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油田开发地质学复习重点总结（石工学院40学时）第一章：油气田地下流体的基本特征1、名词术语（1）石油：是储存于地下深处岩石孔隙和裂缝中的、天然生成的、以液态烃为主的可燃性有机矿产。（2）油田水：油、气田区域内与油气藏有密切联系的地下水，一般指直接与油层连通的地下水。（3）天然气：地质条件下生成、运移并聚集在地下岩层中、以烃类为主的气体。（4）石油的荧光性：石油及其衍生物（无论其本身还是溶于有机溶剂中）在紫外线的照射下，产生荧光的特性。（5）石油的旋光性：当偏振光通过石油时，使偏光面发生一定角度旋转的特性。2、原油的主要元素和化合物、组分组成（1）主要元素：碳、氢、硫、氮、氧碳、氢占绝对优势，主要以烃类形式存在，是组成石油的主体；氧、氮、硫主要以化合物形式存在。（2）化合物：烃类化合物（碳、氢）、非烃类化合物（碳、氢、硫、氮、氧）①烃类化合物（按结构分类）：烷烃（正构烷烃、异构烷烃）、环烷烃、芳香烃②非烃类化合物：含硫化合物（元素硫、硫化氢、二硫化物、硫醇、硫醚等）、含氮化合物（吡啶、吡咯、喹啉、钒卟啉、镍卟啉等）、含氧化合物（环烷酸、脂肪酸、酚、醛、酮等）。（3）组分组成：根据石油不同化合物对有机溶剂和吸附剂具有选择性溶解和吸附性能划分。①油质：石油的主要组分，淡色粘性液体，由烃类化合物组成；溶解性强、可溶解的有机溶剂很多，不被硅胶吸附（评价石油质量的标志）；②胶质：胶质—粘性玻璃状半固体或固体，淡黄、褐红到黑色，由芳烃和非烃化合物组成。溶于石油醚，能被硅胶吸附；③沥青质：沥青质—脆性固体，暗褐色到深黑色，由稠环芳烃和高分子非烃化合物组成。不溶于石油醚，能被硅胶吸附。注意：（1）异构烷烃中类异戊二烯型烷烃可能来自叶绿素的侧链，卟啉同系物也存在于动物血红素和植物叶绿素中，均可作为石油有机成因的标志；（2）油质主要指烷烃、环烷烃和芳香烃等烃类物质，胶质和沥青质指含有氮、硫、氧的非烃物质及不饱和的芳香烃。3、微量元素钒和镍的地质意义（1）判断沉积环境：海相：V、𝑁𝑖含量高，𝑉𝑁𝑖⁄1；（2）进行油源对比：V、𝑁𝑖在石油生成、运移成藏过程中分布稳定。4、石油颜色、相对密度、粘度的影响因素（1）石油颜色：石油中的胶质+沥青质含量越高，颜色越深；（2）相对密度：主要取决于化学组成，胶质和沥青质含量越高、石油组分的分子量越大、溶解气数量越小，𝑑420越大；𝑑420：我国比重的定义标准，1个atm下，20℃脱气原油质量与4℃同体积纯水质量之比。一般在0.75到1.0之间。（3）粘度：表示流体流动的难易程度，粘度越大，越不易流动。①化学组成：胶质、沥青质含量越高，粘度越大，饱和烃含量越高，粘度越小；②溶解气含量越高，粘度越小；③温度越高，粘度越小；④压力越大，粘度越大。5、石油相对密度不同表示方法的区别美国API度=141.515.5℃时相对密度−131.5，西欧波美度=14015.5℃时相对密度−130。二者同𝑑420成反比。6、天然气的产状类型及其区分（1）存在相态：游离态、溶解态、吸附态、固态气水合物；（2）分布特征：聚集型、分散型；①聚集型Ⅰ.气藏气（基本上不与石油共生，单独聚集成纯气藏的天然气）：C𝐻4含量常95%、重烃气（𝐶2+少）——干气；Ⅱ.气顶气（与石油共存于油气藏中，呈游离态存在的天然气）：C𝐻4为主，𝐶2+高5%——湿气；Ⅲ.凝析气（特殊的气藏气，地下温度、压力超过临界条件时，液态烃逆蒸发而形成的气体）：属于湿气。②分散型Ⅰ.煤层气（煤层中所含的呈吸附或游离状态的天然气）：气体成分以C𝐻4为主，含𝑁2、𝐶𝑂2、𝐻2𝑆及氨；Ⅱ.溶解气（地层条件下，溶于石油或地下水的天然气）：根据溶剂分为油溶气和水溶气。水溶气又分为高压水溶气和低压水溶气两类；Ⅲ.固态气水合物：高压低温下，甲烷等气体被天然冻结在扩大的水分子晶格中。（3）与石油产出的关系：伴生气、非伴生气。