第五章石油和天然气聚集

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1、主讲人：杜振川第二篇第二篇 石油和天然气地质学石油和天然气地质学第二篇第二篇 石油和天然气地质学石油和天然气地质学第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念一、圈闭的基本概念一、圈闭的基本概念1、圈闭、圈闭 运移着的石油和天然气，如果遇到阻止其继续运移的遮挡物，则停止继续运移，并在遮挡物附近聚集，形成油气藏。圈闭：适合于油气聚集、形成油气藏的场所。第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念一、圈闭的基本概念一、圈闭的基本概念1、圈闭、圈闭圈闭的组成 1)适合于储存油气的储集层；2)紧盖着储集层，阻止油气逸散的盖层；3)从各方面阻止油气继续运移，造成油气聚集的

2、遮挡物。圈闭是具备油气聚集条件的场所。但圈闭中不一定都有油气，一旦有足够数量的油气进入圈闭，充满圈闭、或占据圈闭的一部分，便可形成油气藏。第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念一、圈闭的基本概念一、圈闭的基本概念2、圈闭的度量、圈闭的度量圈闭的大小，主要是由圈闭的最大有效容积来度量。1）溢出点流体充满圈闭后，开始溢出的点，称该圈闭的溢出点 背斜圈闭、度量圈闭容积的参数 第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念一、圈闭的基本概念一、圈闭的基本概念2、圈闭的度量、圈闭的度量2）闭合面积通过溢出点的构造等高线所圈出的面积，称该圈闭的闭合面积。3）闭合高度从圈

3、闭的最高点到溢出点之间的海拔高差，称该圈闭的闭合高度。第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念一、圈闭的基本概念一、圈闭的基本概念2、圈闭的度量、圈闭的度量3）闭合高度对于背斜而言，构造闭合高度与构造起伏幅度是两个完全不同的概念。闭合高度的测量，是以海平面为基淮。而构造幅度的测量，则是以区域倾斜面为基准。同样大小构造起伏幅度的背斜，当区域倾斜不同时，可以具有完全不同的闭合高度。相同构造起伏、区域倾斜不同，闭合高度不同第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念一、圈闭的基本概念一、圈闭的基本概念2、圈闭的度量、圈闭的度量3）闭合高度 对于断层而言，断层圈闭的

4、闭合面积，一船情况下，按断层线和储集层顶面等高线相闭合时所圈定的面积计算。如所示，C点为溢出点，则等高线CD与断层线BD和断层线AC所圈定的面积为其闭合面积。第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念一、圈闭的基本概念一、圈闭的基本概念2、圈闭的度量、圈闭的度量4）有效孔隙度和储集层有效厚度的确定 有效孔隙度主要根据实验室岩心测定、测井解释资料统计分析求得。储集层有效厚度则是根据有效储集层的岩性、电性、物性标准，扣除其中的非渗透性夹层而剩余的厚度。第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念一、圈闭的基本概念一、圈闭的基本概念2、圈闭的度量、圈闭的度量5）圈闭

5、最大有效容积的确定 圈闭的最大有效容积，决定于圈闭的闭合面积、储集层的有效厚度及有效孔隙度等有关参数。HFV式中 V圈闭最大有效容积，m3；F圈闭的闭合面积，m2；H储集层的有效厚度，m；储集层的有效孔隙度，第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念油气藏，应理解为：油气在单一圈闭中的聚集。更具体的说，就是一定数量运移的油气，由于遮挡物的作用，阻止了它们继续运移，而在储集层的这部分富集起来，形成油气藏。1、油气藏、油气藏 若油气聚集的数量足够大，具有开采价值，则称为工业油气藏。如果油气聚集的数量不够大，没有开采价值，就称为非工业性油气藏

6、。如果在圈闭中只聚集了石油，则称油藏；只聚集了天然气，则称气藏；二着同时聚集，则称为油气藏。第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念 油气藏的重要特点是在“单一的圈闭中”，所谓“单一”的含意，主要是指受单一要素所控制，在单一的储集层中，在同一的面积内，具有统一的压力系统，统一的油、气、水边界。如图所示。同一背斜中有三个储集层，组成三个圈闭，三个不同的压力系统，不同的油、气、水边界，就应该认为是三个油气藏。1、油气藏、油气藏三个储集层组成的三个油藏 第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念二、油气

7、藏的基本概念如图所示，虽然是一个储集层，但是由于断层的破坏，形成两个不同要素所控制的圈闭：其上盘为主要受背斜要素所控制的圈闭，其下盘为主要受断层要素控制的圈闭，并且具有不同的压力系统和油水边界。因此，应是两个油藏。1、油气藏、油气藏同一储集层，两个构造要素控制的两个油藏 第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念油气藏的度量常用储量来表示。2、油气藏的度量、油气藏的度量1）含油边界与含有面积 在油气藏中，由于重力分异的结果，油、气、水的分布为：气在上，油居中，水在下，形成油一气分界面、油一水分界面。在未被破坏的背斜油气藏中，油一气分界面

