8-油藏地球化學(xué)描述

1、1．油藏流體非均質(zhì)性 多年前人們就已認(rèn)識到油藏內(nèi)部流體具有非均質(zhì)性。近年來England等（1987,1989和1990）對這一現(xiàn)象進(jìn)行了地質(zhì)解釋。 油藏地球化學(xué)研究的中心任務(wù)就是認(rèn)識這些非均質(zhì)性的分布規(guī)律和成因機(jī)理，并將其應(yīng)用于油氣藏勘探評價(jià)和油田生產(chǎn)管理。,第一節(jié) 油藏地球化學(xué)描述,一、油藏地球化學(xué)的理論基礎(chǔ),(1)直觀表現(xiàn) 油藏內(nèi)石油的非均質(zhì)性主要表現(xiàn)在石油物性（如石油密度、粘度等）、氣油比、石油族組成、

2、同位素組成以及石油分子組成在空間上規(guī)則和不規(guī)則的變化。不同油藏內(nèi)非均質(zhì)性分布特征和規(guī)模存在一定的差異。,（2）造成油藏內(nèi)流體非均質(zhì)性的原因 England（1987）： ①油藏內(nèi)部諸如氣油比和生物標(biāo)志物之類的非均質(zhì)性，是石油充注、聚集過程中繼承性保留下來的源巖有機(jī)相和成熟度的差異所致，即同一油源不同時期生成的石油以及不同油源的石油在組成上具有內(nèi)在的差異。,②油藏內(nèi)部的地球化學(xué)作用：如水洗作用和生物降解作用、重力作用和焦油席的形

3、成、油藏內(nèi)石油的熱蝕變作用以及流體—巖石相互作用和油氣運(yùn)移過程中的分餾作用等，也是控制油藏流體在空間上非均質(zhì)性分布的因素。 ③石油注入儲層后，儲層孔隙度和滲透率以及油藏構(gòu)造、地層特征的差異也可造成流體組成的非均質(zhì)性（Hillebrand等，1992）。,Larter和Aplin（1995）總結(jié)了近年來的研究成果，指出造成油藏內(nèi)流體不同規(guī)模上非均質(zhì)性的原因可能是不同的。,一公里至幾十公里范圍內(nèi)的橫向成分梯度（圖A）指示區(qū)域性的石油

4、定位成藏方向（氣油比、成熟度標(biāo)志）、生物降解油田中區(qū)域性水流方向（正烷烴濃度）以及大規(guī)模流體流動屏障的存在（成分階梯）；,10m范圍內(nèi)的非均質(zhì)性（圖B），例如地層水（鹽度或87Sr／86Sr同位素比值）或分子標(biāo)志物參數(shù)，反映油藏在垂向上存在分隔層；,幾十微米至分子級規(guī)模的非均質(zhì)性（圖C）則與油層的表面化學(xué)以及流體包裹體中古流體的作用有關(guān)。,（3）非均質(zhì)的保存 油藏內(nèi)流體的混合作用使流體在力學(xué)上和化學(xué)上達(dá)到平衡狀態(tài)的速率，取決于不

5、穩(wěn)定性流體存在的規(guī)模和油藏滲透性結(jié)構(gòu)。 從充注期間繼承下來的大規(guī)模橫向成分梯度則可能保持相當(dāng)長的地質(zhì)時期。因此，油田內(nèi)烴類和水的組成非均質(zhì)性可以提供大量的地質(zhì)信息，且可以用來指導(dǎo)區(qū)域勘探、油藏描述、評價(jià)和油田開發(fā)。,2．油藏充注與混合模式 盡管對于油藏中出現(xiàn)成分非均質(zhì)性流體的認(rèn)識已有數(shù)十年歷史，但目前對它的地質(zhì)解釋主要建立在England及其合作者的工作基礎(chǔ)上。,油氣向儲層注入模式圖,,,,,,,,當(dāng)油藏內(nèi)石油達(dá)到較高

6、飽和度時，為達(dá)到力學(xué)和化學(xué)上的平衡，石油柱內(nèi)的化學(xué)組成將進(jìn)行重新分配。 England等（1987）提出低速混合作用是促使油藏內(nèi)石油組成進(jìn)行重新分配的主要因素。 石油組成的混合作用主要包括熱對流混合作用、密度驅(qū)動混合作用和擴(kuò)散作用。,（1）密度驅(qū)動混合作用 由于從源巖中生成的、具有不同成熟度的石油不斷地向油藏注入，造成油藏內(nèi)石油的密度在縱向上和橫向上均存在差異。 地下烴類因密度差異而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必將產(chǎn)

