石油天然气地质与勘探-天然气成因类型.pdf
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1、石油天然气地质与勘探石油和天然气的成油气成因概述油气生成的原始物质油气生成的地质环境与物理化学条件有机质成烧演化模式天然气的成因类型及特征煌源岩特征与油源对比1三节 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2有机质成煌演化模式一、有机质向油气转化的阶段 二、低熟油与煤成油形成理论3阶段划分Ro(%)物学气段 生化生阶催生气段 热化油阶U.j 1 A解析段 裂凝阶 热生气1.U o(高气段 部生 深温阶Z.U出.帼/芳香煌环烷烧烧类生成、.生物有机质正构烷烽13 20 25 30 333-残碳4010025 35沉积有机质重量,生物甲烷、腐殖质,、原生沥青干酪
2、根12 4 6 环数15 25 35碳原子数13 20 25 30 3313 2OT5o3 碳原子数4第五节天然气的成因类型及特征一、天然气成因类型概述二、有机成因气三、无机成因气犯1、非煌类气体成因五、不同成因类型天然气的识别5、天然气成因类型概述天然气:广义上,是指自然形成的、在标准状态下呈气 态的单质和化合物。天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶性。:两大类:有机成因气、无机成因气6。无机成因气:根据来源分:宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气:有机成因气:按有机质类型腐殖型气、腐泥型气按热演化阶段生物气、热解气、裂解气腐泥型有机质的热解气和裂解气称为油型气;腐殖型有机质(
3、包括煤)的热解气和裂解气称为煤型气天然气成因综合分类(戴金星、徐永昌等,1997)幔原气、岩浆成因气、放射成因气、变质成因气、无机盐类分解气有 机 成 因 气段稣介段阶段I-IL腐 泥型气学气油型气原湖半生热 解气(湿气)裂解干气IL4II腐苑型气昆合成因气异源多滤昆合气、同源多阶混合气二、有机成因气(一)、有机成因气形成机理 热解作用:温度作用下有机质降解成烧,大分子燃热 裂解成更小分子烧。生物化学作用主要指产甲烷菌利用二氧化碳、氢、甲 酸、醋酸和甲醇等形成甲烷的过程。力化学作用构造作用引起的机械能(压力)作用于 有机质,直接参与有机质分解的化学键断 裂,即力化学作用。催化作用:粘土矿物作为
4、催化剂在有机质成煌演化过 程中可加速成煌化学反应速度,并降低了反 应的活化能,使有机质在低温阶段形成煌类。加氢作用:与煌类相比,有机质贫氢富杂原子,通过加 氢可形成气态烧;氢主要来源于不饱和环状单 元的缩聚作用。10 猊基团作序脂肪酸脱竣基形成烧类,氨基酸脱氨基 和竣基形成煌类缩聚作用:具两个或两个以上官能团的物质相互作用,在形成大分子同时形成小分子气态燃的过程11(二)、有机成因气的主要类型 依据有机质的类型有机成因气分腐泥型气、腐殖型气按热演化阶段分生物气、热解气、裂解气腐泥型有机质的热解气和裂解气合称油型气 腐殖型有机质的热解气和裂解气合称煤型气阶段划分Ro(%)物学气段 生化生阶催生气
5、段 热化油阶U.j 1 A解析段 裂凝阶 热生气1.U o(高气段 部生 深温阶Z.U出.帼/芳香煌环烷烧烧类生成、.生物有机质正构烷烽13 20 25 30 333-残碳4010025 35沉积有机质重量,生物甲烷、腐殖质,、原生沥青干酪根12 4 6 环数15 25 35碳原子数13 20 25 30 3313 2OT5o3 碳原子数131.生物气 在低温(还原条件下,由微生物(厌氧细菌)对沉积物有机质进行生物化学降解所形成的 富含甲烷气体。又称生物化学气、生物成因气、细菌气、沼气依有机质类型分腐泥型生物气腐殖型生物气14 商业性煌类天然与聚集主要有两种成因类型:生物成因专:占世界天然与褥
6、源的20%。熟成因专:有机质在较高温度下想降解和裂 解作用生成的。占商业性天然与聚集的80%15 目前已发现的牛物气以白垩系居多(KQ),其 次为第三系和第四系。80%以上储量集中在西西伯 利亚地区。我国典型生物气气田:柴达木盆地东三湖地区,埋深 1400米,气藏温度60C,第四系砂岩储层,CyC/OO 1000,6 13C C5和C6正烷烧,最终产物是甲烷石油热演化的缩合Ci+3C2+2C3+作用和歧化作用 o u在地层条件下,石油及天然与生成 后,一直处于地温加然校点下,这种温 度使煌类缓慢而持续地向稔灾校志改变 其分子结构。煌类分子最稔定的异构体 是那些带有最低4由能的分子。276 4