8、及油一水分界面常近似于水平，并且油、气、水分界线的水平投影线，往往与构造等高线大致平行。第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念2、油气藏的度量、油气藏的度量1）含油边界与含有面积背斜油气藏中油、气、水分布示意图 油层顶面 油层底面第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念2、油气藏的度量、油气藏的度量1）含油边界与含有面积 含油边界：通常是指油水界面与储集层(油层)顶、底面的交线。其中油水界面与油层顶面的交线叫做外含油边界，又叫含油边缘(有时叫含油外边缘)；油水界面与储集层(

9、油层)底面的交线称内含油(气)边界，又叫含水边界。第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念2、油气藏的度量、油气藏的度量2）底、边水 如果油层厚度不大，或构造倾角较陡，这时油气充满圈闭的高部位，水围绕在油气藏的四周，即在内含油气边缘以外，这种水称为边水。但是，如果油层厚度大，倾角小，油气藏的下部全为水，这种水称为底水。第一节、圈闭与油气藏的基本概念第一节、圈闭与油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念二、油气藏的基本概念2、油气藏的度量、油气藏的度量3）油气柱高度 是指油气藏油水界面至油气藏高点的垂直距离，是表示油气藏大小的重要参数。4）

10、气顶和油环 油气藏中油气按密度分异，气位于圈闭的最高部位，形成气顶，油位居中部，水在最下面，油在平面上呈环带状分布，称油环。5）充满系数充满系数：定义为含油高度与闭合高度的比值，一般情况下在富含油气区，该系数高；在贫含油气区，充满系数低。第二节、油气藏成藏第二节、油气藏成藏一、油气成藏要素一、油气成藏要素 油气藏的形成和分布是生、储、盖、运、圈、保多种地质要素综合作用的结果。第二节、油气藏成藏第二节、油气藏成藏一、油气成藏要素一、油气成藏要素 生油气源岩生油气源岩：形成油气藏提供物质基础。储集层储集层：孔隙度的大小，决定了储层能够储集油气的数量；渗透率的高低，则决定了油气在其中运移的效率和油气

11、的最终产能。盖层盖层：直接影响油气的聚集和保存条件。油气运移油气运移：确定油气聚集和分布的主要依据。圈闭圈闭：油气聚集的场所。油气藏保存条件油气藏保存条件：圈闭条件是否改变，以及圈闭中的油气聚集是否遭到破坏等。第二节、油气藏成藏第二节、油气藏成藏二、油气藏形成的基本条件二、油气藏形成的基本条件 充足的烃源条件充足的烃源条件 有利的生、储、盖组合有利的生、储、盖组合 有效的圈闭有效的圈闭 必要的保存条件必要的保存条件 第三节第三节 油气聚集油气聚集 当油气在盆地内生成以后，便沿上倾方向向周围高处的圈闭中运移，由于油、气、水的密度不同，天然气的密度最小，粘度也小，在孔隙介质中最易流动，所以运移的结

12、果，天然气必然占据盆地中心周围的最高位置的构造环，而石油则占据其下倾方向位置较低的构造，比较接近盆地的中心。油气聚集：油气在圈闭中的聚集形成油气藏的过程。美国阿巴拉契亚盆地油藏与气藏分布图 第三节第三节 油气聚集油气聚集如图所示，在静水压力条件下，油气源源不断从凹陷向上倾运移时，油气在单个圈闭中的聚集分成三个阶段。第1阶段，圈闭中聚集了油气，原来占据着圈闭的水，被排出一部分，由于重力分异，气体占据圈闭的顶部，油在中部，油气并未充满整个圈闭，其下部为水；一、在单一圈闭内的聚集一、在单一圈闭内的聚集油气在单一背斜圈闭中的聚集 第三节第三节 油气聚集油气聚集第2阶段，油气数量继续增加，油水界面一直降

13、到溢出点，但油气数量还在继续增多，一部分石油便从溢出点沿上倾方向溢出；第3阶段，油气继续进入圈闭，天然气向圈闭上部聚集，把石油推向溢出点，石油不断地被排出，当天然气的数量显然足够占据整个圈闭时，石油便不可能再进入圈闭，而是沿溢出点向上倾方向溢去。在这种情况下，这个圈闭就完全被天然气所充满了。一、在单一圈闭内的聚集一、在单一圈闭内的聚集油气在单一背斜圈闭中的聚集 第三节第三节 油气聚集油气聚集二、油气差异聚集原理二、油气差异聚集原理1、油气差异聚集原理、油气差异聚集原理假如在静水压力条件下，同一渗透层相连圈闭的溢出点海拔依次递增，而且没有局部支流运移和溶解气体的影响，就会出现如图所表示的油气差异

