石油的生成與運移資料.ppt

第五章、油氣的生成與運移,一、石油和天然氣的概念石油是由各種碳?xì)浠衔锘旌隙傻囊环N可燃性的有機(jī)油狀液體。石油按成因分為天然石油和人造石油兩種：天然石油是指從地下油層產(chǎn)出的石油，人造石油是指從煤或油頁巖中提煉出來的。石油在提煉以前叫原油，從原油中可以提煉出汽油、煤油、柴油及一系列石油產(chǎn)品。有機(jī)體主要由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴組成.,天然氣是指由各種氣態(tài)碳?xì)浠衔锘旌隙傻木哂衅蜌馕痘虺綦u蛋味的易燃易爆的天然有機(jī)氣體。主要的有機(jī)體是烷烴.,二、石油和天然氣的生成石油的成因是一個極為復(fù)雜的課題，至今還存在一些爭論。這主要原因是：,1從物態(tài)上看：石油與天然氣是流體，在地下一定條件下，它不斷流動，現(xiàn)在所找到的油氣藏并非其生成地方，而是經(jīng)過一定距離運移而聚集起來的。2從化學(xué)組成上看：石油與天然氣的組份很復(fù)雜，并非單一物質(zhì)，且在地下運移過程中或其它條件的改變，其成份也在發(fā)生變化，其現(xiàn)今的組成并不代表其原貌。3由于分離及鑒定手段的限制，目前對石油組份的了解尚不充分。由于石油的成因問題，關(guān)系到油氣的勘探方向，所以，多年來，它一直吸引著許多國家的地質(zhì)學(xué)家、生物化學(xué)家和地球化學(xué)家。,關(guān)于油氣成因?qū)W說：,從十八世紀(jì)七十年代以來，對油氣成因的認(rèn)識基本上分為無機(jī)成油和有機(jī)成油學(xué)說兩大學(xué)派。一、無機(jī)成油學(xué)說認(rèn)為，石油是在地殼深處形成的，后來沿著深大斷裂滲透到地殼上部，或者在天體形成時形成，當(dāng)?shù)貧だ淠龝r以“烴雨”的形式降落下來，后聚集成油氣藏。其基本觀點是石油是在地下高溫、高壓條件下形成的而非生物成因。其依據(jù)是：,（1）在實驗室，用無機(jī)C、H元素合成了烴類；（2）在巖漿巖內(nèi)曾發(fā)現(xiàn)過石油、天然氣、瀝青；（3）在宇宙其它星球大氣層中也發(fā)現(xiàn)有碳?xì)浠衔锎嬖?；?）在隕石中也發(fā)現(xiàn)有碳?xì)浠衔锛鞍被岬榷噙_(dá)100多種；（5）認(rèn)為用有機(jī)觀點對世界上有些大的瀝青礦（如加拿大的阿薩巴斯卡瀝青礦，儲量達(dá)856億噸以上）不能作出令人滿意的解釋。,有機(jī)生成油氣的證據(jù)1.分布，99%的油氣田分布在沉積巖中，與有機(jī)成因礦產(chǎn)有成因聯(lián)系；2油氣在地殼中的出現(xiàn)與生物發(fā)育有聯(lián)系；3油氣、煤、油頁巖在時間上有相同的頻率關(guān)系，在空間上有明顯的相變關(guān)系；4石油具有旋光性；5油氣中某些化合物明顯來自動植物機(jī)體；6油氣的化學(xué)成分與沉積巖中有機(jī)質(zhì)的化學(xué)成分有許多相同之處；7模擬實驗：脂肪蛋白質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件下形成了烴類碳水化合物,生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)油氣生成需要滿足兩個基本條件：即有利于石油生成的豐富的有機(jī)質(zhì)及有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的條件。1、生油氣母質(zhì)及其化學(xué)組成生物體是生成油氣的最初來源。其中細(xì)菌、浮游植物、浮游動物和高等植物是沉積物中有機(jī)質(zhì)的主要供應(yīng)者。生成油氣的沉積有機(jī)質(zhì)主要有以下幾類：即類脂化合物、蛋白質(zhì)、碳水化合物等。,（1）類脂又稱類脂化合物，包括磷脂、脂肪、蠟等化合物，它們是生物維持生命活動不可缺少的物質(zhì)之一。不溶于水而溶于有機(jī)溶劑中（如乙醚、氯化苯等）。動植物的脂肪（油脂類）是最重要的脂類，它們分布于動物的皮下組織、植物的孢子、種子及果實中。細(xì)菌、藻類也含豐富的脂類。高等植物的角質(zhì)、孢粉也含脂類。脂類化合物極易水解為脂肪酸和甘油，脂肪酸化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以沉積巖中脂肪酸分布相當(dāng)廣泛。脂肪酸在沉積物演化過程中，易發(fā)生脫羧反應(yīng)，失去CO2轉(zhuǎn)化為正構(gòu)烷烴。