7、2108 6 4 2 0 2 41 1 一)100 200 300 400 500 600 700正烷煌,烯煌最不稳定;芳香煌在低中 温(250300)时,自由能超 过环烷煌和正烷烧,而在高温 条件下则相反。在极高温条件 下,芳香煌高度缩合,是最稳 定的。各种煌类的热稳定性油气的演化服从中低温状态下的规律,即碳数相同的煌类自由能:芳香煌环烷煌,正烷煌正烷煌稳定,芳香煌最差油型气演化方向:从石油伴生气凝析油伴生气一热裂解气和高度碳化的石墨(2)油型气特点主成气母质:腐泥型、腐腐泥型有机质;热演化阶段:Ro 大于0.5%各种油型气是在干酪根不同热演化阶段的产物,其化学成分不同1)石油伴生气:湿气,
8、重煌气含量可达2050%,CJC2+小(4-10)*3孰低(-5 5-45%。),6D。低(-300-180%。)iC/m二比值明显小于L随有机质成熟度T,iC/nCJ 在生油窗约为0.70.82)凝析油伴生气 C2+较多,e勺+小(10-20);613cl(-5 0-40%。),6D ci(-25 0-150%。),比石油伴生气偏重。3)裂解干气 以甲烷为主,重/气极少(vl2%);a/CJ=20100;613c2-35-40%。由 1)-2)-3):C24,CHJ;613Cp 6Dci变重我国若干油型气的组成特点(陈荣书,1989)油田或油区天然气组成主要参数分析5 13cl%0(PDB)
9、CH4重燃Ci/C2+Ci/EC大庆油田(石油伴生气)53.9 95.612.64 38.511.40 36.220.58-0.975-37.72-49.97东濮凹陷(凝析油伴生气)71.04-87.4310.63 26.913.21-20.30.75-0.96-38.945.1板桥凝析气田82.8815.295.420.844川东相国寺气田(热裂解干气)98.150.89110.30.991-33.55油型卷分布很广,在含油卷金地中只要发现了 油藏,都有可能找到数量不等的油型卷。它们可以呈不同状杰存在。石油伴生卷式呈游 寓卷顶、或呈溶解卷状态与油藏伴生,多分布在 盆地的中深部,深约15003
10、500m。333.煤型气 与煤条有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有 机质)热演化有关的天然与,称为煤型气或煤成气。包括成熟、高成熟及过成熟阶段生成的天然气 煤型与、煤成气和煤层气的差异:煤成气原指煤层左煤化过程中所生成的天然乞;也 可理斛为煤型气的同义语。煤层气是指以吸附状忐存左于煤层中的煤成气。34(1)煤型气的形成阶段煤型气的原始有机质,主要来自各种门类植物的遗体,不 同时代参与成煤作用的植物门类不同。志留纪以前,以藻菌类 植物为主,仅形成腐泥煤。志留纪开始出现陆生植物,石炭纪 以来,陆生高等植物成为成煤原始有机质的主要来源。这些有机质(主要为碳水化合物和木质素)若大量堆积,随着埋深的增
11、加,经泥炭化及煤化作用或成岩作用,可演变成 不同煤阶的煤或腐殖型(III型)干酪根。煤层或腐殖型干酪根在化学成分及结构上以含带 许多烷基侧链和含氧官能团的缩合多核芳香核为主,在热演化过程中以产气态煌为主。35(1)煤型气的形成阶段原始有机质:陆生高等植物为主,有机组成主要 是碳水化合物及木质素。氧气有限,随着埋深的增加,经泥炭化及煤化 作用,可演变成不同煤阶的煤;呈分散状态伴随矿物质一起沉积下来,随着埋 深的增加,经成岩作用则形成腐殖型(ni型)干酪根。36煤层或腐殖型干酪根以含带许多烷基侧链和含氧 官能团的缩合多核芳香煌为主,所以,热演化中以产 气态烧为主。煤化过程不同阶段,形成的产物组成有
12、所不同。两种类型:煤型热解湿气 煤型裂解干气37腐植型有机质煤化过程的 阶段与成气模式成煤阶段嬴-1111.泥炭一褐煤早期阶段:Ro0.4%,地温小于75,相当 于生物化学生气阶段;2.褐煤中期一长焰煤阶段:形成的气主要为CO2和CH4,含少量重燃,为成岩和热解作 用形成;3.气煤一瘦煤阶段:主要形 成煤型湿气和煤型油,有时重 燃气含量超过甲烷;4.贫煤-无烟煤阶段:形成以 甲烷为主的煤型干气。牛油浜 i叫:油带煤中不同显微组分生煌模式在表示煤型气产率的大小时,常用煤气发生率或视煤气 发生率来表示。煤气发生率:从泥炭阶段到某一煤阶,每吨煤所 生成的煌类气体的总量(体积)视煤气发生率:从褐煤到某
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