石油地質(zhì)學(xué)-第五章

1、石 油 地 質(zhì) 學(xué),Petroleum Geology,第五章 油氣的聚集,第五章 油氣的聚集,圈閉與油氣藏油氣成藏要素油氣聚集油氣藏的再形成油氣藏形成時(shí)間的確定,第一節(jié) 圈閉與油氣藏,一、基本概念（一）圈閉（trap）： 適合于油氣聚集，形成油氣藏的地質(zhì)場(chǎng)所。 圈閉的組成： 1．適合于油氣儲(chǔ)滲的儲(chǔ)集層 2．具有阻止油氣散失的蓋層 3．從各方面阻止油氣繼續(xù)運(yùn)移的遮擋物

2、（二）油氣藏（reservoir）： 單一圈閉中油氣的聚集。 單一圈閉的含義： 1．受單一要素控制的圈閉； 2．受同一面積、同一個(gè)儲(chǔ)集層的控制； 3．具有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)，統(tǒng)一的油氣水邊界。 油藏：圈閉中只有石油的聚集 氣藏：圈閉中只有天然氣的聚集商業(yè)性油氣藏（原工業(yè)性油氣藏，commercial reservoir）：在一定的政治、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件下，具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的油氣藏。,第一節(jié) 圈

3、閉與油氣藏,二、圈閉的度量（一）圈閉的最大有效容積（最大聚集油氣體積） V = F × H × D V -有效容積；F -閉合面積；H –儲(chǔ)集層的有效厚度；D --儲(chǔ)層平均孔隙度；（二）圈閉的閉合高度和閉合面積 1．溢出點(diǎn)（spill point）：油氣充滿圈閉后最先開(kāi)始向外溢出的位置點(diǎn)。 2．閉合面積（closure area）：通過(guò)溢出點(diǎn)的構(gòu)造等高線所圈定的封閉

4、區(qū)面積。又稱：通過(guò)溢出點(diǎn)的水平面與儲(chǔ)集層頂面或斷層面、不整合面、地層尖滅帶相交構(gòu)成的閉合區(qū)面積。 3．閉合高度（the closure）：圈閉中儲(chǔ)集層頂面最高點(diǎn)與溢出點(diǎn)之間海拔高差。,第一節(jié) 圈閉與油氣藏,三、油氣藏的度量（一）含油氣邊緣油--氣（油--水）分界面與儲(chǔ)集層頂面的交線，稱含油外邊界。 油--水分界面與儲(chǔ)集層底面的交線，稱含油內(nèi)邊界。 油藏高度 儲(chǔ)層厚度 邊水

5、 油層含油高度 < 儲(chǔ)層厚度 底水,第二節(jié) 油氣藏形成的基本條件,一個(gè)含油氣盆地內(nèi)能否形成油氣藏，必須具備六個(gè)方面的基本條件，即六大成油要素： 生油層—油氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ) 儲(chǔ)集層—油氣的儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道 蓋 層—封閉油氣，油氣藏的保護(hù)層 運(yùn) 移—油氣從生油層進(jìn)入儲(chǔ)集層，在儲(chǔ)集層中分散→集中過(guò)程 圈 閉—油氣聚集的場(chǎng)所 保 存—油

6、氣藏免遭破壞，得以保存,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,一、充足的油氣來(lái)源—— 形成油氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)（一）衡量油源豐富程度的標(biāo)志 1．生油巖的總體積大小 2．Kerogen的豐度和類(lèi)型 3．沉積有機(jī)質(zhì)的成熟度和轉(zhuǎn)化率 4．生油巖的排烴效率 其中，1、2 兩項(xiàng)取決于： （1）含油氣盆地的構(gòu)造條件→ 坳陷的形成 （2）含油氣盆地的沉積環(huán)境→ 生油凹陷形成 （3）沉積物的沉積速

7、度、保存→ 還原環(huán)境形成 （4）盆地穩(wěn)定下沉持續(xù)的時(shí)間→ 形成適于演化的溫度和壓力 3、4兩項(xiàng)取決于： （1）生油巖的埋藏史和地溫史 （2）生油巖的沉積速率和持續(xù)的時(shí)間 一般情況下，沉積速率高，沉降歷史長(zhǎng)，沉積厚度大的大中型含油氣盆地內(nèi)，油源豐富。但亦有小而肥盆地。,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,（二）盆地油源豐富程度的劃分1．劃分依據(jù) （1）含油氣盆地面積大?。ㄉ蛶r體積大?。?

