石油天然气地质2-5天然气成因类型_.ppt
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1、1,石油天然气地质与勘探,主讲人:张传河 中国石油大学胜利学院,2,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 有机质成烃演化模式 天然气的成因类型及特征 烃源岩特征与油源对比,第二章 石油和天然气的成因,石油天然气地质与勘探,3,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,4,第四节 有机质成烃演化模式,一、有机质向油气转化的阶段 二、低熟油与煤成油形成理论,5,6,一、天然气成因类型概述 二、有机成因气 三、无机成因气 四、非烃类气体成因 五、不同成因类型天然气的识别,第五节 天然气的成因类型及特征,7,天然气的形成具有
2、广泛性、多源性和多阶性。,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。,两大类:有机成因气、无机成因气,一、天然气成因类型概述,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(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),10,(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烃,大分子烃热 裂解成更小分子烃。,生物化学作用:主要指产甲烷菌利用二氧化碳、氢
3、、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。,二、有机成因气,11,催化作用:粘土矿物作为催化剂在有机质成烃演化过 程中可加速成烃化学反应速度,并降低了反 应的活化能,使有机质在低温阶段形成烃类。,加氢作用:与烃类相比,有机质贫氢富杂原子,通过加 氢可形成气态烃;氢主要来源于不饱和环状单 元的缩聚作用。,12,脱基团作用:脂肪酸脱羧基形成烃类,氨基酸脱氨基 和羧基形成烃类,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烃的过程,(二)、有机成因气的主要类型,依据
4、有机质的类型有机成因气分,按热演化阶段分,腐泥型气、腐殖型气,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,14,15,腐泥型生物气 腐殖型生物气,1. 生物气,在低温(75)、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。,依有机质类型分,又称生物化学气、生物成因气、细菌气、沼气,16,商业性烃类天然气聚集主要有两种成因类型: 生物成因气:占世界天然气资源的20%。 热成因气:有机质在较高温度下热降解和裂解作用生成的。 占商业性天然气聚集的80%,17,我国典型生物气气田:柴达木盆地东三湖地区,埋
5、深1400米,气藏温度60,第四系砂岩储层,C1/C2=1001000,13C-65。 在渤海湾盆地也有发现,如惠民凹陷阳信地区。,目前已发现的生物气以白垩系居多(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。,18,1)丰富的原始有机质,2)严格的缺氧、缺硫酸盐还原环境,特别是腐殖型和混合型有机质,这是产生大量甲烷气的基础,产CH4菌繁殖的必要条件,4)足够的孔隙空间,5)较快的沉积速率,3)适合甲烷菌繁殖的地温(75)和介质PH值(6.5-7.5),产甲烷菌的繁殖需要一定的空间,沉积速率快有利于生物气形成,(1)生物气的形成条件,湖泊沉积物中:由于含盐量低,缺SO42-
6、,PH值中等呈中性,所以甲烷菌出现较早,在近地表浅层即开始大量生成CH4,但因埋藏太浅,大部分散失或氧化,不易保存下来形成气藏。,半咸水或咸水湖泊中:尤其是碱性咸水湖,可抑制产甲烷菌过早大量繁殖,也有利于有机质保存。当埋深到一定深度后,有机质分解使介质PH降到6.57.5时,产甲烷菌才能大量繁殖,此时生成的CH4容易保存,并可聚集成工业气藏。,21,(2)生物气的特点,以CH4为主、 98%,干气;干燥系数C1/C2100或数百以上 甲烷:富集轻的碳同位素12C, 13C低(-55100),多数在-60-80 。 甲烷:D低( -250150 )。腐殖型生物气D:210280;腐泥型生物气D:
7、-150-210。 有热解气混入以及厌氧氧化时,同位素可变重 气藏埋藏浅(一般1500米),浅层未成熟带,有机质 的Ro0.5%。,22,指腐泥型和腐殖腐泥型有机质演化进入成熟阶段后形成的天然气。,2. 油型气,石油伴生气、凝析油伴生气、裂解干气,根据热演化阶段可分为,23,两个演化途径: 1)干酪根热解直接生成气态烃; 2)干酪根热降解为石油,在地温继续增高的条件下,石油裂解为气态烃。,(1)油型气的形成过程,实验:,自然演化模式:,自然条件下,CH4存在的最高温度为400500,埋深12000米。,25,干酪根在热演化过程中,同时存在放氢的芳香烃缩合作用与加氢的正烷烃歧化作用。 前者从低分
8、子的菲逐渐缩合稠化为多核稠环芳香烃,直到石墨,放出大量氢; 氢能用于后者形成C5和C12正烷烃,进一步裂解为C3、C5和C6正烷烃,最终产物是甲烷、乙烷和丙烷。,干酪根在热演化过程中,同时存在放氢的芳香烃缩合作用与加氢的正烷烃歧化作用。,放氢的芳香烃缩合作用: 从低分子的菲逐渐缩合稠化为多核稠环芳香烃,直到石墨,放出大量氢; 加氢的正烷烃歧化作用: 氢能用于后者形成C5和C12正烷烃,进一步裂解为C3、C5和C6正烷烃,最终产物是甲烷,石油热演化的缩合作用和歧化作用,28,在地层条件下,石油及天然气生成后,一直处于地温加热状态下,这种温度使烃类缓慢而持续地向稳定状态改变其分子结构。烃类分子最稳
9、定的异构体是那些带有最低自由能的分子。,各种烃类的热稳定性,零线代表元素碳和氢的自由能;正烷烃的自由能随碳数增加而增大,甲烷的自由能最低,因而最稳定;碳数相同的烃类的自由能,烯烃环烷烃正烷烃,烯烃最不稳定;芳香烃在低中温(250300)时,自由能超过环烷烃和正烷烃,而在高温条件下则相反。在极高温条件下,芳香烃高度缩合,是最稳定的。,油型气演化方向:从石油伴生气凝析油伴生气 热裂解气和高度碳化的石墨,油气的演化服从中低温状态下的规律,即 碳数相同的烃类自由能:芳香烃环烷烃正烷烃 正烷烃稳定,芳香烃最差,(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%,湿气,重烃
10、气含量可达2050%,C1/C2+小(410) 13C1低(-55-45),D C1低(-300-180) iC4/nC4比值明显小于1,随有机质成熟度,iC4/nC4,在生油窗约为0.70.8,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:,C2+较多, C1/C2+小(1020); 13C1(-50-40),D C1(-250-150),比石油伴生气偏重。,2)凝析油伴生气,以甲烷为主,重烃气极少(12%); C1/C2+=20100;13C1-35-40,3)裂解干气,由 1)2)3): C2+,CH4;13C1、DC1变重,我国若干油型气的组成特点(陈荣书,
11、1989),34,油型气分布很广,在含油气盆地中只要发现了油藏,都有可能找到数量不等的油型气。 它们可以呈不同状态存在。石油伴生气或呈游离气顶、或呈溶解气状态与油藏伴生,多分布在盆地的中深部,深约15003500m。,35,与煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)热演化有关的天然气,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,3. 煤型气,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。,36,(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
12、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(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烃为主。,37,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(型)干酪根。,原始有机质:陆生高等
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