天然气成藏地质学进展167页PPT
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天然气成因及成藏
上述Q表示气藏中气体通过X方向上的损失量(下同)。
气藏烃通过盖层上界面(X＝L面)单位面积内扩 散进入盖层之上储层中的量为
(2) 天然气藏通过盖层的扩散
气藏烃通过盖层下界面(X＝0处)单位面积内的扩散量为
气藏烃通过盖层上界面(X＝L处)单位面积内的扩散量为
(2) 天然气藏通过盖层的扩散
气藏烃通过盖层下界面(X=0处)单位面积内的扩散量为
烃源岩厚度为2L,初始浓度为C0,,产率为B.
X
C1 C2
2L C0，B
渗透层
（1）烃源岩的轻烃扩散 数学模型
（1）烃源岩的轻烃扩散 数学模型
单位面积烃源岩的扩散量为
2. 气藏中天然气的扩散
不同的地质模型具有不同的扩散数学模型
(2)天然气藏通过盖层的扩散数学模型
气藏烃通过盖层下界面(X＝0面)单位面积内扩散量为
热解气：系指在成熟和高成熟演化阶段 （RO值为0. 6 %～2. 0 %） ，有机质经热催 化作用降解而形成的天然气。 裂解气：系指在过成熟阶段（RO 值大于2. 0%），残余干酪根、已生成的液态烃和部分 重烃气经过高温裂解作用而形成的天然气。
有机成因各类天然气的特性 / 天然气的鉴别
成因类型判识标志： 无机成因气？ 有机成因气？
天然气资源概述
• 美国的燃 料能源消 费 • 世界的与 美国的接 近
天然气主要成分 —烃气，以甲烷为主
天然气应用广泛
美国常规天然气产量下降，但非常规气产量增长
---设置“非常规油气资源”专题原因
世 界
2000 2008
俄 国
天然气在能源消费中比 例最大
中东
36％
美 国
各种能源消费比例与世界 平均值大致相同
高等石油地质学课件10-天然气成藏理论
• 水溶气本身也作为一种重要的天然气资源。
• （2）天然气水溶对流运移成藏
•
• 水溶对流起因于地层水的密度和温度差 异，地层水盐度和含气量的变化致使密 度出现差异。因此溶解有大量天然气的 地层水经过对流，可使气体在温度、压 力适宜的地方聚集成藏。
• 纵向通道多数是断裂，而横向通道往往 沿地层不整合面或其它被封闭层盖层的 连续性较好渗透层
吸附和溶解。
• 吸附气是煤层甲烷的主体，占56~96%， 溶解气不足1%，其余为游离气。随埋深
增加，吸附气减少，游离气增加3~43%。
• 游离状态的煤层甲烷，存在于煤的孔隙、 裂隙或空洞中，气体可在煤孔隙中自由 流动，其数量的多少决定于煤层内的自 由空间，也与外界的温度和压力有关。 因煤自由空间有限，所以游离状态的煤 层甲烷一般较少。
• 按有机质成烃演化阶段：生物气、生物-热催 化过渡带气、热解气、裂解气。
表示甲烷的生成、运移和聚集 甲烷的成因包括生物成因、热成因、非生物成因三种， 世界天然气资源：80%为热成因， 20%为生物成因。
1、生物气
• 在低温(<75℃)还原环境下，厌氧细菌对沉积 物有机质进行生物化学降解作用所形成的富含 甲烷气体。
• 包括成熟、高成熟及过成熟阶段生成的 天然气
• 煤型气、煤成气和煤层气的差异：
• 煤成气原指煤层在煤化过程中所生成的 天然气；也可理解为煤型气的同义语。
• 煤层气是指以吸附状态存在于煤层中的 煤成气。
• 4、无机成因气
• 由无机物质形成的气体。
• 宇宙气：由放射性反应、核反应及化学反应等作用 形成，含H2 、氦
•
• 溶解状态的煤层甲烷即煤层中的水溶气， 它的数量决定于煤层中甲烷的多少及水 对气体溶解量的大小。当水排出煤体并 随压力降低等条件的变化，溶解于水中 的天然气可以析出水而呈游离状。但除 泥炭和褐煤阶段含水量较高（5%）外， 其他煤阶段的煤含量很低，因此，水溶 煤层甲烷数量较少。