8、（2）含油氣盆地內(nèi)累計(jì)油氣可采儲(chǔ)量 （3）單位面積可采儲(chǔ)量 2．分類(lèi)方案 將含油氣盆地油源豐富程度分為三類(lèi)： （1）油源豐富盆地：?jiǎn)挝幻娣e可采儲(chǔ)量 > 2萬(wàn)m3 / km2 （2）油源中等盆地：?jiǎn)挝幻娣e可采儲(chǔ)量 500—2萬(wàn)m3 /km2 （3）油源貧乏盆地：?jiǎn)挝幻娣e可采儲(chǔ)量 < 500 m3 / km2,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,二、有利的生儲(chǔ)蓋組合（一）基本概念 生儲(chǔ)蓋組合：通常

9、把生油層、儲(chǔ)集層和蓋層同時(shí)存在并緊密聯(lián)系在一起的一套地層稱一個(gè)生儲(chǔ)蓋組合。 有利的生儲(chǔ)蓋組合：是指生油層中生成的油氣能及時(shí)運(yùn)移到儲(chǔ)集層中并保存下來(lái)的生儲(chǔ)蓋組合。 主要取決于：1．輸導(dǎo)能力和排出條件的好壞； 它們受： （1）生油層和儲(chǔ)集層接觸關(guān)系控制接觸關(guān)系可分為三種方式： 面接觸（互層式 上伏式 下覆式） 帶接觸（側(cè)變式） 體接觸（封閉式） （2

10、）生油層與儲(chǔ)集層之間壓力差控制 （3）孔洞縫的發(fā)育程度—通道2．蓋層的質(zhì)量和厚度 ---決定保存條件好壞,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,（二）生儲(chǔ)蓋組合類(lèi)型 分為兩大類(lèi)（由生儲(chǔ)接觸關(guān)系） 1．連續(xù)型生儲(chǔ)蓋組合 組合內(nèi)無(wú)沉積間斷，無(wú)斷層（上下側(cè)--指生油層位置）。（1）垂直交替型 A、下伏式 B、上覆式 C、互層式（2）側(cè)變式 A、指狀交叉式 B、側(cè)變式（3）透鏡狀

11、（或不規(guī)則狀）孤立儲(chǔ)集體 2．不連續(xù)型（或間斷型）生儲(chǔ)蓋組合（1）不整合型 A、下伏式 側(cè)下伏式；B、上覆式 側(cè)上伏式；C、下側(cè)上伏式（2）斷裂型 A、后生斷裂型 B、同生斷裂型,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,（三）生儲(chǔ)蓋組合的評(píng)價(jià) 1．評(píng)價(jià)標(biāo)志 （1）生儲(chǔ)油層的接觸關(guān)系 （2）生儲(chǔ)油層的接觸面積 （3）生儲(chǔ)油層間的連通情況和輸導(dǎo)能力大小 （4）生油層的單層厚度和總

12、厚度（排烴效率） （5）剖面中砂巖百分率或砂巖分布區(qū)與油源區(qū)關(guān)系,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,2．生儲(chǔ)蓋組合的評(píng)價(jià),第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,三、有效的圈閉 圈閉的有效性，是指具有相同的油源條件下，圈閉聚集油氣的實(shí)際能力。 影響圈閉有效性的因素：（一）圈閉有效容積的大小 主要取決于：V = F * H * D F --閉合面積大小 H --儲(chǔ)層有效厚度大小

13、 D --儲(chǔ)層孔隙度大小 有效容積越大，形成大油氣田的可能性越大。（二）圈閉距油源區(qū)的遠(yuǎn)近 1．距油源區(qū)近的圈閉比遠(yuǎn)的圈閉有效性好 源控論控制 油源豐富程度影響 2．圈閉所在位置與油氣運(yùn)移主方向關(guān)系,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,（三）圈閉形成時(shí)間早晚 主生油期以前形成的圈閉有效性好 主運(yùn)移期以前形成的圈閉有效性好 主運(yùn)移期以后形成的圈閉無(wú)效圈閉