7、天然气相对密度、粘度、蒸汽压力的影响因素（1）相对密度：天然气的相对密度与其平均相对分子质量成正比，一般随重烃、𝐶𝑂2、𝐻2𝑆等气体含量的增加而增大。重烃：乙烷、丙烷及以上；（2）粘度：天然气的粘度与压力、温度和气体成分等有关。在接近常压条件下，粘度与压力无关，随温度增加而变大，随相对分子质量增加而减小，而在较高压力下，粘度随压力增高而增大，随温度升高而降低，随相对分子质量增加而增大。此外，随非烃气含量的增加，天然气的粘度增大；（3）蒸气压力：蒸气压力随温度升高而增大。在同一温度条件下，碳氢化合物的分子质量越小，则其蒸气压力越大。8、油田水的化学分类𝑪𝒂𝑪𝒍𝟐型、𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3型、𝑁𝑎2𝑆𝑂4型及𝑀𝑔𝐶𝑙2型。第二章：石油和天然气的生成1、基本概念（1）沉积有机质：在外力地质作用下，在还原环境中伴随其它矿物一起沉积、保存下来的生物残留物质。（2）干酪根：油母质和沉积岩中不溶于非氧化型酸、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。（3）门限温度：有机质开始大量转化为石油时的温度，也称成熟温度。（4）烃源岩：富含有机质能生成并提供工业数量油气的岩石。2、油气成因两大学派的根本分歧（了解）生油气原始物质问题上观点的差异。无机生成说认为石油及天然气是在地下深处高温、高压条件下由无机物变成的；有机生成说则主张石油及天然气是在地质历史上由分散在沉积岩中的动物、植物有机体转化而成。3、干酪根的形成过程（了解）（1）简要概括为：生物有机质→沉积有机质→干酪根；（2）第一步，有机质转化为地质聚合物。生物有机组分经生物化学及化学降解变成较小碎片，又经过缩合和聚合作用变为腐殖物质（沉积有机质）；（3）第二步，成岩过程使地质聚合物变为庞大、复杂且具有一定埋藏深度的大分子质量干酪根。此过程常伴随氧化作用对有机质的破坏。（失去𝑂2、𝐻2𝑂、𝑁𝐻3）4、干酪根类型（母质类型）的划分及其石油地质意义（掌握）（1）干酪根类型（化学分类，依据：碳、氢、氧元素的组成）①Ⅰ型干酪根：以链状结构多为特征，富含类脂和蛋白质分解产物，是最主要的生油母质。H/C原子比介于1.25~1.75，O/C原子比介于0.026~0.12；②Ⅱ型干酪根：含大量中等长度的直链烷烃和环烷烃，也含多环芳香烃及杂原子官能团。H/C原子比介于0.65~1.25，O/C原子比介于0.04~0.13；③Ⅲ型干酪根：以芳香结构及含氧官能团多为特征，饱和烃很少。主要来源于陆地高等植物，主要形成煤、芳香烃、天然气。H/C原子比介于0.46~0.93，O/C原子比介于0.05~0.30。（2）石油地质意义：Ⅰ型干酪根是最主要的生油母质，母体主要来自藻类和水生低等微体生物，生油潜能大；Ⅱ型干酪根主要来源于水生低等生物，生油潜能中等；Ⅲ型干酪根来源于陆地高等植物，生油潜能低，但埋藏到足够深度时，可成为有利的生气来源。5、促使油气生成的地质条件和理化条件（掌握）（1）地质条件①大地构造条件：当沉降速度≈沉积速度时，能保持还原环境、形成丰富的沉积有机质迅速向油气转化的地质环境（长期、持续稳定下降的沉积盆地）；②岩相古地理条件：深度适当、面积较大、有机物来源丰富的水体以及有利于有机质保存的低能还原环境；Ⅰ.陆相：深湖、半深湖相；Ⅱ.海相：浅海、三角洲相。③古气候条件：温暖、潮湿的气候。有利于生物的发育和繁盛。（2）动力条件（物理化学条件）①细菌活动：对油气生成而言，最有意义的是厌氧细菌。第一，细菌本身为生油原始物质，第二，细菌对有机质分解并产生有机化合物和甲烷气；（浅层）②催化作用：无机粘土矿物和有机酵母是最主要的催化剂。有机质中脂肪酸在150~250℃下经粘土矿物作用脱去羧基生成类似石油的物质，蛋白质和碳水化合物经酵母催化生成氨基酸和单糖。（中浅层）③热力作用：主要体现在温度和时间两方面，温度是最持久和最有效的作用因素。只有达到门限温度后，有机质才开始大量转化为石油。