，H/C原子比介于0.460.93,O/C介于0.050.30. 以多环
15、芳香烃及含氧官能团为主，饱和链烃很少。 显微组分 干酪根类型 原始有机质 生油潜能 藻质体 1 淡水藻 1 壳质体 2 孢子、花粉 0.71 角质体 2 陆地植物角质层 同上 树脂体 2 陆地植物树脂 同上 脂质体 2 陆地植物类脂化合物，海藻 同上 镜质体 3 陆地植物木质素和纤维素 0.1 惰质体 3 木炭、任何来源的氧化或再循环物质 0石油生成的地质条件石油生成的地质条件 板块、盆地、如：板内裂谷、造山带前陆盆地、山间盆地等。 海相和陆相 海相：浅海、三角洲 陆相：湖泊、三角洲、河流相等。深湖为生油区。 细菌活动、粘土矿物的催化、地热场。 火山气、岩浆气、变质气、地幔气等 生物化学气（沼
16、气，即细菌气）、湿气、凝析气、煤成气一、生油岩二、沉积环境三、有机地球化学 （1）有机质丰度指标 （2）有机质成熟度指标 （3）烃类转化指标四、生烃量的计算 生油层的岩性、岩相和厚度1粘土岩类生油层 包括：泥岩、页岩和粘土等，在一定深度的稳定水体中形成的。在环境安静乏氧，浮游生物和陆源有机胶体能够伴随粘土矿物大量堆积、保存并向油气转化，由于粘土岩富含有机质及低铁化合物，颜色多呈暗色。2碳酸盐岩类生油层 在低能环境下形成的富含有机质的石灰岩、生物灰岩和泥灰岩为主。 最有利的生油岩相是浅海相、三角洲相和深水湖相。 浅海相的碳酸盐岩类和粘土岩类都是具备很好的生油条件，多处于广海大陆架和潮下带的局限海
17、，属持续低能环境，盆底长期稳定沉降，气候温暖湿润，生物繁盛，水体安静，长期的还原环境使丰富的有机质得以顺利堆积、保存并向油气转化。 三角洲相属于长期快速沉降地区，以富含有机质的暗色页岩沉积为主，由河流搬运来的最细粘土悬浮物质和胶体物质沉积而成，既含海相生物化石，又含陆源有机质，迅速埋藏和保存，有利生油。 陆相生油层深水湖相：我国半个世纪的石油勘探实践证明，深水-半深水湖相是陆相生油层系发育的有利环境，这里是具备有机质含量丰富，加上水流弱、波浪小、静水沉积、水底还原等良好的生油条件，尤其是在主要生油层系沉积时期处于近海地带的深水湖盆更为有利，如：渤海。 三、生油岩地球化学（有机地球化学）三、生油
18、岩地球化学（有机地球化学）1有机质的丰度指标有机质的丰度指标 有机质丰度指标有机质丰度指标剩余有机碳含量剩余有机碳含量，指岩石中残留的有机碳含，指岩石中残留的有机碳含量，以单位重量岩石中有机碳的重量百分数表示。量，以单位重量岩石中有机碳的重量百分数表示。 生油层内油气生成逸出后，岩石中残留下来的有机质中的碳含量，生油层内油气生成逸出后，岩石中残留下来的有机质中的碳含量，就是今天在实验室所测定的值，故称就是今天在实验室所测定的值，故称剩余有机碳含量剩余有机碳含量。 因仅有很少的一部分有机质转化为油气，大部分残留在生油层中，因仅有很少的一部分有机质转化为油气，大部分残留在生油层中，因此，剩余有机碳
19、可以近似表示生油层的有机质丰度。因此，剩余有机碳可以近似表示生油层的有机质丰度。 近些年来，我国利用近些年来，我国利用氨基酸总量、氨基酸总量氨基酸总量、氨基酸总量/剩余有机碳含量的剩余有机碳含量的比值比值，作为沉积岩中有机质的丰度指标。一般，氨基酸总量越高，作为沉积岩中有机质的丰度指标。一般，氨基酸总量越高，氨基酸总量氨基酸总量/剩余有机碳的比值越低，属于好生油层。剩余有机碳的比值越低，属于好生油层。 是一组富氧的显微组分，由同泥炭成因有关的腐殖质组成，具镜煤特征。 测定镜质体反射率研究煤的碳化程度已有很长历史，但是广泛用于研究分散有机质的热演化程度只不过是20多年来的事。干酪根的光学研究结果
20、表明，其基本成分为镜质体碎片和非晶质有机物。镜质体是以芳香环为核，带有不同的支链烷基。在热演化过程中，链烷热解析出，芳环稠合，出现微片状结构，芳香片间距渐缩小，致使反射率增大、透射率减小、颜色变暗，这是一种不可逆反应。所以，镜体反射率是一项衡量生油岩经历的时间-古地温史、有机质热成熟度的良好指标。 镜质体反射率与成岩作用关系密切，热变质作用愈深，镜质体反射率愈大。 镜质体反射率用来表示有机质的演化特征，是显微镜鉴定的最简便方法。 根据干酪根的颜色随着热成熟作用的增进，样品颜色根据干酪根的颜色随着热成熟作用的增进，样品颜色由黄色变为暗褐色至黑色。其中从暗褐色至深暗褐色的转由黄色变为暗褐色至黑色。
