石油天然气地质学 03-14考研真题总结(5)

2019-01-19 18:12

① 演化曲线

根据氯仿沥青A、总含烃两和氯仿沥青A/有机碳、总烃/有机碳等转化率绘制随深度的演化曲线,这些曲线可反映有机质的成熟度随深度的变化。

② C2-C6烃

C2-C8轻烃数量和组成能很好地判断烃源岩中有机质的成熟度。因为,C2-C8不是生物合成的,而是干酪根热降解的产物。C2-C8中的烷烃、环烷烃和芳烃的相对含量随成熟度增加而发生有规律的变化。

③ C15+烃类

近代沉积、古代沉积和原油中,C15+奇数碳和偶数碳正烷烃的分布有明显的差异。一般认为生油高峰期已经不再有奇碳优势。

④ 环烷烃

随埋深的增加,环烷烃的环数从以三-四环为主变为以单-双环为主。

⑤ 随埋深和温度的增加,干酪根热降解的新生烃类使来自生物的烃类受到稀释,与其想另的正烷烃比较,其含量都随成熟度的增加而减少。

( 5 ) 生物标志化合物

随埋深和温度的增加, 干酪根热降解的新生烃类使来自生物的烃类受到稀释, 与其相 邻的正烷烃比较, 其含量都随成熟度的增加而减少, 如姥鲛烷/ 正十七烷、植烷/ 正十 八烷。 TTI等

(常规的地球化学方法即TTI法,镜质体反射率、孢粉碳化程度、热变指数、岩石热解参数、可溶抽提物的化学组成。此外,对饱和烃的成分(碳优势指数CPI及环烷烃指标)、自由基含量、干酪根颜色及H/C-O/C原子比关系,以及生物标志物等,都可以用来判别有机质的成熟度。)

5 天然气分类方法

根据形成机理、主要作用因素将天然气划分为四种基本的成因类型, 即生物成因气、油型气、煤型气和无机成因气:

( 一) 生物成因气

生物成因气是有机质在还原环境下主要由微生物降解、发酵和合成作用形成的以甲烷为主的天然气, 有时也包括( 或混有) 部分早期低温降解作用形成的甲烷气和数量不等的重烃气。

生物成因气形成过程包括一系列复杂的生物化学作用。 有利于生物气形成的因素可大致归纳为:

①丰富的有机质; ②严格的缺氧、缺硫酸盐环境; ③pH 值以接近中性为宜; ④温度在35 ~42℃为最佳 生物成因气化学组成, 除个别含N2 较多的天然气外, CH4 含量一般大于98% ,重烃含量低, 一般少于0. 2% , 为典型的干气。

(生物成因气形成于成岩作用早期,在浅层生物化学作用带内,沉积有机质经微生物的群体发酵和合成作用而形成。生物成因气出现在埋藏浅、时代新和演化程度低的岩层中,以含甲烷气为主。生物成因气形成过程是不溶有机质经酶的发酵作用,形成可溶有机质,经从产酸菌的作用形成挥发性酸,再经产甲烷菌的作用形成甲烷和CO2。因此,生物成因气形成的前提条件是更加丰富的有机质和强还原环境。最有利于生气的有机母质是草本腐植型一腐泥腐植型。)

(二) 油型气

油型气指成油有机质( 腐泥型和混合型干酪根) 在热力作用下以及石油热裂解形成的各种天然气, 主要包括石油伴生气、凝析油伴生气和热裂解干气。成油有机质成熟演化过程用Ro来表示其阶段和主要产物。

(成油有机质成熟演化过程成油有机质成熟演化过程中产生的天然气以烃气为主, 但仍有数量不等的非烃气。CO2 主要形成于深成作用阶段的早中期, N2主要形成于深成阶段的中期, H2 S主要形成于深成阶段中期到准变质阶段。产气高峰在深成作用的中晚期, 这是因为深成作用中晚期成油有机质液态烃产率明显降低, 而产气率逐渐增加, 与此同时已生成的液态烃, 开始裂解成气, 两种成气作用叠加的结果, 使产烃气率大增, 形成产气高峰。

