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1、第六章 地温场、地压场、地应力场 与油气藏形成的关系,主要内容,地温场地压场地应力场与油气生运聚保的关系异常压力流体封存箱凝析气藏的形成和分布,地温场、地压场、地应力场与油气藏形成分布有着密切关系,（1）地温场,水热增压临界温度和临界压力凝析气藏形成地温场和地压场控制气田形成分布地温场和有机碳分布控制油田形成分布促进可塑性岩石的流动、穿刺,无机和有机矿物的成矿演化有机质热演化 生油窗、生气窗粘土矿物转化、脱水,（2）地压场,地静压力、压实作用初次运移流体势油气初次、二次运移，指明有利聚集部位促进油、气、水运移改变气在油、水中的溶解度异常压力带与欠压实带压实背斜圈闭的形成分布盐丘、泥丘等刺穿构造
2、的形成分布,（3）地引力场,有机质成熟生烃的力学化学反应油气运移、聚集的重要动力形成各类背斜、断层等构造圈闭形成二级构造带形成断层、裂缝、微裂缝有助于形成各种地层不整合有助于形成储集层的次生孔隙发育带有助于形成穿刺构造强烈地应力作用可破坏油气田作用强度 地应力（1-5）*地静压力,综上可知，“三场”相互联系，对盆地内油气藏的形成分布有重要的控制作用,第一节 地温场与古地温研究,一、基本概念,1.地温梯度：,随埋藏深度每增加100m，地温所升高的温度称为地温梯度又称地热增温率，单位：/100m；,2.地温级度：,地质历史时期地层经历的温度，为古地温。地质历史时期随埋藏深度每增加100m，地温所升
3、高的温度称为古地温梯度，单位：/100m；,3.古地温与古地温梯度：,温度每增加1所增加的深度数称为地温级度，单位：m/。,二、古地温的测定,在石油地质研究中，测定地质历史过程中沉积岩经受最高温度的方法有很多，目前国外多借助于镜质体反射率、孢子的颜色、干酪根的电子自旋共振、自生矿物及流体包裹体等，通过对比这些指标与已知温度梯度的关系，或者通过实验测定反应的动力学方程式来求得。,（一）镜质组反射率（R0）法,镜质体反射率是一种较好的成熟度指标。随着温度升高，反应时间延长，镜质体逐渐降解演化，颜色愈益加深，反射率逐步增大。可见，镜质体反射率与温度、时间之间存在一定的函数关系，反射率的大小直接反映经
4、受的最高温度。因此，根据沉积岩中镜质体的反射率可以估算在地质历史上经受的最高古地温。,它既可表示在恒温下加热一定时间所得到的反射率值，也可以反映在同一时间内温度变化所造成反射率值的差别。于是，对已知地质时代的沉积岩，测定出其中所含镜质体的反射率后，就可以推算其所经受的最高古地温。,在热演化过程中，镜质体的降解程度与反射率的增加是一致的，因此也可以通过模拟得出各地区镜质体降解率与反射率的对应关系。然后，系统测定探井中岩石的镜质体反射率，得出相应这些反射率值的镜质体降解率，代人阿伦尼乌斯方程既可求出地下古地温。Barker（1986）专门研究过镜质体反射率与古地温之间的关系，通过600多个镜质体反
5、射率Ro值与对应的最大温度T统计分析得出LnRo Barker认为上式具有普遍性，是一种较好的地质温度计。,（二）袍子颜色和热变指数法,这是一种简便快速的方法。随着沉积物里埋藏深度加大，其中所含的袍子、花粉、藻类等有机物在热演化过程中颜色逐渐加深，具有不可逆性。因此根据袍子的颜色及有机质的热变指数，也可以反过来求得所经受的最高古地温。图中表明随温度升高袍子颜色的变化情况，并加注袍子颜色指标和热变指数。,（三）自生矿物,沉积岩中的自生矿物与温度、压力及反应时间等物理因素密切相关，随温度转变具不可逆转性。因此，可用它们来研究古地温。,粘土矿物转化：,沸石转化：,硅质矿物转化：,（四）流体包裹体均一
