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)場所。 圈閉的組成： 1．適合于油氣儲滲的儲集層 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、同一個儲集層的控制； 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)濟條件下，具有商業(yè)開采價值的油氣藏。,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 –儲集層的有效厚度；D --儲層平均孔隙度；（二）圈閉的閉合高度和閉合面積 1．溢出點（spill point）：油氣充滿圈閉后最先開始向外溢出的位置點。 2．閉合面積（closure area）：通過溢出點的構(gòu)造等高線所圈定的封閉

4、區(qū)面積。又稱：通過溢出點的水平面與儲集層頂面或斷層面、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）：圈閉中儲集層頂面最高點與溢出點之間海拔高差。,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）分界面與儲集層頂面的交線，稱含油外邊界。 油--水分界面與儲集層底面的交線，稱含油內(nèi)邊界。 油藏高度 儲層厚度 邊水

5、 油層含油高度 < 儲層厚度 底水,第二節(jié) 油氣藏形成的基本條件,一個含油氣盆地內(nèi)能否形成油氣藏，必須具備六個方面的基本條件，即六大成油要素： 生油層—油氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ) 儲集層—油氣的儲集空間和運移通道 蓋 層—封閉油氣，油氣藏的保護層 運 移—油氣從生油層進入儲集層，在儲集層中分散→集中過程 圈 閉—油氣聚集的場所 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的豐度和類型 3．沉積有機質(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)的時間→ 形成適于演化的溫度和壓力 3、4兩項取決于： （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)的時間 一般情況下，沉積速率高，沉降歷史長，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）含油氣盆地面積大小（生油巖體積大?。?

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

9、把生油層、儲集層和蓋層同時存在并緊密聯(lián)系在一起的一套地層稱一個生儲蓋組合。 有利的生儲蓋組合：是指生油層中生成的油氣能及時運移到儲集層中并保存下來的生儲蓋組合。 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）生儲蓋組合類型 分為兩大類（由生儲接觸關(guān)系） 1．連續(xù)型生儲蓋組合 組合內(nèi)無沉積間斷，無斷層（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）孤立儲集體 2．不連續(xù)型（或間斷型）生儲蓋組合（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）生儲蓋組合的評價 1．評價標(biāo)志 （1）生儲油層的接觸關(guān)系 （2）生儲油層的接觸面積 （3）生儲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．生儲蓋組合的評價,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 --儲層有效厚度大小

13、 D --儲層孔隙度大小 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)的遠近 1．距油源區(qū)近的圈閉比遠的圈閉有效性好 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）圈閉形成時間早晚 主生油期以前形成的圈閉有效性好 主運移期以前形成的圈閉有效性好 主運移期以后形成的圈閉無效圈閉

14、 中國 酒泉盆地 青草灣背斜 空圈閉 原因：圈閉形成時間為上新世末期，該區(qū)最后一次油氣運移時間上新世早期，圈閉形成時，油氣運移已經(jīng)結(jié)束，故為空圈閉。遠離生油區(qū)的石油溝、鴨兒峽、老君廟是中生代形成的圈閉，形成時間早于油氣運移時間，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、地下水的活動、圈閉蓋層的剝蝕都直接影響著圈閉的保存條件。（一）地殼運動的抬升和擠壓

15、破壞圈閉的有效性1．開啟斷層導(dǎo)致油氣沿斷層大量流失，油氣藏破壞； 地殼運動可使油氣發(fā)生多次大規(guī)模區(qū)域運移。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，印支運動使瀘州古隆起抬升，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，而瀘州古隆起周圍的石龍峽、合江、 長垣壩、自流井、圣燈山、黃家場均證實有Tc3氣藏

16、。,第三節(jié) 油氣藏形成的基本條件,（二）巖漿活動對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?，形成新的油氣藏（三）地下水動力條件的變化導(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)鍵是溢出點與頂面的海拔高差—閉和度。 （2）動水條件下：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 圈閉無效 在相同水動力條件下，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，對油聚集有效，對氣肯定有效； 同一圈閉在相同條件下，對氣聚集有效，對油則不一定。 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程，稱油氣聚集（petroleum accumulation）。 分散 —— 集中的過程（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11個圈閉，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行聚集和分布，如果具有溢出點海拔標(biāo)高依次增高的一系列圈閉，油源充足，油氣水一起運移，在運移的過程中， 油氣水同時進入圈閉后，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--油界面低于溢出點海拔，氣也開始溢出進入下一個圈閉，并向圈閉頂部運移，居于最上部。這一過程如果進行的比較系統(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)域性較長距離運移的條件，要求具區(qū)域性的傾斜；儲集層巖相巖性穩(wěn)定，滲透性好；區(qū)域運移通道的連通性好。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)量的油氣補給。4、儲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一起運移的。,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，油氣差異聚集過程就可以進行得比較完善。反之，當(dāng)有些干擾