,（2）蛋白質(zhì)它是生物體中一切組織的基本組成部分，是生物體賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。在生物細(xì)胞中，除水外，80%以上的物質(zhì)為蛋白質(zhì)，約占動物干重的50%，同時它是生物體中含氮化合物的主要成份。蛋白質(zhì)性質(zhì)不穩(wěn)定，在酸、堿或酶的作用下發(fā)生水解形成氨基酸。氨基酸在一定條件下脫羧、去氨基生成低分子烴類。所以，氨基酸是各種低分子石油烴類的先體。,（3）碳水化合物又稱糖類，是自然界分布極廣的一種有機(jī)質(zhì)。它是多羥基醛或多羥基酮及其衍生物，尤以植物含量最高。主要由C、H、O三種元素組成。按其水解產(chǎn)物可分為單糖、雙糖和多糖。多糖是天然高分子化合物，在自然界分布很廣，一般不溶于水，個別能在水中形成膠體溶液。植物中的纖維素、淀粉、樹膠，動物體內(nèi)的糖原，昆蟲的甲殼等都是由多糖組成的。,生物有機(jī)質(zhì)并非是生油氣的直接母質(zhì)。生物死之后，與沉積物一起沉積下來，構(gòu)成了沉積物的分散有機(jī)質(zhì)。這些有機(jī)質(zhì)經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)及化學(xué)變化，通過腐泥化及腐殖化過程才形成一種結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的生油氣母質(zhì)干酪根，成為生成油氣的直接先驅(qū)，下面介紹干酪根。,三、干酪根（1）概念干酪根：沉積有機(jī)質(zhì)在埋藏初期經(jīng)生物改造形成的不溶于非氧化性的酸、堿和非極性有機(jī)質(zhì)溶劑的高分子分散有機(jī)體。（2）類型有三種類型：腐泥型：H/C高，O/C低，以含類脂化合物為主，主要來自于藻類、細(xì)菌類等低等生物，生油潛能大。過渡型：來源于浮游生物（以浮游植物為主）和微生物的混合有機(jī)質(zhì)。生油氣潛能中等。腐植型：H/C低，O/C高，來源于陸地高等植物。它生油不利，可利于生氣。,四、有利于油氣油氣生成的外界條件生物有機(jī)質(zhì)的存在及其數(shù)量的多少，是油氣生成的內(nèi)在物質(zhì)基礎(chǔ)；要生成大量的油氣還要靠外部條件。這主要是指地質(zhì)環(huán)境和物化條件。（一）、油氣生成的地質(zhì)環(huán)境1、大地構(gòu)造條件2、巖相古地理條件3、古氣候條件古氣候條件也影響生物的發(fā)育。溫暖潮濕的氣候、日照時間長，能增加生物的繁殖力。以上各項條件都對形成適于有機(jī)質(zhì)的大量繁殖、堆積、保存的環(huán)境產(chǎn)生綜合性的影響，相互之間有密切聯(lián)系。,（二）油氣生成的物化條件油氣生成除需大量有機(jī)質(zhì)提供物質(zhì)條件外，還必須具備外部條件如溫度、壓力、細(xì)菌、催化劑、放射性等物化條件，只有這樣，有機(jī)質(zhì)才能逐步轉(zhuǎn)化為油氣。1、溫度與時間沉積有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的過程，溫度是最有效、最持久的作用因素。在轉(zhuǎn)化的過程，溫度的不足可用延長反應(yīng)時間來彌補(bǔ)。溫度與時間可以互相補(bǔ)償：高溫短時作用與低溫長時作用可能產(chǎn)生近乎同樣的效果。,2、細(xì)菌活動細(xì)菌是地球上分布最廣、繁殖最快，對環(huán)境適應(yīng)能力最強(qiáng)的一種生物。按其生活習(xí)性，可分為三類：喜氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌、通性細(xì)菌。對油氣生成來說，最有意義的是厭氧細(xì)菌。在還原條件下，厭氧細(xì)菌可將有機(jī)質(zhì)中的O、S、H、P等元素分離出來，使碳、氫，特別是氫富集起來，產(chǎn)生CH4、H2、CO2、有機(jī)酚和其它碳?xì)浠衔铩４送?，?xì)菌還可將植物選擇性分解，使其中原來合成的大最烴類分離出來，直接埋藏于沉積物中。,3、催化作用催化劑主要有:(1)無機(jī)催化劑粘土：二十二烷酸在200時加蒙脫石形成烷烴。硅酸鹽：油酸在鋁酸鹽作用下生成烴。(2)有機(jī)酵母催化劑有機(jī)酵母催化劑能加速有機(jī)質(zhì)的分解。當(dāng)有酵母存在時，有機(jī)質(zhì)的分解比在細(xì)菌活動時還要快很多。實踐證明，在富含植物殘余的巖石中，酵母的活動性最大。它幾乎不需外部能量來源。,4、放射性放射性作用可能是促使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源之一。