14、 中國(guó) 酒泉盆地 青草灣背斜 空圈閉 原因：圈閉形成時(shí)間為上新世末期，該區(qū)最后一次油氣運(yùn)移時(shí)間上新世早期，圈閉形成時(shí)，油氣運(yùn)移已經(jīng)結(jié)束，故為空圈閉。遠(yuǎn)離生油區(qū)的石油溝、鴨兒峽、老君廟是中生代形成的圈閉，形成時(shí)間早于油氣運(yùn)移時(shí)間，因而，它們都聚集了油氣，形成油氣田。,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,四、必要的保存條件斷層的斷裂活動(dòng)、地下水的活動(dòng)、圈閉蓋層的剝蝕都直接影響著圈閉的保存條件。（一）地殼運(yùn)動(dòng)的抬升和擠壓

15、破壞圈閉的有效性1．開(kāi)啟斷層導(dǎo)致油氣沿?cái)鄬哟罅苛魇В蜌獠仄茐模?地殼運(yùn)動(dòng)可使油氣發(fā)生多次大規(guī)模區(qū)域運(yùn)移。2．蓋層遭受剝蝕，圈閉失去有效性； 四川盆地瀘州古隆起Tc3、Tc4氣藏的分布，嚴(yán)格受Tc42石膏蓋層存在與否的控制，印支運(yùn)動(dòng)使瀘州古隆起抬升，古隆起頂部三迭系Tc42石膏蓋層遭受剝蝕，因而瀘州古隆起頂部的眾多構(gòu)造不存在Tc3氣藏，而瀘州古隆起周?chē)氖垗{、合江、 長(zhǎng)垣壩、自流井、圣燈山、黃家場(chǎng)均證實(shí)有Tc3氣藏

16、。,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,（二）巖漿活動(dòng)對(duì)油氣藏保存條件的影響 高溫巖漿燒掉油氣，破壞圈閉，導(dǎo)致油氣藏的破壞?！绊懶。纬尚碌挠蜌獠兀ㄈ┑叵滤畡?dòng)力條件的變化導(dǎo)致圈閉失去有效性 （1）靜水條件下： 氣--油界面、油--水界面、氣--水界面均近于水平面。 決定圈閉有效性的關(guān)鍵是溢出點(diǎn)與頂面的海拔高差—閉和度。 （2）動(dòng)水條件下：氣--油界面、油--水界面、氣--水界面均發(fā)生傾斜，傾角的大小主要取決于

17、 A、流體的密度差 B、水壓梯度的大小 當(dāng) 油--水界面傾角 圈閉的地層傾角 圈閉無(wú)效 在相同水動(dòng)力條件下，石油密度>天然氣密度，故油--水界面傾角 > 氣--水界面傾角。同一圈閉在相同條件下，對(duì)油聚集有效，對(duì)氣肯定有效； 同一圈閉在相同條件下，對(duì)氣聚集有效，對(duì)油則不一定。 綜上所述，有效的圈閉應(yīng)該是具備： 有效容積大 ； 距油源區(qū)近 ； 形

18、成時(shí)間早； 保存條件好,第三節(jié) 油氣聚集,一、油氣在單一圈閉中的聚集（一）油氣聚集的概念 油氣在圈閉中聚集形成油氣藏的過(guò)程，稱油氣聚集（petroleum accumulation）。 分散 —— 集中的過(guò)程（二）單一圈閉中油氣水的分布 氣密度 = 0.001 油密度= 0.8 水密度 = 1 由于密度差的存在，單一圈閉中油氣水的分布是（重力分異）：氣在最上，油在中間

19、，水在最下面。,,第三節(jié) 油氣聚集,二、系列圈閉中油氣的聚集（一）油氣差異聚集原理 伊朗西南部扎格羅斯山山前坳陷，分布著三排背斜構(gòu)造，共計(jì)11個(gè)圈閉，有油層、氣藏、油氣藏和充滿水的空圈閉，油氣水的分布隨圈閉溢出點(diǎn)海拔增高為： 氣藏 —— 油氣藏 —— 油藏 —— 水 W 、 C 、 Gussow（1953，加拿大）第一次提出“油氣差異聚集原理”。他認(rèn)為： 油氣差異聚集原理的本質(zhì)仍然是油

20、氣水按密度的差異進(jìn)行聚集和分布，如果具有溢出點(diǎn)海拔標(biāo)高依次增高的一系列圈閉，油源充足，油氣水一起運(yùn)移，在運(yùn)移的過(guò)程中， 油氣水同時(shí)進(jìn)入圈閉后，氣在上，油在中，水在下。繼續(xù)充滿圈閉，則氣--油界面、油--水界面逐漸下移，油首先溢出；當(dāng)氣--油界面低于溢出點(diǎn)海拔，氣也開(kāi)始溢出進(jìn)入下一個(gè)圈閉，并向圈閉頂部運(yùn)移，居于最上部。這一過(guò)程如果進(jìn)行的比較系統(tǒng)完全，形成油氣水的上述分布。,第三節(jié) 油氣聚集,（二）油氣差異聚集的必備條件 1、具有