14、聚集情况。第三节第三节 油气聚集油气聚集二、油气差异聚集原理二、油气差异聚集原理1、油气差异聚集原理、油气差异聚集原理 (a)表示第一阶段，油气从盆地中油源区沿区域性上倾方向运移，首先进入圈闭1，这时圈闭1尚未装满；(b)代表第二阶段，油气继续供应，圈闭1中之油水界面下降至溢出点，石油开始从圈闭1中溢出而进入圈闭2，但天然气仍在圈闭1中形成气顶；(c)代表第三阶段，油气仍在继续供给，使圈闭1完全充满天然气，油气则通过溢出点向圈闭2运移，此时在圈闭1中已形成纯气藏；圈闭2则形成有气顶的油藏；如此继续聚集，如果油气供给比较充足，则通过(d)、(e)阶段，最终的结果可能是圈闭1、2为纯气藏，圈闭3为

15、带气顶的油气藏，圈闭4、5可能为纯油藏。第三节第三节 油气聚集油气聚集二、油气差异聚集原理二、油气差异聚集原理1、油气差异聚集原理、油气差异聚集原理 (1)在离供油气区最近、溢出点最低的圈闭中，在气源充足的前提下，形成纯气藏；距离稍远、溢出点较高的圈闭中，可能形成油气藏或纯油藏；在溢出点更高，距油源区更远的圈闭中，可能只含水。(2)一个充满了石油的圈闭，仍然可以作为有效的聚集天然气的圈闭。但是，一个充满了天然气的圈闭，则不再是一个聚集石油的有效圈闭了。油气差异聚集原理可以得出四点结论：第三节第三节 油气聚集油气聚集二、油气差异聚集原理二、油气差异聚集原理1、油气差异聚集原理、油气差异聚集原理

16、(3)若油气按密度分异比较完善，则离供油区较近、溢出点较低的圈闭中，聚集的石油或天然气的密度应小于距油源区较远、溢出点较高的圈闭中的油或气的密度。(4)所形成的纯气藏、油气藏、纯油藏的数目，取决于油气来源供应的充分程度及圈闭的大小和数目。油气差异聚集原理可以得出四点结论：第三节第三节 油气聚集油气聚集二、油气差异聚集原理二、油气差异聚集原理1、油气差异聚集原理、油气差异聚集原理例如，俄罗斯斯大林格勒区北部下石炭统，有三个相联系的圈闭，由南向北沿上倾方向依次为：李涅夫构造只含气不含油，日尔诺夫构造为一油气藏，而巴赫麦其也夫构造则为没有气顶的油藏。第三节第三节 油气聚集油气聚集二、油气差异聚集原理

17、二、油气差异聚集原理2、油气差异聚集的必备条件、油气差异聚集的必备条件 (1)具有区域性较长距离运移的条件，要求具区域性的倾斜；储集层岩相岩性稳定，渗透性好；区域运移通道的连通性好。(2)相联系的一系列圈闭，它们的溢出点海拔依次增高。(3)油气源供应区位于盆地中心带，有足够数量的油气补给。(4)储集层中充满水并处于静水压力条件下，石油和游离气是同时一起运移的。第三节第三节 油气聚集油气聚集三、油气聚集模式三、油气聚集模式1、油气聚集机理、油气聚集机理1）渗滤作用Roberts(1980)等人认为含烃的水或随水运移的油气进入圈闭以后，因为一般亲水的、毛细管压力封闭的盖层对水不起封闭作用，水可以通

18、过盖层而继续运移；对烃类则产生毛细管压力封闭，结果把油气过滤下来在圈闭中聚集。在水动力和浮力的作用下，水和烃可以源源不断地补充并最终导致在圈闭中形成油气藏。（a）背斜圈闭（b）地层圈闭 第三节第三节 油气聚集油气聚集三、油气聚集模式三、油气聚集模式1、油气聚集机理、油气聚集机理2）排替作用 Chapman(1982)认为泥质岩盖层中的流体压力一般比相邻砂岩层中的大，因此圈闭中的水是难以通过盖层的。另外油气进入圈闭后，首先在底部聚集，随着烃类的增多逐渐形成具有一定高度的连续烃相，在油水界面上油水的压力相等，而在油水界面以上任一高度，由于密度差，油的压力都比水的压力大。因此产生了一个向下的流体势梯