6、温度法：,常温常压下见到的包裹体往往含气相与液相两种流体。加热升温至呈单相流体，这时的温度即为均一温度，它是包体形成时温度下限。,均一温度分析方法：直方图统计方法。,是用放射性原素U235的裂变来研究矿物裂变径迹，确定“退火”温度，退火温度与生油窗对应。,（五）磷灰石裂变经迹法：,第二节 地压场与地层压力预测,一、压力的基本概念：,1上覆地层静压力：由上覆沉积物及流体重量产生的压力。2地层压力：孔隙介质中流体所承受的压力，也称为孔隙流体压力，对油气层而言又分别称为油层压力或气层压力。3静水柱压力：由测点之上静水柱产生的压力。正常压实条件下，地层压力=静水柱压力4地层压力梯度：即地层压力随深度增
7、加而增大的变化率单位：Mpa/m。5异常地层压力：实际地层压力与静水柱压力不等。前者后者为异常高地层压力；前者1。,二、地层压力预测,地层压力可以在钻井或采油过程中，利用随钻测量、重复式地层测试器RFT或井下压力计等方法直接测量。在新探区钻井前需要对地层压力进行预测，一般用间接方法预测，其方法有：,（一）等效深度法：泥岩的密度与深度有一定的关系，因此可以建立页岩体积密度与深度经验关系式：由下式计算：Pf=G0DA-DE（G0-GW）（6-3）Pf地层压力，MPa；G0上覆地层压力梯度，Mpa/m；DA测点深度，m；DE对应DA的正常压实深度，m；GW静水压力梯度，Mpa/m；,（二）Filli
8、ppone法：用地震层速度预测，误差太大，使用时，应做必要的校证。,第三节 地应力场及其与油气成藏的关系,一、地应力场概念与分类,概念：地壳中或地球内部，应力状态随空间点的变化，称为地应力场，也称为构造应力场。2.特征：不同地质历史时期的地应力场特征不同，随着地质构造演化，应i力场的大小、方向、性质等发生规律性的变化。3.分类（1）按照大小分为：全球应力场、区域应力场和局部应力场；（2）按照时间分为：古地应力场、现今应力场；（3）按照应力方向分为：挤压应力场、拉张应力场和剪切应力场。,二、地应力场研究方法,研究方法：正序和反序两类逻辑演绎法。正序研究方法 从已知地块或岩块的力学性质、外力作用方
9、式等分析其应力分布状态，预测可能发生的变形部位及变形演变过程。今地应力场的研究多属此类。岩石力学试验、光测弹性模拟试验和计算机梳理分析方法是其主要的研究手段。反序研究方法 是研究古地应力场的常用方法。通过实地测量、统计、分析构造运动留下的各种构造形迹及组合特点，反推当时的地应力场。最佳方法是将正序与反序结合，实地机械测定地应力，取样进行岩石力学试验，统计露头岩心上各种构造行迹及组合，然后用计算机数值模拟，编制全区的地应力场有关图件，才能更逼近实际地应力分布的变化规律。,三、地应力场与油气藏形成分布的关系,大量资料研究证明，地应力场对油气形成、运移、聚集和保存等均有明显的影响：1.烃源岩生烃动力
10、学效应；2.烃源岩和储层裂缝形成与分布以及储层次生孔隙的发育特征；3.油气运移特征（方向、时间、通道等）；4.圈闭形成与展布特征；影响油气藏的保存特征。,第四节 研究实例,自 学(To study by yourself),一、异常地层压力,概念 地层压力（Pf）是作用于地层孔隙空间流体（地层水、石油、天然气）上的压力。正常地层压力可用地表至地下任意点地层水的静水压头（静水压力）来表示；背离正常地层压力趋势线的地层压力，均为异常地层压力。超过静水压力的地层压力，属异常高地层压力（超压，Surpressures或overpressures）；低于静水压力的地层压力，则为异常低地层压力。Hunt明
11、确提出了鉴别标准：在自由状态下的边界值 淡水 压力梯度9.79KPa/m（0.43Psi/ft）饱和盐水 压力梯度11.90KPa/m（0.53Psi/ft）边界值 超压 边界值 欠压,第五节 异常压力流体封存箱,2.,2.异常地层压力成因（1）流体热增压作用 这是地层中出现超压的首要原因。随着地层埋藏深度增加，经受地温升高，导致有机质成熟，生成大量油气，地层水也会出现水热增压，在烃源层及储集层中都会造成异常高地层压力。（2）剥蚀作用 在幼年期地貌区，剥蚀作用常常引起地层起伏甚大，而测压面的位置并未改变，于是测压面与地面的高低关系可能各地不同。从而造成A.B两个油藏分别出现压力过剩和压力不足的