• （2）天然气水溶对流运移成藏
•
• 水溶对流起因于地层水的密度和温度差 异，地层水盐度和含气量的变化致使密 度出现差异。因此溶解有大量天然气的 地层水经过对流，可使气体在温度、压 力适宜的地方聚集成藏。
• 纵向通道多数是断裂，而横向通道往往 沿地层不整合面或其它被封闭层盖层的 连续性较好渗透层
吸附和溶解。
• 吸附气是煤层甲烷的主体，占56~96%， 溶解气不足1%，其余为游离气。随埋深
增加，吸附气减少，游离气增加3~43%。
• 游离状态的煤层甲烷，存在于煤的孔隙、 裂隙或空洞中，气体可在煤孔隙中自由 流动，其数量的多少决定于煤层内的自 由空间，也与外界的温度和压力有关。 因煤自由空间有限，所以游离状态的煤 层甲烷一般较少。
• 按有机质成烃演化阶段：生物气、生物-热催 化过渡带气、热解气、裂解气。
表示甲烷的生成、运移和聚集 甲烷的成因包括生物成因、热成因、非生物成因三种， 世界天然气资源：80%为热成因， 20%为生物成因。
1、生物气
• 在低温(<75℃)还原环境下，厌氧细菌对沉积 物有机质进行生物化学降解作用所形成的富含 甲烷气体。
• 包括成熟、高成熟及过成熟阶段生成的 天然气
• 煤型气、煤成气和煤层气的差异：
• 煤成气原指煤层在煤化过程中所生成的 天然气；也可理解为煤型气的同义语。
• 煤层气是指以吸附状态存在于煤层中的 煤成气。
• 4、无机成因气
• 由无机物质形成的气体。
• 宇宙气：由放射性反应、核反应及化学反应等作用 形成，含H2 、氦
•
• 溶解状态的煤层甲烷即煤层中的水溶气， 它的数量决定于煤层中甲烷的多少及水 对气体溶解量的大小。当水排出煤体并 随压力降低等条件的变化，溶解于水中 的天然气可以析出水而呈游离状。但除 泥炭和褐煤阶段含水量较高（5%）外， 其他煤阶段的煤含量很低，因此，水溶 煤层甲烷数量较少。
石油天然气地质与勘探PPT课件
四、流体饱和度
1. 油、气、水在储层孔隙中的含量分别占总孔 隙体积的百分数称为油、气、水的饱和度。
So
Vo Vp
Vo
Vr
100%
式中：
So、Sw、Sg——分别为油、水、 气的饱和度,％。
Sw
Vw Vp
Vw
Vr
100%
Vo、Vw、Vg—— 分 别 为 油、水、
气在储集空间中所占的体积， cm3；
纯钙质、铁质、硅质――相反。
b.胶结物数量：较少——好；多——差 c.胶结 类型 ：接触式 ——好，
孔隙式——中等
胶结类型示意图
第45页/共99页
成岩作用带对储层特性的影响（据Surdam等，1989）
成岩作用带 浅部
温度 ＜80℃
主要成岩作用过程
保存或增加孔隙度
破坏孔隙度
颗粒薄膜作用（抑制后期石 粘土充填作用；碳酸盐或硅质胶结物
较多
生
孔
白云石的
较多
隙
菱铁矿的
较多
的 溶解作用 成 岩
硫酸盐的 其它蒸发岩的
较少 较少
作
硅酸盐的
很少
用
其它非硅酸盐的
很少
第36页/共99页
鉴别碎屑岩次生孔隙的岩石学标志
第37页/共99页
（二）碎屑岩储集层的喉道类型
图 3-10 孔隙喉道的类型（据罗蛰潭，1986） a 喉道是孔隙的缩小部分；b 可变断面收缩部分是喉道； c 片状喉道；d 弯片状喉道；e 管状喉道；1 一喉道；2 一孔隙
75
100 S饱
50
0
汞注入量,%
第27页/共99页
A、排驱压力（Pd）：
润湿相流体被非润湿相流体排替所需要的最小压力。
天然气藏形成机理
临界凝析压力点K2：多组分相态中， 不管温度高低，凡高于此压力便不能形成 气体。
3、凝析气藏的形成条件与分布
（1）形成条件 1） 在烃类物系中，气体的数量必须胜过
液体的数量，才能为液相反溶提供条件。 2）油气藏埋藏深，地层温度介于烃类物