21、其中从暗褐色至深暗褐色的转变标志着最大量生成正烷烃的区间。变标志着最大量生成正烷烃的区间。需要指出：在地质条件不同的地区，干酷根的类型会有区需要指出：在地质条件不同的地区，干酷根的类型会有区别，其热成熟特征可能出现在不同范围。如：别，其热成熟特征可能出现在不同范围。如： A热未成熟沉积物；热未成熟沉积物； B热成熟沉积物；热成熟沉积物； C早期变质沉积物；早期变质沉积物；目前国内外常用的有下列几种： 岩石中溶解于有机溶剂的物质，称为可溶性沥青。这些溶剂可以是氯仿、苯、丙酮等等。有机溶剂从岩样中抽提出来的沥青重量与岩样重量之比，即为可溶性沥青含量。还原性组分含量高的岩石可定为生油岩。2 指可溶性
22、沥青中的总烃含量及其中的正烷族、环烷族、芳香族烃的含量。总烃含量高、正烷烃含量也高，表明有机质向石油转化程度高； 原油与其生油岩共同含有的并不受运移、热变质作用影响的化合物，称为“油源对比指标”。这是根据对成分相似性的认识来追溯生成油气的母岩。 （1）在运移过程中，没有或很少有来自不同生油层的油气混杂。 （2）分布在岩石和原油中的特征化合物，性质稳定，在运移和热变质过程中很少或几无损失。 由于原油与生油岩中的化合物特征不会完全一致，变化程度较大，所以在进行油源对比时，必须将各项指标加以综合对比。 近几年来，开始应用稳定同位素近几年来，开始应用稳定同位素C13进行原油与生油岩进行原油与生油岩对比
23、。同位素对比。同位素C13的含量通常用的含量通常用13C来表示，原油抽提物来表示，原油抽提物（可溶性有机质）和干酪根（不溶性有机质）的碳同位素是（可溶性有机质）和干酪根（不溶性有机质）的碳同位素是一种化学性质的特殊参数。一种化学性质的特殊参数。 原油应该与生油岩可溶性有机质具有相同的碳同位素原油应该与生油岩可溶性有机质具有相同的碳同位素成分。于是，将原油或生油岩可溶性有机质的成分。于是，将原油或生油岩可溶性有机质的13C低于低于干酪根的干酪根的13C，定为油源对比效果好，反之则差。，定为油源对比效果好，反之则差。 生油气量的计算方法是油气勘探学家十分关注但未很好解决生油气量的计算方法是油气勘探
24、学家十分关注但未很好解决的的课题。魏泊斯（课题。魏泊斯（1985）提出根据）提出根据热解法计算生烃体积热解法计算生烃体积和排烃体积的和排烃体积的定量模型，用有机碳、氢指数和成熟度三项参数计算生油量和生气定量模型，用有机碳、氢指数和成熟度三项参数计算生油量和生气量。量。 式中式中TOC生油岩有机碳现今实测值，生油岩有机碳现今实测值，%。对。对型干酷根可取生油率型干酷根可取生油率 90%、生成率、生成率10%，对，对型干酷根则分别选用型干酷根则分别选用20%和和80%；HI热解仪实测的氢指数，热解仪实测的氢指数，mg烃烃/g有机碳；有机碳；f干酷根转化系数，反映成熟度，介于干酷根转化系数，反映成熟
25、度，介于0（原始未熟）与（原始未熟）与1（完全成熟）（完全成熟） 之间，根据干酪根类型和镜质体反射率由图之间，根据干酪根类型和镜质体反射率由图2-48求得；求得；K换算系数，根据公制或英制表示时选用不同的换算系数，根据公制或英制表示时选用不同的K值。值。第三章第三章 油气运移及其动力油气运移及其动力第四章第四章 储层地质储层地质砂岩储层（铸体薄片）砂岩储层砂岩中的裂隙：提高连通性生物礁储层构造裂隙储层第五章 油气藏形成的要素和类型 油气藏的形成可以用“生、储、盖、圈运、保”等几个字概括 充足的油气来源，是形成油气藏的首要条件： 盆地内有机质的多少 有机质类型 有机质热演化程度等 常见生油源岩：
26、暗色泥岩和碳酸盐岩 良好的储层与有利的生、储、盖组合生油层生出的油气会储存在什么空间？储层要成为储层的岩石，必须：有空隙，且连通（孔隙度和渗透率）只有储层还不够，其上应有阻挡层使油气不能继续向上逸散-盖层：不具渗透性常见储层：碎屑岩、碳酸盐岩生油层与储层配置有利 有效的圈闭 储层中聚集的油气，如何在局部地区集中？ 圈闭三要素：储集层，盖层，遮挡物 不同的圈闭形成不同类型油气藏 圈闭的有效性：时间、位置、动力条件地下水 必要的保存条件 只有今天还保存着的油气藏，才有意义 油气藏形成后易遭受破坏，是与其它矿产明显不同之处 常见破坏因素： 地壳运动 岩浆活动 水动力条件第六章第六章 含油气盆地的类型含油气盆地的类型全球油气资源的分布 油气资源分布的控制因素 没有盆地就没有石油 盆地分布及类型，取决于大地构造背景 油气资源的分布，还受岩相古地理条件控制全球油气资源分布亚洲美国墨西哥湾油气区中南美洲油气区欧洲油气区前苏联油气区大庆油田区渤海湾油气区胜利油田区陕北油气区四川油气区新疆油气区新疆油气区