12、现象。,在一些高原地区，河流侵蚀造成深山峡谷。泄水区海拔很低，测压面横穿圈闭，导致油藏内的地层压力非常低，只用1atm，石油走浮在水面上。,（3）断层与岩性封闭作用 在厚层泥岩中所夹的砂岩透镜体油藏，原来埋藏较深，原始地层压力较大。后来，在决断升降运动作用下，油藏所在断块上升，深度变浅，但原始地层压力仍然保持下来，形成高压异常；相反，所未，也可造成低压异常。,在不均衡力作用下，塑性岩层发生侵入作用，使上覆一些软的页岩和未固结的砂岩层发生挤压与断裂变动，孔隙容积减少，流体压力增大，造成异常高压。,（4）刺穿作用,（5）浮力作用,（6）粘土矿物转化作用,油气水的密度差引起的浮力作用，也可使油气藏内
13、出现过剩压力。,蒙脱石向伊利石转化能够析出大量层间水，并使粘土岩体积缩小造成异常高地层压力。,在一个地区，异常高压的形成可能是以上一种或多种因素综合作用的结果，与本地区的地质条件有关。从研究结果表明，异常高压和异常低压的出现通常需要一个相对封闭的地质环境。,二、异常压力流体封存箱的概念及类型,沉积盆地常常具两个或多个水文系统，呈现多水力系统的层状排列，其中间被封闭层所分隔，上部为正常压实，下部为异常压力系统。,概念：将沉积盆地内封闭层分割的异常压力系统称为流体压力封存箱（fluid compartment）。2.特征：流体压力封存箱内生储盖齐全。，分为主箱和次箱，水平封闭划分为主箱，垂直封闭层
14、进一步划分为次箱。,3.分类,超压封存箱：孔隙流体支撑盖层及上覆岩石流体的重量。欠压封存箱：岩石基质支撑盖层及上覆岩石流体的重量。,超压封存箱：典型实例是位于罗马尼亚特兰西瓦盆地中部的Ernie穹窿，有一个封闭层，其上的中新统Buglovian组为正常压力梯度，符合静水压力的深度变化；其下的中新统Tortonian。,美国阿拉斯加库克盆地封闭层厚约1000m，它穿越了侏罗系、白垩系和第三系等层系界面，由渗透层与非渗透层组成，封闭层顶深3230m。封闭层之上是陆相为主的第三系碎屑岩，属正常压力系统；封闭层之下为超压封存箱，包含第三系、白垩系、侏罗系及更老层,正常压力,欠压封存箱：岩石基质支撑盖层
15、及上覆岩石流体的重量，典型实例为美国俄克拉荷马州与德克萨斯州交界处的阿马里洛隆起Keyes气田，由于曾上升剥蚀掉1500m，欠压1300psi（1psi=6894.76Pa），上覆负荷全由含气砂岩的基质骨架支撑。该气田有Blaine硬石膏和威灵顿岩盐两个封存层，构成两个欠压封存箱，都是正常压力梯度，产气层在下封存箱内。,三、封闭层的成因及特征,1.封闭层是形成与分隔异常压力流体封存箱的关键。2.封闭层并不一定是油气藏的盖层。3.封闭层常与穿越不同地层界面、岩性、岩相界面、构造界面的同温层有关，在该温度条件下，矿化作用、充填作用等等成岩作用及后生作用造成渗透率近于零的封闭层。4.与次生孔隙发育带
16、一致；,总 结,（1）异常流体压力在沉积盆地中广泛存在，它具有多种成因，在一个地区异常流体压力的形成可以是其中一种或多种因素综合作用的结果。封闭性的地质环境是异常流体压力形成和保存的前提条件。（2）异常流体压力与油气运移、聚集具有明显的关系。流体封存箱是指沉积盆地中由封隔层分割的压力系统，包括超压封存箱和前压封存箱两种主要类型。（3）超压流体封存箱顶部温度在90-100，一般低于干罗根生油高峰期所对应的温度，所以多数油气生成于箱内。,（4）封闭层常与穿越地层界面、岩性岩相界面、构造界面的同温层有关，在封闭层内渗透率可近于零，若封闭层较厚也可夹有渗透带。封闭层常与次生孔隙发育带相伴生。（5）封闭