19、度，使油在圈闭中向上运移同时把水向下排替直到束缚水饱和度为止。第三节第三节 油气聚集油气聚集三、油气聚集模式三、油气聚集模式1、油气聚集机理、油气聚集机理2）排替作用圈闭中油、水压力及含水饱和度的垂向分布 第三节第三节 油气聚集油气聚集三、油气聚集模式三、油气聚集模式1、油气聚集机理、油气聚集机理3）渗滤作用和排替作用共同作用 在油气聚集的初期，水是可以通过上覆亲水盖层而发生渗流的；当油气聚集到一定程度之后，水就很难通过上覆盖层而主要是被油气排替到圈闭的下方。如果盖层是异常高压封闭，则无论是什么情况水都不能通过上覆盖层发生渗流，只能发生向下的排替作用。第三节第三节 油气聚集油气聚集三、油气聚集

20、模式三、油气聚集模式1、油气聚集机理、油气聚集机理4）油气充注方式 Enelarld等(1987)认为：一个油藏将以一种顺序方式充注，石油将首先进入具有最低孔隙排替压力的最佳渗透层，并且接着以一组向前推进的石油波阵面方式充注油藏。第三节第三节 油气聚集油气聚集三、油气聚集模式三、油气聚集模式2、油气聚集模式、油气聚集模式1）背斜圈闭中油气聚集模式 从生油层进入储集层的压实流体，沿着背斜的翼部向顶部运移。在圈闭中，水很可能通过上覆泥岩盖层，这是由于背斜构造的张力或其他原因所产生的微裂隙使水继续向上流动，而把烃类和一些无机盐类渗留下来在圈闭中聚集。第三节第三节 油气聚集油气聚集三、油气聚集模式三、

21、油气聚集模式2、油气聚集模式、油气聚集模式2）地层圈闭中油气聚集模式 从上、下生油岩进入砂岩储集层的压实流体，沿上倾方向进行二次运移，由于地层尖灭或不整合造成地层圈闭，流体中的水可以通过圈闭的上方继续运移，而烃类则滞留在圈闭中聚集。第三节第三节 油气聚集油气聚集三、油气聚集模式三、油气聚集模式2、油气聚集模式、油气聚集模式3）岩性圈闭中油气聚集模式 压实流体从周围的生油泥岩进入被泥岩包围的透镜状或扁豆状砂岩体，并从其下倾部分往上凸部分进行二次运移，在砂岩体上倾的低势部位形成聚集，流体中的水可以通过泥岩的层理面或微裂隙继续向上流动，而油气则滞留下来在圈闭中聚集。第三节第三节 油气聚集油气聚集三、

22、油气聚集模式三、油气聚集模式2、油气聚集模式、油气聚集模式4）断层圈闭中油气聚集模式 压实流体从生油泥岩进入砂岩体，开始了二次运移。在运移的上倾方向由于断层的遮挡形成圈闭，流体中的水可以通过遮挡面沿断层或砂岩层继续向上运移，油气则在圈闭处聚集。第三节第三节 油气聚集油气聚集三、油气聚集模式三、油气聚集模式2、油气聚集模式、油气聚集模式4）断层圈闭中油气聚集模式 压实流体从生油泥岩进入砂岩体，开始了二次运移。在运移的上倾方向由于断层的遮挡形成圈闭，流体中的水可以通过遮挡面沿断层或砂岩层继续向上运移，油气则在圈闭处聚集。第第4节油气藏的再形成节油气藏的再形成 油气成藏是运聚动态平衡过程。已经形成的

23、油气藏，在地壳中处于相对平衡状态。成藏以后的构造运动可以破坏这种平衡，油气重新分配，达到新的相对平衡。次生油气藏：原有油气藏遭到破坏，分散状态的油气遇到新的圈闭条件又重新聚集，形成新的油气藏。第第4节油气藏的再形成节油气藏的再形成 次生油气藏形成的两种情况：1)地壳运动破坏了圈闭的完整性，使它丧失或减弱了对油气聚集的能力，因而油气发生再运移。断层破坏了原有的油气藏，同时又重新形成了新的油气截第第4节油气藏的再形成节油气藏的再形成 次生油气藏形成的两种情况：2）地壳运动未破坏圈闭的完整性，但破坏了油气在原有圈闭内的平衡，使原来的圈闭对油气聚集来说，已不像原来那样有效了；油气的一部分或全部从这个圈闭中运移出来，在新的圈闭中聚集，形成新的油气藏。原圈闭溢出点抬高，油气向新形成的圈闭中聚集示意图第第4节油气藏的再形成节油气藏的再形成 次生油气藏形成的两种情况：后期地壳运动可以使大单斜地层的倾斜方向发生变化，这时油气在圈闭内部发生重新分布，重新聚集，引起油气藏的再形成。第第4节油气藏的再形成节油气藏的再形成 美国俄克拉何马北部古生代油气藏的剖面