系的临界温度和临界凝结温度之间，当地层 压力超过该温度的露点压力。 （2）分布
第四节 天然气藏形成机理
一、天然气藏形成机理
• 天然气成藏过程的特殊性 • 凝析气藏的形成与分布 • 深盆气藏形成机理 • 天然气水合物 • 煤层气
一、天然气成藏过程的特殊性
1、天然气在地层水中的溶解及水溶气析出成藏 水溶气析出的地质条件
（1）地层抬升 （2）含气地层水上升 （3）地层水矿化度增高
开产方式：水平井+压裂
一、天然气成藏过程的特殊性
2、天然气通过盖层扩散 扩散系数
3、天然气藏形成与保存的动态过程 较大规模的油气藏形成需要4个条件：
（1）充沛的气源 （2）生气高峰出现的地质年代新 （3）良好的盖层条件 （4）生气高峰期比较稳定的大地构造环境
二、凝析气藏的形成与分布
1、凝析气藏的概念 液态的油在地下高温高压条件下反而蒸发 为气体，而当压力降低以后又凝结为液态 石油。气藏的形成与原油中气油比高，富 含轻烃组分
2、凝析气藏的相态特征
（1）临界温度与临界压力
烃类纯物质的相态：温度一 定，随压力增加，体积缩小， 达露点A后，压力不变而体积继 续缩小，直到泡点B后，压力增 大体积变化甚微，露点A为开始 液化的点，泡点B为完全液化的 点，A-B为气液两相共存区段， 其对应的压力为饱和蒸汽压， 大小取决与温度，温度升高， A-B线段逐渐缩小，T P C
天然气持续充注 天然气不断散失 饱气带
3、凝析气藏的形成条件与分布
（1）形成条件 1） 在烃类物系中，气体的数量必须胜过
液体的数量，才能为液相反溶提供条件。 2）油气藏埋藏深，地层温度介于烃类物
系的临界温度和临界凝结温度之间，当地层 压力超过该温度的露点压力。 （2）分布
第四节 天然气藏形成机理
一、天然气藏形成机理
• 天然气成藏过程的特殊性 • 凝析气藏的形成与分布 • 深盆气藏形成机理 • 天然气水合物 • 煤层气
一、天然气成藏过程的特殊性
1、天然气在地层水中的溶解及水溶气析出成藏 水溶气析出的地质条件
（1）地层抬升 （2）含气地层水上升 （3）地层水矿化度增高
开产方式：水平井+压裂
一、天然气成藏过程的特殊性
2、天然气通过盖层扩散 扩散系数
3、天然气藏形成与保存的动态过程 较大规模的油气藏形成需要4个条件：
（1）充沛的气源 （2）生气高峰出现的地质年代新 （3）良好的盖层条件 （4）生气高峰期比较稳定的大地构造环境
二、凝析气藏的形成与分布
1、凝析气藏的概念 液态的油在地下高温高压条件下反而蒸发 为气体，而当压力降低以后又凝结为液态 石油。气藏的形成与原油中气油比高，富 含轻烃组分
2、凝析气藏的相态特征
（1）临界温度与临界压力
烃类纯物质的相态：温度一 定，随压力增加，体积缩小， 达露点A后，压力不变而体积继 续缩小，直到泡点B后，压力增 大体积变化甚微，露点A为开始 液化的点，泡点B为完全液化的 点，A-B为气液两相共存区段， 其对应的压力为饱和蒸汽压， 大小取决与温度，温度升高， A-B线段逐渐缩小，T P C
天然气持续充注 天然气不断散失 饱气带
天然气成因
腐泥型与腐殖型有机质
• 所有沉积有机质大致可以区分为腐泥型和腐殖 型两大类。 • 腐泥型系指脂肪族有机质在缺氧条件下分解和 聚合作用的产物，来自海洋或湖泊环境水下淤 泥中的孢子及浮游类生物，它们可以形成石油、 油页岩、藻煤。 • 腐殖型系指泥炭形成的产物，来自有氧条件下 沼泽环境的陆生植物，主要可以形成天然气和 腐殖煤，在一定条件下也可以生成液态石油。
成煤物质及其结构特点
• 煤主要由各门类的植物遗 体形成,以陆生高等植物为 主. • 有机组分以碳水化合物和 木质素为主. • 结构中含有较多的芳环和 杂原子.