在有机质成烃演化历史中,深成作用阶段后期是低分子量气态烃(C2~C4)(即湿气),及因高温高压使轻质液民烃逆蒸发形成的凝析气。而在浅变质作用阶段,由于温度上升,生成的石油裂解为小分子的轻轻直至甲烷,有机质亦进一步生成气体,以甲烷为主的石油裂解气是生气序列的最后产物。)

( 三) 煤型气

指腐殖煤及腐殖型煤系有机质在变质作用阶段形成的天然气。其含义与腐泥型有机质在成油演化过程中形成的天然气称为油型气相对应, 又称煤系气、煤成气等。

煤型气的化学组成中重烃气含量有时可达10% 以上, 甲烷气一般占70% ~95% 。非烃气中普遍含N2 和Hg 蒸气, 也常含CO2 , 但贫H2 S。我国煤型气的δ13 C1 值为- 41. 8 ‰ ~ - 24. 9‰; δ13 C2 值为- 27. 09‰ ~ - 23. 81‰, 平均值为- 25. 78‰; δ13 C3 值为- 25. 72‰ ~- 19. 16‰, 平均值为- 23. 45‰。

( 四) 无机成因气

无机成因气通常认为是地幔排气作用形成,地幔排气过程依其特点可分为两种基本类型: 即较高温度、较高氧逸度、较小压力的热排气过程和较低温度、较低氧逸度、较大压力的冷排气过程。前者地幔气以H2 O 和CO2 为主, 后者则以CH4 和H2 为主,前者相当于火山喷气, 后者则相当于岩浆侵入上覆岩层中的脱气作用。

化学组成一般以甲烷占优势, C+2 含量很少, 一般< 1% 。常可见少量到微量的烯烃, 且氢、氮、二氧化碳、一氧化碳及氦气含量较高。 (2005)

1 有机质类型的确定方法

有机质的类型常从不溶有机质( 干酪根) 和可溶有机质( 沥青) 的性质和组成来加以区分。干酪根类型的确定是有机质类型研究的主体, 常用的研究方法有元素分析、光学分析、红外光谱分析以及岩石热解分析等。另外可溶沥青的研究也普遍受到重视。 1. 元素分析

干酪根元素分析是从化学性质和本质上来把握其类型的。根据干酪根的元素组成分析, 利用范氏图上H /C 和O/C 原子比的演化路线将干酪根分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。Ⅰ 型为细菌改造的藻质型, Ⅱ 型为腐泥型, Ⅲ型为腐殖型。另外, 还分出Ⅳ 型为残余型 2. 光学分析

在显微镜下对干酪根进行光学分析是从光学性质上和形貌上把握其类型。光学分析方法包括孢粉学法和煤岩学法。

孢粉学法是按干酪根在透射光下的微观结构, 将其分成藻质、絮质( 无定形) 、草质、本质和煤质,其中前

3 种为腐泥型有机质, 后2 种为腐殖型和残余型有机质。煤岩学法是将干酪根的显微组成分为壳质组、镜质组和惰质组, 其中壳质组为腐泥型有机质,多数镜质组为腐殖型有机质, 惰质组为煤质型有机质。认识上述各种微观组分, 有利于理解过渡类型干酪根的组成。 3. 岩石热解分析

它是用岩石热解分析仪直接从岩样中测出所含的吸附烃( S1 ) 、干酪根热解烃( S2 ) 和二

氧化碳( S3 ) 与水等含氧挥发物以及相应的温度, 氢指数( S2 / 有机碳, IH ) 和氧指数( S3 /有机碳, IO ) 与干酪根元素组成分析能进行很好的对比。因此, 可利用这两个指数绘制范氏图确定烃源岩中有机质的类型 4. 可溶沥青分析