21、區(qū)域性較長(zhǎng)距離運(yùn)移的條件，要求具區(qū)域性的傾斜；儲(chǔ)集層巖相巖性穩(wěn)定，滲透性好；區(qū)域運(yùn)移通道的連通性好。2、相聯(lián)系的一系列圈閉，它們的溢出點(diǎn)海拔依次增高。3、油氣源供應(yīng)區(qū)位于盆地中心帶，有足夠數(shù)量的油氣補(bǔ)給。4、儲(chǔ)集層中充滿水并處于靜水壓力條件下，石油和游離氣是同時(shí)一起運(yùn)移的。,第三節(jié) 油氣聚集,（三）影響油氣差異聚集的地質(zhì)因素 具備上述這些條件，油氣差異聚集過(guò)程就可以進(jìn)行得比較完善。反之，當(dāng)有些干擾

22、因素存在時(shí)，差異聚集過(guò)程就會(huì)不完善，表現(xiàn)不典型。這些干擾因素主要有：1、當(dāng)在運(yùn)移道路上有另外的支流油氣供給來(lái)源時(shí)，則會(huì)打亂原來(lái)應(yīng)有的油氣分布規(guī)律。2、氣體在石油中的溶解作用，隨物理?xiàng)l件(溫度、壓力)的改變而變化。它可以造成次生氣頂，也可以導(dǎo)致原生氣頂?shù)南?，因而影響油氣的分布?guī)律。3、后期地殼運(yùn)動(dòng)造成圈閉條件的改變，必然造成油氣的重新分配。4、區(qū)域水動(dòng)力條件、水壓梯度的大小及水運(yùn)動(dòng)的方向，直接影響油氣的分布規(guī)律。,三、油氣聚集模

23、式（一）油氣聚集機(jī)理1、滲濾作用 Cordell(1977)、Roberts(1980)等人認(rèn)為含烴的水或隨水運(yùn)移的油氣進(jìn)入圈閉以后，因?yàn)橐话阌H水的、毛細(xì)管壓力封閉的蓋層對(duì)水不起封閉作用，水可以通過(guò)蓋層而繼續(xù)運(yùn)移；對(duì)烴類(lèi)則產(chǎn)生毛細(xì)管壓力封閉，結(jié)果把油氣過(guò)濾下來(lái)在圈閉中聚集。在水動(dòng)力和浮力的作用下，水和烴可以源源不斷地補(bǔ)充并最終導(dǎo)致在圈閉中形成油氣藏。,第三節(jié) 油氣聚集,第三節(jié) 油氣聚集,2、排替作用 Ch

24、apman(1982)認(rèn)為泥質(zhì)巖蓋層中的流體壓力一般比相鄰砂巖層中的大，因此圈閉中的水是難以通過(guò)蓋層的。另外油氣進(jìn)入圈閉后首先在底部聚集，隨著烴類(lèi)的增多逐漸形成具有一定高度的連續(xù)烴相，在油水界面上油水的密度差，油的壓力都比水的壓力大。因此產(chǎn)生了一個(gè)向下的流體勢(shì)梯度，使油在圈閉中向上運(yùn)移同時(shí)把水向下排替直到束縛水飽和度為止。,第三節(jié)油氣聚集,3、滲濾作用和排替作用共同作用 當(dāng)上覆蓋層只有毛細(xì)管壓力封閉時(shí)，在油氣聚集過(guò)程中上述兩

25、種作用都可能存在。因?yàn)槿魏蝺?chǔ)集層都是非均質(zhì)的，被油氣占據(jù)的連續(xù)空間可能發(fā)生排替作用，而被水占據(jù)的連續(xù)空間可能發(fā)生滲濾作用。根據(jù)兩相運(yùn)移的原理，當(dāng)儲(chǔ)集層中或在其底部含油飽和度達(dá)到70％以上，則水的滲流停止或被阻止。因此，在油氣聚集的初期，水是可以通過(guò)上覆親水蓋層而發(fā)生滲流的；當(dāng)油氣聚集到一定程度之后，水就很難通過(guò)上覆蓋層而主要是被油氣排替到圈閉的下方。如果蓋層是異常高壓封閉，則無(wú)論是什么情況水都不能通過(guò)上覆蓋層發(fā)生滲流，只能發(fā)生向下的排替