7、生流體對流混合現(xiàn)象。影響密度混合作用的因素主要有： ①石油注入油藏后所經(jīng)歷的時間，時間越長，石油在油藏內(nèi)混合作用越完全； ②儲層的物性特征和非均質(zhì)性，儲層物性能越好，密度驅(qū)動混合作用越有效，所需的混合作用時間越短。,（2）擴(kuò)散作用 在油藏流體中，分子擴(kuò)散作用是一種普遍的現(xiàn)象。由于油氣向油藏充注時，其原始化學(xué)組成具有非均質(zhì)性，因此擴(kuò)散作用將導(dǎo)致物質(zhì)重新分配，部分或完全消除側(cè)向上的濃度梯度，建立垂向上由重力分異作用而

8、形成的濃度梯度。,（3）熱對流混合作用 從理論上講，油層在垂向上地溫梯度的變化將導(dǎo)致流體發(fā)生熱對流。 實(shí)際上，在大多數(shù)油藏中，如果具有正常垂向地?zé)崽荻?，加之儲層的孔隙性特征，?dǎo)致重力作用往往阻礙熱對流作用的順利進(jìn)行。石油在油層中的熱對流作用相當(dāng)緩慢，對油藏中石油非均質(zhì)性的影響甚微。,England和Mackenzie對混合機(jī)理的時間尺度數(shù)量級進(jìn)行了估算，其基本結(jié)論是： (1）單個石油柱內(nèi)，垂向上擴(kuò)散混合作用在地質(zhì)

9、學(xué)上是快速進(jìn)行的，導(dǎo)致在1Ｍａ時間幅度內(nèi)以大約100m的規(guī)模建立重力分異的濃度梯度；,混合機(jī)理的時間時間尺度,（2）橫向上穿越大油田的石油柱擴(kuò)散混合作用，在地質(zhì)學(xué)上是緩慢進(jìn)行的，成分的非均質(zhì)性可保持?jǐn)?shù)十百萬年； （3）全油田普遍具有高滲透率儲層的情況下，石油柱的密度驅(qū)動混合作用在地質(zhì)學(xué)上是快速的（104—106年的時間尺度）； （4）全油田廣泛具有低滲透率時，密度驅(qū)動的混合作用在地質(zhì)學(xué)上是緩慢的。,油藏混合作用的數(shù)量級估算在對來

10、自油藏不同部分的流體分析結(jié)果進(jìn)行比較和解釋時具有重要意義。,,,垂向擴(kuò)散,密度驅(qū)動翻轉(zhuǎn),A,B,C,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,時間推移,,油藏內(nèi)混合過程對石油組分和密度的影響,二、油藏地球化學(xué)研究1．研究內(nèi)容 油藏地球化學(xué)研究包括三方面內(nèi)容： 油藏流體地球化學(xué)剖析，建立油藏地球化學(xué)三維結(jié)構(gòu)模型； 油藏流體非均質(zhì)性特征和分布規(guī)律分析，界定流體流動屏障，劃分流體分隔單元； 確定流體非

11、均質(zhì)性成因類型，探討其成因機(jī)理。具體研究內(nèi)容包括以下方面：,,,,2.油藏地球化學(xué)的研究程序： （1）選擇具代表性的井，采集石油和（或）巖心樣品，進(jìn)行系統(tǒng)地化分析（棒色譜、氣相色譜、色譜—質(zhì)譜、餾分與單體烴同位素、殘余鹽同位素）。精細(xì)剖析石油（巖心抽提物）化學(xué)組成，劃分石油族群。 （2）編制單井地球化學(xué)剖面圖，分析油藏內(nèi)部流體垂向非均質(zhì)性特征，檢測油藏內(nèi)部有機(jī)隔層（焦油席）、巖性與物性隔層，劃分垂向流體分隔單元。,（3）

12、根據(jù)油層橫向上流體非均質(zhì)性及其分布特征，結(jié)合地質(zhì)、地球物理測井和油層物性分析資料，確定油層連通性，從空間上劃分油藏流體流動單元。 （4）在區(qū)域地質(zhì)和油藏地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合油藏工程資料，根據(jù)流體在區(qū)域上和油藏范圍內(nèi)的分布特征，探討構(gòu)造條件、巖性特征和儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征對油藏內(nèi)流體非均質(zhì)性的控制作用，分析油藏內(nèi)流體非均質(zhì)性的主控因素，研究流體非均質(zhì)性的成因機(jī)制。,（5）運(yùn)用石油及油層巖心抽提物的總體組成和分子地球化學(xué)參數(shù)，根據(jù)油藏

13、流體非均質(zhì)性分布特征、石油成熟度、高分子量化合物和非烴的分布特征，確定油氣充注點(diǎn)和充注方向。根據(jù)分子地球化學(xué)、流體包裹體測溫、包裹體組成分析和油層中自生礦物放射性同位素分析，研究流體充注方式、時間序列，建立流體充注模型，分析流體充注機(jī)制，探討石油運(yùn)聚史。,（6）在油藏地球化學(xué)精細(xì)描述的基礎(chǔ)上，充分應(yīng)用石油色譜指紋特征，生物標(biāo)志物、非烴化合物等資料，結(jié)合巖心分析、電測井、試油和地層測試資料判別油、氣、水層，分析烴類在平面上和剖面上的分布特