17、层有些位于烃源岩与油气储集层之间，表明约几千年一次的间歇式封闭层破裂可以伴随箱内尤其垂向运移，多数油气趋向于聚集在紧邻封闭层之上的储集层中；若封闭层具有互层性渗透层，也可聚集于封闭层内的储集层中。箱内、箱缘只要具备圈闭条件也可能成藏。,第六节 固态气体水化合物,1.定义：指在特定的压力与温度条件下，甲烷气体分子被封闭在水分子的扩大晶格中，呈固态的结晶化合物，亦称冰冻甲烷或水化甲2.成因与来源：来自洋底沉积物之下的生物成因气，也可以沿海底断层来自深处的非生物成因气。3.用途：（1）甲烷固态气体水合物可以作为深部气藏的良好盖层；（2）也可形成甲烷气体水合物气田。,一、概念：（Solid Gas H
18、ydrate）,二、理化性质,自 学！,三、形成与分布,气水合物的形成与温度和压力有关，主要形成于低温、高压条件下。一般随压力增大而形成，但在2127的温度下都将分解，因而其形成的深度下限约1524m，当然随地温梯度的不同而有所变化。主要分布在极地、永久冻土带及大洋海底。,第七节 凝析气藏的形成与分布,自然界的常规现象：任一物质（包括气体）等温加压会引起凝缩（如液化气），减压会膨胀导致蒸发，这是物理学上的一般规律。这只在一定的温度、压力范围内是正确的。自然界的异常现象：在地下深处高温高压的烃类气体，采到地面后，温度压力降低，不膨胀气化反而却凝结为液态烃，成为凝析油，这种气藏就是凝析气藏。,一、
19、临界温度和临界压力,液体能维持液相的最高温度称为临界温度。高于临界温度时，不论压力多大，它也不能凝结为液体。在临界温度时，该气体液化所需的最低压力，称为临界压力。,1.K为临界点，K1为临界凝结温度点，代表气、液两相共存时最高温度。2.曲线4为气体开始析出液体的泡点曲线，其外为纯液相；3.曲线5为液体开始凝结脱离气体的露点曲线，其外侧为纯气相。4.在4、5两曲线所包范围内，混合物处于双相状态，百分率线代表液体含量。,烃类相图：,在B点，相当于地层埋深较深，温度介于临界温度与临界凝结温度之间的情况下，在B3处以气相为主，液体仅占不足5%，随压力升高，液相增多，到B2达10%，但压力再增大，液相开
20、始气化，到B1处全部转化为气态烃。在地层埋藏较深，地层温度介于某种烃类物系的临界温度与临界凝结温度之间，地层压力超过露点压力时，这种烃类就可以形成凝析气藏。,1区物为低温状态。如25时，随压力增大，物系中凝结的液体越来越多，到C时，物系就全部为液体。可见在浅层低温条件无凝析气产出。,二、凝析气藏的形成条件及分布规律,凝析气藏形成的两个条件：,烃类物中气体数量超过液体数量，为液相反溶于气相创造条件；在地层埋藏较深，地层温度介于某种烃类物系的临界温度与临界凝结温度之间。,三、地下油气藏相态识别四、应用实例分析,自 学,第八节 深盆气藏,一、概 念：深盆气藏是指在特殊地质条件下形成的，具有特殊圈闭机
21、理和分布规律的非常规天然气藏，因分布在盆地深部或构造底部，故称为深盆气藏。,二、特 征,1气水倒置即同一储层中，构造下倾部位为饱和气层，向构造上倾方向，变为气水过渡带，和饱和水层，即下气上水。2异常地层压力（异常低压）气水到置的关系决定了深盆气藏流体压力低于静水压力。3储层致密，源/藏相伴源岩直接位于致密储层下方。4地质储量大、单井产量低。,三、形成条件,1源岩条件面积大、成熟度高、供气充足。2储集条件低孔、低渗、大面积发育。3盖层条件顶、底封盖层均重要。顶部盖层可有效地阻止天然气的扩散作用，亦可完全由储层中气水界面处的力平衡界面来维持，但扩散作用速率可能要大。底部封隔层是为了阻挡水压力对含气储层的作用，而导致其运移散失。4保存条件区域构造稳定、断裂发育少。,四、成藏机理：1力学平衡：气体热膨胀力+浮力毛细管力+静水柱压力2物质平衡：扩散量供气量,