5、壓力一般認(rèn)為，高壓對于使體積增大的裂解反應(yīng)是不利的，它可以阻止液態(tài)烴裂解為氣態(tài)烴。6、孔隙條件：,五、有機(jī)質(zhì)的演化及油氣生成的階段性,（一）生物化學(xué)生氣階段深度：01500m，溫度：1060與沉積物成巖作用階段相符，相當(dāng)于碳化作用的泥炭褐煤階段。主要能量以細(xì)菌活動為主。在還原環(huán)境下，厭氧細(xì)菌非?；钴S，其結(jié)果是：有機(jī)質(zhì)中不穩(wěn)定組分被完全分解成CO2、CH4、NH3、H2S、H2O等簡單分子，生物體被分解成分子量低的生物化學(xué)單體（苯酚、氨基酸、單糖、脂肪酸），而這些產(chǎn)物再聚合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的干酪根。在這個階段生成的生物化學(xué)氣，或稱細(xì)菌氣，甲烷含量在95%以上，屬干氣。可以富集成特大型氣藏，埋藏深度淺，易于勘探和開發(fā)，是經(jīng)濟(jì)效益高的研究對象。,（二）熱催化生油氣階段沉積物埋深H：15002500m，溫度：60180時，進(jìn)入后生作用階段，相當(dāng)于長焰煤焦煤階段。這時有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化最活躍的因素是熱催化作用，催化劑為粘土礦物。由于成巖作用增強(qiáng)，粘土礦物對有機(jī)質(zhì)的吸附能力加大，加快了有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的速度，降低有機(jī)質(zhì)成熟的溫度。在熱催化作用下，有機(jī)質(zhì)能夠大量轉(zhuǎn)化為石油和濕氣，成為主要的生油時期，在國外常稱為“生油窗”。,（三）熱裂解生凝析氣階段H：35004000m，T：180250，進(jìn)入后生成巖階段后期，相當(dāng)于碳化作用的瘦煤貧煤階段。此時溫度超過了烴類物質(zhì)的臨界溫度，除繼續(xù)斷開雜原子官能團(tuán)和側(cè)鏈生烴外，主要反應(yīng)是大量CC鏈斷裂及環(huán)烷烴的開環(huán)和破裂，長鏈烴急劇減少，C25以上趨于零，低分子的正烷烴劇增，加少量低碳原子數(shù)的環(huán)烷烴和芳烴。在地下呈氣態(tài)，采到地上反凝結(jié)為液態(tài)輕質(zhì)油，并伴有濕氣，這是進(jìn)入了高成熟期。在這一階段，主要是甲烷及其氣態(tài)同系物，在地下深處呈氣態(tài)，采至地面隨溫度、壓力降低，反而凝結(jié)為液態(tài)輕質(zhì)石油，即凝析油并伴有濕氣，進(jìn)入了高成熟時期。最終石油裂解成大量的凝析氣和濕氣。,（四）深部高溫生氣階段當(dāng)深度超過60007000m時，沉積物已進(jìn)入變生作用階段，相當(dāng)于半無煙無煙煤的高度碳化階段，溫度超過了250，已形成的液態(tài)烴和重質(zhì)氣態(tài)烴強(qiáng)烈裂解，變成最穩(wěn)定的甲烷，干酪根殘渣釋出甲烷后，進(jìn)一步縮聚形成碳瀝青或石墨。這個階段出現(xiàn)了全部沉積有機(jī)質(zhì)熱演化的最終產(chǎn)物干氣甲烷和碳瀝青或次石墨。,六、生油氣巖,生油氣巖：生成并提供了工業(yè)數(shù)量石油和天然氣的巖石。生油氣巖的巖石類型：暗色粘土巖、碳酸鹽巖生油巖的巖相：瀉湖、半深湖和深湖相、淺海相、前三角洲亞相。,油氣運移在壓力差和濃度差存在的條件下，石油和天然氣在地殼內(nèi)的任何移動均稱為油氣運移。,石油和天然氣都是流體，其生成與聚集之處往往不是同地，剛剛生成的油氣呈分散狀態(tài)保存在地層之中，它必然有個運移程，從而達(dá)到集中，形成油氣藏。,根據(jù)油氣運移的方向，我們把油氣運移分為垂直運移和側(cè)向運移兩種。,(a)垂直運移也叫縱向運移指油、氣運移的方向與地層層面近于垂直的上下移動。這種運移多是油、氣沿著被斷裂破壞的裂隙系統(tǒng)進(jìn)行，油、氣在生油的致密巖層中垂直向外運移是以擴(kuò)散作用和油氣從被壓目的巖層中擠壓出來的方式進(jìn)行。,(b)側(cè)向運移指油、氣運移的方向與地層層面近于平行的橫向移動，因此也叫橫向運移。此種運移多在儲集層內(nèi)巖石孔隙中以及在巖層的層面之間的空隙中進(jìn)行。,根據(jù)油氣運移與生油層的關(guān)系，可將油氣運移分為初次運移和二次運移。,(a)油氣的初次運移指生油層中生成的油氣向附近儲集層中的運移。運移狀態(tài)主要是成溶解狀