22、因素存在時，差異聚集過程就會不完善，表現(xiàn)不典型。這些干擾因素主要有：1、當(dāng)在運移道路上有另外的支流油氣供給來源時，則會打亂原來應(yīng)有的油氣分布規(guī)律。2、氣體在石油中的溶解作用，隨物理條件(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、后期地殼運動造成圈閉條件的改變，必然造成油氣的重新分配。4、區(qū)域水動力條件、水壓梯度的大小及水運動的方向，直接影響油氣的分布規(guī)律。,三、油氣聚集模

23、式（一）油氣聚集機理1、滲濾作用 Cordell(1977)、Roberts(1980)等人認為含烴的水或隨水運移的油氣進入圈閉以后，因為一般親水的、毛細管壓力封閉的蓋層對水不起封閉作用，水可以通過蓋層而繼續(xù)運移；對烴類則產(chǎn)生毛細管壓力封閉，結(jié)果把油氣過濾下來在圈閉中聚集。在水動力和浮力的作用下，水和烴可以源源不斷地補充并最終導(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蓋層的。另外油氣進入圈閉后首先在底部聚集，隨著烴類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)生了一個向下的流體勢梯度，使油在圈閉中向上運移同時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)上覆蓋層只有毛細管壓力封閉時，在油氣聚集過程中上述兩

25、種作用都可能存在。因為任何儲集層都是非均質(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)兩相運移的原理，當(dāng)儲集層中或在其底部含油飽和度達到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，則無論是什么情況水都不能通過上覆蓋層發(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)認為一個油藏將以一種順序方式充注，石油將首先進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 從生油層進入儲集層的壓實流體，沿著背斜的翼部向頂部運移。在圈

27、閉中，水很可能通過上覆泥巖蓋層，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，而把烴類和一些無機鹽類滲留下來在圈閉中聚集，并使圈閉中流體的含鹽度增大，ph值降低，這又有利于烴類的進一步聚集。,第三節(jié) 油氣聚集,2、地層圈閉中油氣聚集模式 從上、下生油巖進入砂巖儲集層的壓實流體，沿上傾方向進行二次運移，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圈閉的上方繼續(xù)運移，而烴類則滯留在圈閉中聚集，同時圈

28、閉中流體的含鹽量增加，pH值降低，有利于油氣的進一步聚集。,第三節(jié) 油氣聚集,3、巖性圈閉中油氣聚集模式 壓實流體從周圍的生油泥巖進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行二次運移，在砂巖體上傾的低勢部位形成聚集，流體中的水可以通過泥巖的層理面或微裂隙繼續(xù)向上流動，而油氣則滯留下來在圈閉中聚集 。,第三節(jié) 油氣聚集,4、斷層圈閉中油氣聚集模式 壓實流體從生油泥巖進入砂巖體，開始

29、了二次運移。在運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遮擋面沿斷層或砂巖層繼續(xù)向上運移，油氣則在圈閉處聚集。,第四節(jié) 油氣藏的再形成,一、地殼運動破壞了圈閉的完整性，使它喪失或減弱了對油氣聚集的能力，因而油氣發(fā)生再運移。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、地殼運動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，使原來的圈閉對油氣聚集來說，已不像原來那樣有效了；油氣的一部分或全部從這個圈閉

30、中運移出來，在新的圈閉中聚集，形成新的油氣藏。 后期地殼運動可以使大單斜地層的傾斜方向發(fā)生變化，這時油氣在圈閉內(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) 油氣藏形成時間的確定,一、根據(jù)圈閉形成時間確定油氣藏形成時間 二、根據(jù)生油巖主要排油期確定油氣藏形成時間 生油巖中油氣生成并排出的主要時期，是油氣藏形成時間的下限，因此科學(xué)地分析油氣生排史對于綜合分析油氣藏的成藏過程是至關(guān)重要的。三