26、作用。,第三節(jié)油氣聚集,4、油氣充注方式 England等(1987)認(rèn)為一個(gè)油藏將以一種順序方式充注，石油將首先進(jìn)入具有最低孔隙排替壓力的最佳滲透層，并且接著以一組向前推進(jìn)的石油波陣面方式充注油藏。,第三節(jié) 油氣聚集,（二）油氣聚集模式 Cordell(1977)提出了碎屑巖中不同圈閉里油氣聚集的可能模式。1、背斜圈閉中油氣聚集模式 從生油層進(jìn)入儲(chǔ)集層的壓實(shí)流體，沿著背斜的翼部向頂部運(yùn)移。在圈

27、閉中，水很可能通過(guò)上覆泥巖蓋層，這是由于背斜構(gòu)造的張力或其他原因所產(chǎn)生的微裂隙使水繼續(xù)向上流動(dòng)，而把烴類(lèi)和一些無(wú)機(jī)鹽類(lèi)滲留下來(lái)在圈閉中聚集，并使圈閉中流體的含鹽度增大，ph值降低，這又有利于烴類(lèi)的進(jìn)一步聚集。,第三節(jié) 油氣聚集,2、地層圈閉中油氣聚集模式 從上、下生油巖進(jìn)入砂巖儲(chǔ)集層的壓實(shí)流體，沿上傾方向進(jìn)行二次運(yùn)移，由于地層尖滅或不整合造成地層圈閉，流體中的水可以通過(guò)圈閉的上方繼續(xù)運(yùn)移，而烴類(lèi)則滯留在圈閉中聚集，同時(shí)圈

28、閉中流體的含鹽量增加，pH值降低，有利于油氣的進(jìn)一步聚集。,第三節(jié) 油氣聚集,3、巖性圈閉中油氣聚集模式 壓實(shí)流體從周?chē)纳湍鄮r進(jìn)入被泥巖包圍的透鏡狀或扁豆?fàn)钌皫r體，并從其下傾部分往上凸部分進(jìn)行二次運(yùn)移，在砂巖體上傾的低勢(shì)部位形成聚集，流體中的水可以通過(guò)泥巖的層理面或微裂隙繼續(xù)向上流動(dòng)，而油氣則滯留下來(lái)在圈閉中聚集 。,第三節(jié) 油氣聚集,4、斷層圈閉中油氣聚集模式 壓實(shí)流體從生油泥巖進(jìn)入砂巖體，開(kāi)始

29、了二次運(yùn)移。在運(yùn)移的上傾方向由于斷層的遮擋形成圈閉，流體中的水可以通過(guò)遮擋面沿?cái)鄬踊蛏皫r層繼續(xù)向上運(yùn)移，油氣則在圈閉處聚集。,第四節(jié) 油氣藏的再形成,一、地殼運(yùn)動(dòng)破壞了圈閉的完整性，使它喪失或減弱了對(duì)油氣聚集的能力，因而油氣發(fā)生再運(yùn)移。這常常是由于斷層作用造成的。,第四節(jié) 油氣藏的再形成,二、地殼運(yùn)動(dòng)未破壞圈閉的完整性，但破壞了油氣在原有圈閉內(nèi)的平衡，使原來(lái)的圈閉對(duì)油氣聚集來(lái)說(shuō)，已不像原來(lái)那樣有效了；油氣的一部分或全部從這個(gè)圈閉

30、中運(yùn)移出來(lái)，在新的圈閉中聚集，形成新的油氣藏。 后期地殼運(yùn)動(dòng)可以使大單斜地層的傾斜方向發(fā)生變化，這時(shí)油氣在圈閉內(nèi)部發(fā)生重新分布，重新聚集，也是油氣藏的再形成。,第五節(jié) 油氣藏形成時(shí)間的確定,一、根據(jù)圈閉形成時(shí)間確定油氣藏形成時(shí)間 二、根據(jù)生油巖主要排油期確定油氣藏形成時(shí)間 生油巖中油氣生成并排出的主要時(shí)期，是油氣藏形成時(shí)間的下限，因此科學(xué)地分析油氣生排史對(duì)于綜合分析油氣藏的成藏過(guò)程是至關(guān)重要的。三