煤的显微组分
• 镜质组
– 木质素纤维组织凝胶化作用的产物
• 惰质组
– 木质素纤维组织碳化作用的产物
• 壳质组
– 高等植物中富含氢的组织器官(如孢粉质、 角质、木栓质）及植物组织的分泌物
甲烷、二 氧化碳的 死亡温度
常见的无机气类型及其分布
• 来自幔源的岩浆以及变质作用和由此引 起的无机矿物热分解作用所形成， • 由地表水渗入地壳深处而形成的大气成 因气。 • 无机成因气的分布与深大断裂活动有关， 构造活动单元，特别是古老地层更有可 能分布无机成因气。
我国有机与无机成因天然气的二氧化碳碳同位素
伴生凝析油和 轻质油某些组 成特征
来自藻类类和细菌
•
C7轻烃系列三角 图（正庚烷、甲 级环己烷、二甲 基环戊烷）
来自水生生物 （类脂物）
来自高等植物
煤 成 气 与 油 型 气 的 鉴 别
• 生物标记物所 反映的有机质 来源
生 物 标 记 物 结 构
不同类型干酪根不同成熟度条件下形 成天然气的δ 13C1
煤型气组成特点
• 煤型气含有一定量的非烃气，如N2、CO2等，但 其含量很少达到20% • 煤型热解气的重烃含量比煤型裂解气高，但煤 型气的重烃含量也很少超过20%，主要为甲烷。 • 煤型气的甲烷同位素一般在-25～-42‰。 • 凝析油中，常含有较高的苯、甲苯以及甲基环 己烷和二甲基环戊烷。 • 煤型气常含汞蒸气，一般含量超过 700 毫微克/ 米3，多数大于1000毫微克/米3
天然气成藏地质学进展共167页文档
天然气成藏地质学进展
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
石油和天然气的成因石油天然气地质与勘探PPT课件
Ro：＜0.5%——0.5-1.3%——1.3-2.0%———＞2.5% 有机质未熟———成熟————高熟————过熟
第35页/共186页
藻类体（腐泥组） 800 ×
孢子体1（来自菌类）， 反射荧光下观察，600×
第36页/共186页
角质体（壳质组） 800×
木栓体（壳质 组） 60×
第37页/共186页
并完善了干酪根晚期生烃学说，总结了油气 形成、演化与分布规律。
1973年，Pusey： “地温窗”和“液态窗” 20世纪80年代以来：“未—低成熟”石油；
煤成烃理论
第14页/共186页
沉积有机质馏分的深部热演化模式
第15页/共186页
第二节 生成油气的原始物质
一、生物有机质 二、沉积有机质 三、干酪根
第8页/共186页
（二）地球深部的无机合成说
——油气是在地球的深处，由于高温、高 压和催化剂的作用下由H2O、CO2、H2等简 单无机物反应形成的。
门捷列夫（1876）：碳化物说 切卡留克（1971）：高温生成说 耶兰斯基（1971）：橄榄石蛇纹石化生油说 R．Robinson（1963，1966）：费-托地质合成说
第6页/共186页
三、油气无机成因说
（一）泛宇宙说 （二）地球深部的无机合成说
第7页/共186页
（一）泛宇宙说
——包含烃类在内的有机化合物是在宇宙天体 的无机演化过程中形成的，在地球形成时就包 含有有机物。
1．索可洛夫（1889）：宇宙说 前苏联，库德梁采夫（1949）：岩浆说
2. T.Gold（1993）：地幔脱气说
第29页/共186页
干酪根的结构呈 三维网状系统，由多 个核被桥键和各种官 能团联接而成。
第35页/共186页
藻类体（腐泥组） 800 ×
孢子体1（来自菌类）， 反射荧光下观察，600×
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角质体（壳质组） 800×
木栓体（壳质 组） 60×
第37页/共186页
并完善了干酪根晚期生烃学说，总结了油气 形成、演化与分布规律。
1973年，Pusey： “地温窗”和“液态窗” 20世纪80年代以来：“未—低成熟”石油；
煤成烃理论
