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探索地下石油奥秘——石油地质

桔灯勘探2018-10-15 17:17:08

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一、 人类家园的秘密

地球表面的圈层结构


地球是一只煮得不太熟的鸡蛋

通过钻深12千米的超深钻井、人工地震波的检测与解释等手段了解道地球内部的分层。

地球各层组成

地壳:矿产资源的聚集地;

大洋型地壳:6.5km;

大陆型地壳:30~70km


地幔

  • 橄榄绿色的铁镁硅酸盐矿物;

  • 不能钻到地幔,间接推断组成3000~5000摄氏度;

  • 地下5000米处


地核:铁质

漂移着的大陆

德国气象学家魏格纳-《海陆起源》:标志着完整的大陆漂移假说已经诞生



通过古地磁恢复、古生物化石、大陆间岩石层的对比、大洋底的钻探、大陆架附近的岛弧研究证明大陆在漂移。

大陆漂移学说最难解决的问题:大陆漂移的动力的来源。


沧海变桑田


华北平原4亿年前是一片汪洋

青藏高原6千万年前是一片大海

地质作用改变了地球的物质组成、外部形态、内部构造

形成矿产资源


石头的来历与种类

从成因上可分为:

  • 沉积岩:石灰岩、砂岩、页岩

  • 岩浆岩:又名火成岩

  • 变质岩:由沉积岩和岩浆岩通过变质形成


有机矿藏聚集地-沉积岩

石油、天然气和煤都形成并大多聚集于沉积岩中,可在沉积岩中进行数千米的运移,根据这些痕迹认识、了解石油的生成、云移、聚集、成藏的规律并进行开采的。

与石油、天然气、煤等有机矿藏有关的沉积岩:碎屑岩和碳酸盐岩


岩石年龄的测定

计时的基本原理:天然放射性同位素的衰变规律

测定的地质事件或者宇宙事件的年龄:同位素地质年龄


国际地学界有影响的地质年代表:

  • PTS年表

  • GTS年表

  • NDS年表

  • COSUNA年表

  • CGR年表


同位素地质年代学研究的局限性:绝大多数“同位素地质年龄”是从火成岩或火山凝灰岩中测定的,而地球上相当多的是沉积岩。这对于石油天然气行业是一个有挑战的课题。

地质年表




鸿篇巨制的编年史


地球相对年龄的地质年代表:以生物演化为依据建立

时间概念:宙-代-纪-世-期

地层单位:宇-界-系-统-阶

地球绝对年龄:同位素测定法确定

地球史书中的特殊“文字”-化石

化石-保存在地质历史时期的岩层或沉积物中的生物遗体和遗迹。


根据成因分为:

  • 实体化石:保存了动物、植物遗体的全部或绝大部分

  • 铸模化石:通过挤压作用在底层的岩石表面留下的印模、铸模等

  • 遗迹化石:动物生命活动中留下来的遗迹或者遗物


化石的作用:

  • 划分对比地层

  • 客观反映所在地层新老顺序

  • 重新塑造古环境

  • 了解灭绝生物


什么是盆地


盆地-四周高中间低的地形

盆地的形成-地壳运动形成


地壳活动的踪迹-断层与褶皱


有断层的地方就有地震有助于油、气向油、气藏内的运移聚集又可把已形成的油、气藏破坏掉


褶皱与断层伴生


断层对油气藏的影响




海相沉积与陆相沉积之辨

沉积相-一定的沉积环境及在此环境中沉积的沉积岩(沉积物)特征的综合。


塔里木盆地

从南半球漂过来


二、 形形色色的油气田

什么是石油

石油是-主要由C、H两种元素组成的化合物的混合物,赋存于地下岩石孔隙中的液态和气态可燃矿物。其它元素占1%,约57种。

石油的组成-烃占97%~99%;非烃以S、N、O化合物的形态存在于胶质的沥青中

石油是一种油脂状胶体,颜色棕褐、黑褐、黑绿少有淡黄、白色;相对密度0.75~1.0,有石油的物质在紫外线照射下发荧光


什么是天然气

天然气

  • 广义-所有气体

  • 狭义-以烃类气体为主的天然气体

  • 比重0.5~0.7

  • 无色,有特殊气味


油在哪里


石油和天然气形成的母体


生物群落与有机物

有机物与干酪根-死亡的生物体在一定条件下被微生物降解后残留下来得不溶的部分;可溶的部分称为沥青。

有机质变为干酪根:细菌降解作用

干酪根变为石油:温度作用

干酪根与石油-石油的生成是干酪根为了适应环境不断调节、改造自身的过程


哪些条件有利于油气的形成

大地构造起决定性作用

需要适合油气生成的古地理条件和古气候条件

物理化学条件与生物化学条件


怎样确定能否生成石油的石头

生成石油的岩石往往存在于富含黑色(暗色)有机物质的沉积岩之中;这种沉积物常赋存在沉积盆地的低洼处。

可以生成油、气的岩石专业称为生油岩或烃源岩

判断方法:

  • 观察颜色-深色

  • 定量研究分析

  • 有机质成熟度分析


中国人创立并发展的“陆相生油理论”

  • 1913年 美孚在中国勘探失败

  • 1922年 美国强调中国陆相贫油

  • 1928年 李四光指出“美孚的失败,并不能证明中国没有石油可办”

  • 1941年 潘钟祥《中国陕北和四川白垩系陆相生油》 “陆相地层生油”理论诞生

  • 20世纪50年代末 发现大庆油田


煤能生成石油天然气吗?

传统观点:煤与石油天然气“相克”

事实:新疆吐鲁番-哈密一带发现富含有机质的泥岩层,在其中发现油、气

条件

  • 煤系所处的古地理环境

  • 煤系中的有机显微组分含有一定比例的富氢组分

  • 煤系达到适宜的温度和埋深条件


油气成因大争论

  • 有机成因理论

  • 无机成因理论

盖层、圈层和油气藏


油气藏-蓄积油、气,在压差作用下,油气可以通过

油气藏生成-地壳运动

油气藏的组成:生油(气)岩-储集岩-盖层与圈层

油气由生油层进入储油层的动力:

  • 上覆地层的压力(静压力)主要动力

  • 地壳运动的压力(动压力)

  • 毛细作用



油、气、水分家

油、水分离:重力分异-比重不同

油、气分离:储层的压力低于饱和压力


石油是怎样运进油藏的

有经济性矿藏的形成条件:

  • 有充足的油气来源

  • 有倾斜、弯曲的底层帮助油、气分离

  • 有足够的压力推动油、气渗流

  • 有合适的地方把油、气聚集起来

天然气的成因


  • 有机成因

  • 无机成因

  • 混合成因

天然气藏怎样装气

  • 天然气对储层要求不高

  • 对圈闭盖层要求高


油、气藏和油、气田

  • 油、气藏-只具有理论意义,储存油、气的基本地质单元

  • 油、气田-由多个油、气藏组成

油田、气田和凝析气田


  • 油气田:存在纯气田,但不存在纯油田,所以油田与油气田统称为油田

  • 凝析气田:这种气田中聚集的碳氢化合物在一定温度、一定压力的底层条件下是气态物质;当温度和压力降到某一界限一下就变成液态(与其他物质不同),这种现象成为“反凝析现象”,凝结的油成为凝析油。气田称为凝析气田,在地面上为凝析油,所以成为凝析油田。

多姿多彩的油气“库”之一-构造油气藏

构造运动使储油层发生褶皱、断裂等形变形成的圈闭条件的油气藏分为背斜油气藏和断层油气藏等。



多姿多彩的油气“库”之二-地层油气藏


经过沉积间断以后新沉积的不渗透地层形成的油气藏,由沉积岩作用和构造作用相结合形成的。

多姿多彩的油气“库”之三-岩性油气藏

多姿多彩的油气“库”之四-隐蔽油气藏

指在油气勘探中难以识别和难以发现的油气藏




形成大型油气藏的特殊的地质条件

大型-石油储量在1亿吨以上的油田;气田储量在1000亿立方米

形成条件:

  • 拗陷(凹陷)油气资源丰度高

  • 具有大型背斜或者大型复合式圈闭条件

  • 发育多种类型大型砂岩体或生物礁等储集性良好的储层

  • 凹陷中多沉积间断和不整合

  • 大型同生断层发育

  • 区域性分布良好的盖层

形形色色的储层


油层-储藏石油的岩层

油层分类:

  • 砂岩油层

  • 砾岩油层

  • 泥岩裂缝油层

  • 碳酸盐岩油层

  • 基岩油层

  • 火山岩油层


为什么有的地方多产石油有的地方多产天然气?

