石油天然气地质2-5天然气成因类型课件.ppt
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- 石油天然气 地质 天然气 成因 类型 课件
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1、油气生成的地质环境与理化条件油气生成的地质环境与理化条件一、油气生成的地质环境一、油气生成的地质环境二、促使油气生成的理化条件二、促使油气生成的理化条件有机质成烃演化模式有机质成烃演化模式一、一、有机质向油气转化的阶段有机质向油气转化的阶段二、低熟油与煤成油形成理论二、低熟油与煤成油形成理论 一、天然气成因类型概述一、天然气成因类型概述二、有机成因气二、有机成因气三、无机成因气三、无机成因气四、非烃类气体成因四、非烃类气体成因五、不同成因类型天然气的识别五、不同成因类型天然气的识别 天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶性。天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶性。天然气:天然气:广义上,是指自然
2、形成的、在标准状态下呈气广义上,是指自然形成的、在标准状态下呈气态的单质和化合物。态的单质和化合物。v两大类:有机成因气有机成因气、无机成因气无机成因气一、天然气成因类型概述一、天然气成因类型概述v无机成因气:无机成因气:根据来源分:根据来源分:宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气v有机成因气:有机成因气:按有机质类型按有机质类型腐殖型气、腐泥型气腐殖型气、腐泥型气 按热演化阶段按热演化阶段生物气、热解气、裂解气生物气、热解气、裂解气 腐泥型有机质的热解气和裂解气称为腐泥型有机质的热解气和裂解气称为油型气油型气;腐殖型有机质腐殖型
3、有机质(包括煤包括煤)的热解气和裂解气称为的热解气和裂解气称为煤型气煤型气天然气成因综合分类(戴金星、徐永昌等,天然气成因综合分类(戴金星、徐永昌等,1997)无机成因气 幔源气、岩浆成因气、放射成因气、变质成因气、无机盐类分解气 成熟度 母质 气的 类型 成因类型 未熟阶段 成熟阶段 高成熟阶段 过成熟阶段 油型气 A 腐泥型气 原油伴生热解气 裂解凝析气(湿气)裂解干气 煤型气 有 机 成 因 气 B 腐殖型气 生物化学气 热解气(凝析气)裂解干气 混合成因气 异源多源混合气、同源多阶混合气(一)、有机成因气形成机理(一)、有机成因气形成机理 热解作用热解作用:温度作用下有机质降解成烃,大
4、分子烃热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。裂解成更小分子烃。生物化学作用生物化学作用:主要指产甲烷菌利用二氧化碳、氢、甲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。酸、醋酸和甲醇等形成甲烷的过程。力化学作用力化学作用:构造作用引起的机械能(压力)作用于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有机质,直接参与有机质分解的化学键断 裂,即力化学作用。裂,即力化学作用。二、有机成因气二、有机成因气 催化作用催化作用:粘土矿物作为催化剂在有机质成烃演化过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
5、了反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。应的活化能,使有机质在低温阶段形成烃类。加氢作用加氢作用:与烃类相比,有机质贫氢富杂原子,通过加与烃类相比,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。元的缩聚作用。脱基团作用脱基团作用:脂肪酸脱羧基形成烃类,氨基酸脱氨基脂肪酸脱羧基形成烃类,氨基酸脱氨基 和羧基形成烃类和羧基形成烃类 缩聚作用:缩聚作用:具两个或两个以上官能团的物质相互作用,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在形成大分子同
6、时形成小分子气态烃的过程(二)、有机成因气的主要类型(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依据有机质的类型有机成因气分按热演化阶段分按热演化阶段分腐泥型气、腐殖型气腐泥型气、腐殖型气生物气生物气、热解气、裂解气、热解气、裂解气腐泥型有机质的热解气和裂解气合称腐泥型有机质的热解气和裂解气合称油型气油型气腐殖型有机质的热解气和裂解气合称腐殖型有机质的热解气和裂解气合称煤型气煤型气 腐泥型生物气腐泥型生物气腐殖型生物气腐殖型生物气1.生物气生物气在低温(在低温(75)、还原条件下,由微生物(厌)、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氧细菌)对沉积物
7、有机质进行生物化学降解所形成的富含甲烷气体。富含甲烷气体。依有机质类型分依有机质类型分又称生物化学气、生物成因气、细菌气、沼气又称生物化学气、生物成因气、细菌气、沼气n商业性烃类天然气聚集主要有两种成因类型:n生物成因气:占世界天然气资源的20%。n热成因气:有机质在较高温度下热降解和裂解作用生成的。n占商业性天然气聚集的80%我国典型生物气气田:我国典型生物气气田:,埋深,埋深14001400米,气藏温度米,气藏温度6060,第四系砂岩储层,第四系砂岩储层,C C1 1/C/C2 2=100=10010001000,1313C-65C-65。在渤海湾盆地也有发现,如惠民凹陷阳信地区。在渤海湾