可溶沥青的研究也能反映烃源岩中有机质的类型, 较常用的参数如下: 1) 烃源岩氯仿抽提物中组分组成特征, 如饱和烃/ 芳烃。

2) 饱和烃气相色谱特征, 包括主峰碳位置和峰型等。如正烷烃主峰碳在C25 —C33 的后峰型, 反映原始有机质为陆源高等植物输入; 主峰碳在C1 5—C19 的前峰型, 反映母质来源于水生低等生物;双峰型反映母质具有低等生物和高等植物的混合来源。还有姥鲛烷/ 植烷可反映有机质的形成环境。但这种方法基本不适用具有较高成熟度的母岩。

3) 色谱- 质谱分析可鉴定甾类和萜类等生物标志化合物的种类和数量, 这对判断母质的来源也有重要意义。

2盖层的封闭机理及评价参数

答:一、封闭机理

盖层能封隔油气的重要原因之一是盖层具有较高的排驱压力。目前已公认盖层的封闭机理有物性封闭、压力封闭及烃浓度封闭, 尤以物性封闭最为常见。 ( 一) 物性封闭

也叫毛细管封闭。从微观上讲, 盖层的物性封闭实际上是通过盖层的最大喉道和储集层的最小孔隙之间的毛细管压差来封盖圈闭中的油气。通常地下的岩石大多为水润湿, 盖层大多以岩性致密, 颗粒极细, 孔喉半径很小, 渗透性很差的岩石为主。非润湿相的油气要通过盖层进行运移, 必须首先排驱润湿相的水。只有驱使油气运移的动力小于或等于盖层的排驱压力, 油气才能被封隔于盖层之下。物性封闭能力可以用单位面积上

所封存的油气柱高度来衡量当圈闭中油气柱的浮力与储盖层之间具有的毛细管压力相等时, 即为最大封存油

气柱高度。在静水条件下可用下式表示:Zog(?w??og)g?2?(11 ?)即Zog?rtrp(?w??og)g112?(?)rtrp盖层和储集层之间的毛细管压差也可以由试验测定, 储集层最小孔隙与盖层最大喉道的半径差越大, 排驱压力越小; 反之, 排驱压力就越大。一般泥页岩、蒸发岩、致密灰岩的喉道半径小, 因此具有较高的排驱压力。物性封闭是盖层最主要、最普遍、最基本的封闭机理, 只要岩石物性上有差异就可在不同程度上形成封闭。

值得注意的是, 物性封闭的盖层, 在一定水力条件下, 即当储盖层界面上承受的流体压力大于或等于岩石最小水平应力与岩石的抗张强度之和时, 盖层将形成垂直于最小水平应力的张裂缝, 盖层的物性封闭将不复存在, 故又称为水力封闭。盖层的水力封闭能力可用下式表示:Zog?(S3?K)?pw

(?w??og)g( 二) 压力封闭

与物性封闭相比, 压力封闭的特点是具有能封闭异常压力的压力封闭层; 压力封闭层不仅封闭地层中的油气, 而且还能封闭作为地层压力载体的水; 能对烃类和水实现全封闭。只有那些岩性致密、渗透率极低的岩层才具有压力封闭的能力。

当储集层具有异常压力时, 上覆盖层多为压力封闭层; 也可以是盖层本身具有异常压力而封闭下伏储集层中的流体 。后者封闭最小油气柱高度为:Zog?pw

(?w??og)g压力封闭是在物性封闭基础上的进一步封闭, 是对油、气、水的全封闭,其效果自然也优于单纯的物性封闭。但压力封闭盖层本身也有水力破裂的问题, 即当异常高流体压力超过最小水平应力( σ3 ) 与盖岩的抗张强度之和时, 盖层本身也将产生张性破裂而丧失封闭性, 所以盖层中的异常高压力也不是越高越好, 而应以不超过破裂压力为极限。

( 三) 烃浓度封闭

盖层的烃浓度封闭是在物性封闭的基础上, 主要依靠盖层中所具有的烃浓度来抑制或减缓由于烃浓度差而产生的分子扩散。特别是对天然气来说, 由于分子直径小、扩散性强, 一般好的泥质盖层虽能阻止其体积流


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