我国现状:东部多产石油;西部多产天然气

原因:

  • 有机质类型的差异是决定是生油还是生天然气的最基本条件

  • 石油-低等水生物

  • 天然气-陆生高等植物

  • 有机质的成熟度以及演化史是生成石油或天然气的关键因素

  • 石油-成熟度不高

  • 天然气-成熟度高

  • 以前我国对天然气的石油地质特征不了解

形形色色的中国大油田



油气田的破坏

油气田破坏分类

  • 圈闭条件的破坏

  • 储油层物理性质的改变引起的破坏

  • 水动力条件改变引起的破坏

  • 油气藏的氧化:水氧化、微生物氧化


圈闭条件的破坏


水动力条件改变引起的破坏

油气田的再生与演变



祖国遍开石油花


东西分界-北起呼和浩特,南至南宁一线

我国西气东输战略的依据

东部石油是西部的3倍,而西部的天然气是东部的6.3倍



中国海疆油气分布

中国海域油气田主要分布在:渤海湾盆地、东海盆地、台西盆地、珠江口盆地、北部湾盆地、莺歌海盆地、琼南盆地


三、 油气是怎样找出来的

我国是世界上最早使用石油和天然气的国家

  • 3000多年前周代算起,《易经》中有记载,说明可燃的天然气在地表湖沼水面上逸出气苗

  • 2000年前,在中国西北地区人们就知道漂浮在水面的石油,遂收集盛入容器,用以点灯;四川人就利用天然气煮盐

  • 最早的采油井出现在宋代

  • 到公元13世纪,人们开始对四川一带的浅层天然气进行了较大规模的开发利用

《四川盐法志》钻井图

中国石油工业的发展史

  1. 早期石油地质调查和对中国石油资源的评价

  2. 中国近代石油地质调查


苍茫大地如何寻觅油迹

  • 根据航空勘探

  • 野外勘探

  • 室内分析研究工作

  • 详细勘查

中国石油工业的历史性转折点-松基三井喷油

1958年4月在东北成立了松辽石油勘探局全面投入地质调查工作,由于松基一井和松基二井只发现了很薄的生油层,为了确定松基三井的位置,地质专家经过日以继夜的分析,决定把基准井井位定在油气远景最好的地区,经过翻阅大量的资料,确定了大同镇高台子附近的隆起是生油层最厚的地方,又是凹中隆起,对油气生成、运移、聚集最为有利


中国油气勘探历程

  • 勘探初期阶段

  • 战略东移,突破松辽盆地

  • 进军渤海湾,创建第二大石油基地

  • 稳定东部,发展西部,油气并举,大力发展近海勘探,加强全国范围内的区域勘探

油气勘探之一-揭开盆地的秘密


揭开盆地的秘密首先要搞清盆地的基底情况;

通过地球物理勘探了解盆地的内部情况;

通过钻井了解第一性资料;


目前所使用的勘探手段:

  • 地面地质调查、

  • 各种地球物理勘探方法、

  • 地球化学勘探方法、

  • 浅钻井、

  • 深钻井


油气勘探之二-判断盆地的含油性

如何判断盆地是否有石油:

  • 分析岩层是否有生油层

  • 分析岩层是否有储油层

  • 岩层是否形成了储油的“圈闭”



油气勘探之三-找准主攻方向


深坳陷区及其周围油气是最丰富的

  • 有利的生油地区

  • 能够形成良好的储油层

  • 深坳陷中的油气有良好的保存条件


油气勘探之四-解剖构造带,甩开钻探

石油勘探的实践经验说明,油气田在一个构造带的控制下,通常是成群、成带分布着。一个构造带上的每个局部构造都是同一地质历史时期中形成的,它们有相同的地质成因和共同的发展历史。


所以当石油从深凹陷运移出来的时候,它不是单独进入某个构造带,而是在一定面积内,由近到远、由低到高、进入各个构造。这样,当某一构造带处于油源充足的深凹陷附近时油气可以运移到各个构造,使得构造带上的各个局部构造都可能充填油气。