第14页/共186页
沉积有机质馏分的深部热演化模式
第15页/共186页
第二节 生成油气的原始物质
一、生物有机质 二、沉积有机质 三、干酪根
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（二）地球深部的无机合成说
——油气是在地球的深处，由于高温、高 压和催化剂的作用下由H2O、CO2、H2等简 单无机物反应形成的。
门捷列夫（1876）：碳化物说 切卡留克（1971）：高温生成说 耶兰斯基（1971）：橄榄石蛇纹石化生油说 R．Robinson（1963，1966）：费-托地质合成说
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三、油气无机成因说
（一）泛宇宙说 （二）地球深部的无机合成说
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（一）泛宇宙说
——包含烃类在内的有机化合物是在宇宙天体 的无机演化过程中形成的，在地球形成时就包 含有有机物。
1．索可洛夫（1889）：宇宙说 前苏联，库德梁采夫（1949）：岩浆说
2. T.Gold（1993）：地幔脱气说
第29页/共186页
干酪根的结构呈 三维网状系统，由多 个核被桥键和各种官 能团联接而成。
石油天然气地质与勘探23生成地质环境及理化条件ppt课件
2. 催化剂作用： ——主要中浅层 ＜125℃
油气生成过程中，催化剂与分散有机质作用，改 变有机质的原始结构，形成结构更稳定的烃类物质。
①有机酵母：催化作用强，不耐高温。主要：成岩早期
有酵母存在时，有机质的分解比在细菌活动时快得 多。
在富含有机质的岩石中，特别是在富含植物残余的 岩石中，酵母的活动性最大。
硫
——
痕量-4
★ 有机质去O、加H、富集C 烃类
还原条件
地质+理化条件
促使有机质转化为油气的理化条件（物理、 化学、生物化学条件）主要有：
细菌、催化剂、温度和时间 放射性、压力
1、细菌作用
在沉积末期至成岩早期：
类脂化合物
脂肪酸
蛋白质 碳水化合物
微生水 物解 酶作用可溶生物单体有机质 (A)氨 单基 糖酸
沉积岩中：总体上放射性元素含量很低 可产生游离氢 ——次要因素
富含有机质的粘土岩中富集大量放射性物质。 用α射线轰击某些有机质可得到甲烷、二氧化碳 和氢，轰击水可产生大量游离氢和氧，氢可使有 机质氢化或与二氧化碳化合生成甲烷，继续在α 射线轰击下可生成更重的气态烃乃至液烃。
5. 压力 • 高压阻碍有机质成熟和成烃作用。 • 短暂的降压有利于加速有机质的成熟。
12
第三节 油气生成的地质环境与理化条件 一、油气生成的地质环境 二、促使油气生成的理化条件
13
二、促使油气生成的理化条件
不同深度沉积物中有机质与石油的元素组成（据C.E.ZoBell）
深度 物质类型 浅 海洋腐殖泥 ↓ 近代沉积 深 古代沉积
石油
碳，% 52 58 73 85
氢，% 6 7 9 13
H 脱 S菌 2 还 原 SO4 2-
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
16、云无心以出岫，鸟倦飞而知还。 17、童孺纵行歌，斑白欢游诣。 18、福不虚至，祸不易来。 19、久在樊笼里，复得返自然。 20、羁鸟恋旧林，池鱼思故渊。
天然气成藏地质学进展
谢谢你的阅读
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
16、云无心以出岫，鸟倦飞而知还。 17、童孺纵行歌，斑白欢游诣。 18、福不虚至，祸不易来。 19、久在樊笼里，复得返自然。 20、羁鸟恋旧林，池鱼思故渊。
天然气成藏地质学进展
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