14、征。確定不同油層石油產(chǎn)能分配，中途測試前石油物性（密度、粘度）及其分布特征預(yù)測，研究有機(jī)質(zhì)（尤其是高分子量化合物）對油層的損害。,,,,,地質(zhì)學(xué)的,成巖作用的,有機(jī)地球化學(xué)的,無機(jī)地球化學(xué)的,測井研究儲層物性,中級方法,數(shù)據(jù)處理,巖石熱解、棒色譜、全油GC、氣體成分分析,水化學(xué)成分、同位素分析,非烴氣體同位素分析水的痕量化學(xué)分析,熱解-GC-MS、中途測試油的化學(xué)分析、氣體同位素,極性化合物、生標(biāo)分析,礦物顯微分析、鍶同位

15、素分析,流體包裹體,油藏狀態(tài)分析,一項(xiàng)油藏地球化學(xué)研究的剖析,研究由外向內(nèi)逐步進(jìn)行，樣品分析項(xiàng)目由普通向高級、由多到少,（1） 巖心抽提物分析 巖心抽提物分析首先要確定其受鉆井液污染的程度。盡量采集受污染輕的巖心。 目前巖心抽提物分析技術(shù)主要包括以下幾方面：,3. 關(guān)鍵技術(shù)與研究方法,①巖石熱解分析和熱蒸發(fā)（即熱脫附）—?dú)庀嗌V—火焰離子檢測（FID）或質(zhì)譜（MS）分析： 該方法采用熱萃取與程控裂解相結(jié)合技術(shù)，能

16、直接從未加處理的毫克級的巖心或巖屑樣品中，獲得游離烴的高質(zhì)量氣相色譜（質(zhì)量色譜）圖及高分子量非烴和瀝青質(zhì)的熱解氣相色譜圖。,,,總有機(jī)質(zhì) 可溶有機(jī)質(zhì) 干酪根 有效碳 無效碳 P2 P1

17、 P3    樣品中烴 干酪根熱 捕集釋出 類的揮發(fā) 解生烴 的CO2 300℃ Tmax 550℃ 程序升溫過程

18、 降溫過程,,,,,,,,,,,,熱解分析原理示意圖,S1,S2,S3,,儲層含油氣級別評價(jià),②薄層色譜—火焰離子檢測技術(shù)（棒色譜）： 用于快速分析石油與含油巖心抽提物的族組分。該方法每日可提供達(dá)到70個油藏巖心樣品的飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)的數(shù)據(jù)。,③地層水同位素分析： 是研究油層內(nèi)流體非均質(zhì)性的重要手段。重點(diǎn)測定從地層水或貯存巖心中蒸發(fā)殘余水后所沉淀鹽類的87Sr/86Sr同位素組成。

19、目前一般殘余鹽分析法（RSA）。,④氣相色譜指紋分析技術(shù)和生物標(biāo)志物分析技術(shù) 氣相色譜指紋分析技術(shù)用于計(jì)算相關(guān)烴類相對組成來區(qū)分原油族群和油藏流體連通性研究。 生物標(biāo)志物組成剖析技術(shù)，可鑒定飽和烴和芳烴餾分中全部生物標(biāo)志化合物，應(yīng)用于石油族群劃分、生源母質(zhì)與有機(jī)相分析以及油源對比。,氣相色譜圖,極坐標(biāo)圖,（2） 流體包裹體分析,需要建立流體包裹體與成巖礦物形成次序關(guān)系,油氣包裹體,鹽水包裹體,,石英次生加大,碎屑顆粒,

20、油氣有兩次充注,早晚,,,顆粒原生包裹體(早)加大邊次生包裹體(較晚)顆粒微裂隙包裹體(最晚),,,,螢石子礦物,,,,,,,,,,油氣包裹體的均一溫度是成藏期的定時劑,冷熱臺測定的均一溫度需要校正(溫度－壓力校正、鹽度校正)精確的儲層埋藏史分析地溫梯度及其分布,,,,,,,,,,,,10,50,40,30,20,,,,,,1000,4000,3000,2000,地質(zhì)時代(Ma),埋,藏,深,度,(,m,)（溫度）,,,,,,

21、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,均一溫度55度(第一充注期),熱液侵入(螢石形成),均一溫度110度,第二充注期,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,均一溫度的校正很重要，均一溫度是油藏形