在石油勘探中,在一个构造带上发现了油气田往往是发现一系列油气田的开始。因此要全面部署,整体解剖,钻探构造带:

  • 确定井位时,探井不但要打在构造的高点部位,也要打在构造的低部位

  • 在勘探的目的层上,要注意已知目的层,也要注意未见油的可能目的层,既要注意深层也要注意浅层

油气勘探之五-详查油气田

油田面积的大小主要决定于油层的构造情况,这就需要进行地震勘探,因为不同时代的岩层往往有叫明显的区别,因而地震反射层也是一层一层,但各层的形态不一定是一致的,这就需要做地震细测,搞清油层构造,然后打探边井,最后在构造图上画出油水边界线,这样能够比较准确的圈定油田面积。


勘探开发的攻坚战-识油层定产能

了解油层情况主要是指搞清楚油层的厚度变化,了解油层的分布状况;同时,还要搞清油层的性质如何,了解它的孔隙性、渗透性及油层中含油、水、气情况。通过资料井获取地质资料,通过探井和资料井的试油,了解单井产油、产气能力


油层对比

把各个井点上同一层位的油层找出来,搞清楚这个井某一个油层和另一口井的哪一个油层相当,是否属于同一个油层。通过逐井分析比较,把在所有井点上的同一层位的油层找出来,对应起来以后,就可以联系起来全面地研究这个油层的地质特点了。这种在石油地质工作中,把这种寻找油井间相同油层层位的工作叫做油层对比



寻找地下油气藏的“蛛丝马迹”-油气地表化探

油气地表化探的技术

  • 遥感化探技术

  • 轻烃分析

  • 重烃分析

  • △C分析



前途远大的非地震勘探

在我国油气勘探进入到地质条件更为复杂、勘探成本越来越高、勘探目标由背斜构造油气藏扩大为构造、地层和岩性油气藏的新阶段之后,非地震勘探技术在石油勘探界受到越来越多的重视


目前使用的非地震勘探技术主要有地表化学勘探,重、磁、电勘探等


目前国内外非地震勘探技术应用的主要特点就在于将其与地震技术进行综合勘探和联合解释

深入地下的“眼睛”-综合录井

地质录井是钻井过程中一项重要的工作,包括钻时录井、岩屑录井、钻井液录井、气测录井等,目的是在现场录取到地下各项相关的第一手资料



“窥探”地下的“窗口”-岩心

岩心是在钻探过程中用特殊的取心钻具从地下取出的岩石样品。在石油勘探阶段,岩心能够真实的反映地下地层的时代,有没有油层,油层的深度和厚度,储油性能,油、汽、水层的相互关系;通过多口钻井岩心的比较分析,还可以了解储油构造的形态,断层的性质和分布规律。在油田开发中,通过岩心可以了解油层的开采状况,可以在实践过程中不断修改和调整开发方案,把地下更多的石油开采出来。



中国油气田分布


中国的大型油田:

  • 大庆萨尔图油田

  • 喇嘛甸油田

  • 杏树岗油田

  • 克拉玛依油田


中国大型气田:

  • 长庆气田

  • 克拉2气田

  • 苏里格气田

大中型油气田埋藏最深的油田:塔河油田

埋藏最深的气田:柯克亚气田、塔里木牙哈气田、四川五百梯气田

世界油气田分布

世界最大的油田:沙特阿拉伯的加瓦尔油田

世界第二大油田:科威特的布尔甘油田

世界第三大油田:沙特阿拉伯的萨法尼亚油田



世界最大的气田:俄罗斯的乌连戈衣气田

世界第二大气田:亚姆堡

向地球的深度与广度进军


世界各国石油勘探的动向,正向三个方面发展

  • 在继续寻找中深油层的同时,向深部地层探油

  • 在加强陆地上找油的同时,正在向海洋大陆架进军

  • 在寻找背斜油气田的同时,大力加强非背斜油气藏的勘探

各种油气资源

可以点燃的石头-油页岩

油页岩一般为褐黑色或黄褐色,可以自燃,油页岩在湖泊和海洋中都可以形成,它所含有的有机质大部分来自于藻类、植物的孢子或花粉,除此之外油页岩中还常会有丰富的鱼类残骸。尽管油页岩资源规模很大,但是由于技术、经济和环境污染等方面的原因,油页岩的开发受到了限制