时代较老的烃源岩层，门限温度较低，时代较新的烃源岩层，门限温度较高；注意：温度不足可用延长反应时间来弥补，即温度和时间可以互为补偿，是一对同时发挥作用的重要因素。高温短时作用与低温长时作用可能产生相近的效果；④放射性作用：放射性元素所造成的局部地温增高有利于有机质的热演化，但沉积岩中的放射性元素含量很低，因此属于非主要因素。总结：在有机质向油气转化的过程中，不同理化条件的作用强度不同。细菌和催化剂都是在特定阶段作用显著，加速有机质降解生油、生气；放射性作用则可不断提供游离氢的来源；只有温度与时间在油气生成全过程中都有着重要作用。所以，有机质向油气的转化，是在适宜的地质环境里，多种因素综合作用的结果。6、有机质向油气转化的过程（掌握）（1）生物化学生气阶段：自原始有机质沉积开始到埋藏深度达门限深度为止的整个过程。深度范围是从沉积界面到数百乃至1500m深处，温度介于10℃~60℃，以细菌作用为主，属成岩早期。主要产物有生物化学气、干酪根和少量低熟油；化学分析：①产生的烃类：正烷烃在𝐶22-𝐶34范围内，有明显的奇数碳优势；②环烷烃呈四环分子畸峰；③芳香烃以高分子量化合物为主，显示萘和四环芳烃双峰。（2）热催化生油气阶段：沉积有机质的埋藏深度超过门限深度后进入的阶段。深度约1500~4000m，温度为60~180℃左右，相当于后生作用的前期。促使有机质转化的最活跃因素是热力作用和粘土的催化作用。在热催化作用下，有机质能够大量转化为石油和湿气，成为主要的生油时期，也常称为“生油窗”；化学分析：产生的烃类体现以下特点。正烷烃碳原子数及分子量递减，奇数碳优势消失；环烷烃及芳香烃碳原子数也递减，多环及稠环芳烃化合物显著减少。（3）热裂解生凝析气阶段：随着沉积有机质的埋藏深度继续加大，深度超过4000m直至7000m，温度升至180~250℃，进入后生作用阶段后期。热力作用成为主导因素。在这一阶段，残余的干酪根和液态烃经热裂解变为凝析气、湿气以及干酪根的残渣，主要产物为凝析气、湿气以及高熟油；化学分析：𝐶25以上高分子正烷烃含量渐趋于零，只有少量低碳原子数的环烷烃和芳香烃；低分子正烷烃剧增，主要产物是甲烷及其气态同系物。（4）深部高温生气阶段：本阶段为有机质转化的末期，深度超过6000~7000m，温度超过250℃，已进入变生作用阶段。该阶段以热力作用为主，以高温、高压为特征。已形成的液态烃、重质气态烃强烈裂解形成热力学上最稳定的甲烷，干酪根残渣释出甲烷后进一步缩聚。因此该阶段呈现出的是全部沉积有机质热演化的最终产物——干气甲烷和固态沥青或石墨。（5）总结：油气生成的四个阶段是一个连续的过程，没有严格的界限，在不同地区由于地温梯度的不同，将直接影响着四个阶段的深度范围。此外，四个阶段也不一定在每个地区都出现，但只要进入第二个阶段后就能生成大量油气。图1油气成因现代模式7、烃源岩的特征及其类型（掌握）（1）烃源岩的地质特征：烃源岩一般色暗，粒细，富含有机质和微体生物化石，并且常含有指示还原环境的分散状黄铁矿，偶尔可见原生油苗。（2）烃源岩的分类①粘土岩类：黑色泥岩、页岩、粉砂质泥岩；②碳酸盐岩类：生物灰岩、礁灰岩、泥灰岩、石灰岩。8、反映烃源岩有机地化特征的主要指标及其作用（掌握）（1）有机物丰度：烃源岩中有机质的数量，即有机质的丰富程度。常用指标有有机碳含量（TOC）、氯仿沥青（A）、总烃（HC）和生烃潜量（𝑆1+𝑆2）。岩石中有机质的含量是决定生烃能力的主要因素；（2）有机质类型：也可称烃源岩中干酪根的类型，常用分类方法有元素分析法、光学显微镜法、热解法和红外光谱法；（3）有机质成熟度：指烃源岩中有机质的热演化程度，常用指标有境质体反射率𝑅𝑂、热变指数、正烷烃分布特征及奇偶优势、干酪根颜色及𝐻𝑂⁄、𝑂𝐶⁄原子比以及时间-温度指数（TTI）。第三章：储集层和盖层1、基本概念（1）储集岩（层）：具有一定储集空间，能够储存和渗滤流体的岩石。由储集岩构成的地层又称为储层。（2）有效孔隙度①有效孔隙：连通的毛细管孔隙和超毛细管孔隙；②有效孔隙度：𝜑𝑒=∑𝑉𝑒𝑉𝑟×100%∑𝑉𝑒