8、盆地也有发现,如惠民凹陷阳信地区。目前已发现的生物气(KQ),其其次为第三系和第四系次为第三系和第四系。80%以上储量集中在西西伯利亚地区。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产CH4菌繁殖的必要条件菌繁殖的必要条件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(98%,干气干气;干燥系数C1/C2100或数百以上 甲烷:甲烷:富集轻的碳同位素12C,1313C C低低(-55100),多数在-60-80。甲烷:甲烷:DD低低(-250150)。腐殖型生物气
9、D:210280;腐泥型生物气D:-150-210。有热解气混入以及厌氧氧化时,同位素可变重 气藏埋藏浅气藏埋藏浅(一般1500米),浅层浅层未成熟带未成熟带,有机质 的Ro1200012000米。米。干酪根在热演化过程中,同时存在放氢的芳香烃缩合作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。用与加氢的正烷烃歧化作用。前者从低分子的菲逐渐缩合稠化为多核稠前者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;环芳香烃,直到石墨,放出大量氢;氢能用于后者形成氢能用于后者形成C C5 5和和C C1212正烷烃,进一步正烷烃,进一步裂解为裂解为C C3 3
10、、C C5 5和和C C6 6正烷烃,最终产物是甲烷、正烷烃,最终产物是甲烷、乙烷和丙烷。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。用与加氢的正烷烃歧化作用。芳香烃缩合作用:低分子菲缩合稠化放出H2多核绸合芳香烃石墨。正烷烃岐化作用:大分子裂解为小分子,加H最终CH、4C2H 等。6Kerogen热演化生成低碳数液态烃、气态烃自身芳环聚合成大分子,H/C 从低分子的菲逐渐缩合稠从低分子的菲逐渐缩合稠化为多核稠环芳香烃,直到化为多核稠环芳香烃,直到石墨,放出大量氢;石墨,放出大量氢;氢能用于后者形成氢能用
11、于后者形成C5和和C12正烷烃,进一步裂解为正烷烃,进一步裂解为C3、C5和和C6正烷烃,最终正烷烃,最终产物是甲烷产物是甲烷 石油热演化的缩合石油热演化的缩合作用和歧化作用作用和歧化作用n 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各种烃类的热稳定性零线代表元素碳和氢的自由能;零线代表元素碳和氢的自由能;的自由能随碳数增加而的自由能随碳数增加而增大,甲烷的自由能最低,因增大,甲烷的自由能最低,因而最稳定;而最稳定;的的自由能,烯烃自由能,烯烃环烷烃环烷烃正烷
12、烃,正烷烃,烯烃最不稳定;烯烃最不稳定;在低中在低中温温(250300)时,自由能超时,自由能超过环烷烃和正烷烃,而在高温过环烷烃和正烷烃,而在高温条件下则相反。在极高温条件条件下则相反。在极高温条件下,芳香烃高度缩合,是最稳下,芳香烃高度缩合,是最稳定的。定的。油型气演化方向:从石油伴生气油型气演化方向:从石油伴生气凝析油伴生气凝析油伴生气 热裂解气和高度碳化的石墨热裂解气和高度碳化的石墨油气的演化服从状态下的规律,即(2 2)油型气特点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:主成气母质:腐泥型、腐腐泥型有机质;热演化阶段:RO大于大于0.5%,可达2050%,C/C+小小
13、(410)(-55-45),(-300-180)比值明显,随有机质成熟度随有机质成熟度,iC4/nC4,在在生油窗约为生油窗约为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 ,(1020);13C(-50-40),D C1(-250-150),比比石油伴生气偏重。石油伴生气偏重。以甲烷为主,以甲烷为主,(12%);C/C+=20100;13C-35-40由由 1)2)3):):C,CH;13C、DC1变重变重天然气组成主要参数分析 油田或油区 CH4 重烃 C1/C2+C1/C 13C1(PDB)大庆油田(石油伴生气)53.995.61 2.64 38.51 1.403
14、6.22 0.58 0.975-37.72-49.97 东濮凹陷(凝析油伴生气)71.04 87.43 10.63 26.91 3.21 20.3 0.75 0.96-38.9-45.1 板桥凝析气田 82.88 15.29 5.42 0.844 川东相国寺气田(热裂解干气)98.15 0.89 110.3 0.991-33.55 我国若干油型气的组成特点我国若干油型气的组成特点(陈荣书,(陈荣书,19891989)油型气分布很广,在含油气盆地中只要发现了油型气分布很广,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。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
15、伴生气或呈游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,深约盆地的中深部,深约1500150035003500mm。n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。n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n煤型气、煤成气和煤层气的差异:n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。n煤层气是指以吸附状态存在于煤层中的煤成气。(1)煤型气的形成阶段)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
16、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。热演化过程中以产气态烃为主。氧气有限,随着埋深的增加,经泥炭化泥炭化及煤化煤化作用作用,可演变成;
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