地球深处的天然气

随着浅层油、气勘探领域的日趋深入,人们把勘探的目标向地球深处延伸,与之配套的钻井设备和技术手段也不断发展。近年的勘探实践中,石油地质工作者越来越多地找到了储藏在地下深处的天然气藏,科学家们称它们为“深盆气”或“深层气”

四、 资源与资源评价

非常规天然气

非常规天然气大体归纳为一下几种:

  • 煤成气:指煤系中煤层和煤系中的分散有机质在煤化过程中生成的天然气,是非常规天然气中最重要的一种

  • 煤层气:是专指以吸附状态存在于煤层中的煤成气,是描述煤成气特定产状的术语,其内涵也包括人们常说的煤矿瓦斯气

  • 水溶气:也称高压溶解气,是指含油气盆地中以溶解状态赋存于地层水中的烃类气体,异常地层压力往往是水溶气富集的主要条件

  • 深层气:在国外主要是指埋深在4000米以下的天然气资源,在中国通常是指现今主要勘探层位以下的天然气资源

  • 可燃冰:天然气水合物,主要由甲烷气体构成,由于它是藏在沉积岩或岩石的缝缝洞中,开采难度很大

油气资源和油气储量


油田地质储量的计算

  • 容积法

  • 物质平衡法


  • 统计法

可采储量

由于微观与宏观上的原因,再加上人为的因素,诸如开发方式的好坏、开采工艺技术的高低等,都会极大影响采收率

可采储量包含一次采油、二次采油、三次采油采出的油量

  • 一次采油:依靠地层原始能量采油

  • 二次采油:依靠往油层里注水或注气,以增加地层能量的办法

  • 三次采油:通过溶剂驱油法、表面活性剂法、注入蒸气法、注入二氧化碳气体、 井下燃烧法等采出残留石油的方法

油气资源评价

油气资源是客观存在于地下深处的烃类流体

估算油气资源的方法

  • 体积法

    这种方法适用于不同对象与不同的勘探阶段。只是其估算的精度与输入的信息多寡有关;估算结果与待算对象的资源级别有关

  • 地球化学法

    这种方法主要用于“盆地”级总资源量的估算,有时也用于“区带”供油单元总资源量估算,并适用于各种勘探程度

  • 经验统计法

    这种方法可以针对一个国家、一个公司、一个盆地、一个区带或区块进行计算,但是,它多用于勘探程度高、较高或中等的评价对象

中国石油事业前景

中国拥有145个沉积盆地,它们分布在中国的东部、中部、西部及海上大陆架。中国的东部石油勘探已经进入了中晚期(主要是松辽和渤海湾盆地);中部正在进入中期(主要是陕甘宁与四川盆地);西部和海上大陆架的盆地大部分勘探程度很低,处于勘探早期。

  • 50余年来我们已经采出的石油仅占我国地下石油资源量的23.75%,也就是说,中国还有76.25%的可采资源量在地下埋着呢!

  • 在这76.5%的剩余可采石油资源中,只有20.9%石油被我们探明了,埋在地下的79%的剩余可采石油资源需要我们去勘探

  • 天然气可采资源量为21万亿立方米,我们探明的少,采出的少,剩余可采资源量达17.81万亿立方米

石油安全是我国资源战略中的重中之重

中国的石油资源在世界上排第10位,但是人均石油占有量却排在世界石油资源国的倒数二三位。石油是国家重要的战略物资,对维护国家安全具有极为重要的作用

目前威胁我国石油安全的主要国际因素有:

  • 原油进口依赖度不断增大,加大了石油供应的风险

  • 由于种种自然或人为的原因,国际上可能出现短期和局部的供应短缺

  • 敌对势力或国际竞争对手对我国石油供应的可能威胁或影响

国内的不利因素则主要有:

  • 我国是一个面海背陆的大国;

  • 潜在着地缘军事和自然灾害等不安全因素

  • 中国是一个经济迅速发展的石油净进口国

  • 中国处在总体短油的东亚地区中部

  • 中国离世界主要出口源较远,等等


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