22、成的最低溫度，必須考慮包裹體的代表性，必須考慮油藏形成后的熱史、 埋藏史的變化等。,,,50℃,100℃,,,100℃,,（3） K/Ar同位素年齡技術(shù),利用儲層中自生礦物（主要是伊利石）同位素年代分析烴類進(jìn)入儲層時間上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的新技術(shù)。 其原理： 當(dāng)烴類充填到儲層時，儲層中自生礦物的形成作用便停止了。砂巖儲層中自生伊利石僅在富鉀的水介質(zhì)環(huán)境中形成，油氣進(jìn)入儲層后伊利石形成過程便會停止（

23、Hogg等，1993）。所以利用K/Ar法測定自生伊利石的年齡就可確定油氣藏的形成時間。,利用儲層自生伊利石測年法確定油氣藏形成期,,原始油水界面,水層的水介質(zhì)發(fā)生變化伊利石停止生長,兩期成藏,長期緩慢的成藏作用,伊利石形成與油氣充注無關(guān),油氣快速充注水層伊利石長期生長,假設(shè)的自生伊利石K－Ar年齡與深度關(guān)系圖,（4） NSO化合物和高分子量化合物分析 NSO化合物：是指含有氮、硫和氧雜原子的有機(jī)化合物，主要包括非

24、烴和瀝青質(zhì)。,含氮化合物,石油中含氮通常在0.055-0.5%。以芳香稠環(huán)形式存在的主要有兩種結(jié)構(gòu)類型：通常具有中性吡咯結(jié)構(gòu)的含氮化合物含量高于堿性吡啶。由于后者分析困難，目前主要對前一類研究相對深入。 這些化合物可被強(qiáng)烈地吸附在礦物表面和固相有機(jī)物質(zhì)上。所以可以用原油中含氮化合物的分布作為油氣運(yùn)移的指標(biāo)。,1-甲基咔唑 3-甲基咔唑 4-甲

25、基咔唑1，8-二甲基咔唑 1，4-二甲基咔唑 3，4-甲基咔唑 苯并〔c〕咔唑 咔唑 苯并〔a〕咔唑,中性含氮化合物的主要類型：,CH3,,,目前能利用GC-MS定性定量分析的中性含氮化合物有咔唑（M/Z 167）、甲基咔唑（M/Z 181）、二甲基咔唑（M/Z

26、 195）和苯并咔唑（M/Z 217），對于C3~C5-咔唑系列和C1~C4-甲基苯并咔唑系列無法對每個峰定性。,含氮化合物的成因,,在咔唑系列化合物中，因?yàn)檫量┉h(huán)中的N-H基團(tuán)可以和其他極性基團(tuán)形成氫鍵，所以可被強(qiáng)烈地吸附在礦物表面和固相有機(jī)物質(zhì)上，從而阻礙咔唑類的運(yùn)移。 如果1，8位置的氫原子被烷基取代，那么咔唑中的N-H基團(tuán)將被有效的遮蔽，使其形成氫鍵的能力下降，使運(yùn)移能力相對增加，因此稱1，8-二甲基咔唑?yàn)檎诒涡突衔铩?/p>

27、1，8中一個碳位上有取代基的稱為部分屏蔽形異構(gòu)體，兩個碳為均無取代基的稱為裸露形異構(gòu)體。裸露形異構(gòu)體運(yùn)移最困難，屏蔽形異構(gòu)體相比最容易。,含氮化合物在油氣運(yùn)移研究中的應(yīng)用,初次運(yùn)移過程中有機(jī)氮化合物的分餾效應(yīng),含氮化合物的含量：含氮化合物傾向于殘留在烴源巖中，同時，運(yùn)移作用使咔唑、苯并咔唑和二苯并咔唑發(fā)生明顯的分餾效應(yīng)。咔唑類異構(gòu)體的分布：遮蔽型化合物易于進(jìn)入儲層中，裸露型異構(gòu)體傾向于殘留在源巖中。咔唑、苯并咔唑系列高、低分子量的相

28、對豐度：高分子的傾向于進(jìn)入儲層中，低分子的傾向于殘留在源巖中。,二次運(yùn)移過程中有機(jī)氮化合物的分餾效應(yīng),,二次運(yùn)移對咔唑類的影響與初次運(yùn)移有相似之處。二次運(yùn)移過程中，原油中單體吡咯型化合物的豐度相對降低，官能團(tuán)暴露型比遮蔽型異構(gòu)體降低的趨勢更快，后者在運(yùn)移中相對富集。 咔唑、苯并咔唑和二苯并咔唑系列的相對豐度也會變化，隨運(yùn)移距離的增加，咔唑相對增加。苯并〔a〕咔唑/苯并〔c〕咔唑可用于估計(jì)原油的運(yùn)依距離。咔唑、苯并咔唑系列高分

29、子的二次運(yùn)移能力也強(qiáng)于低分子類，因?yàn)榈头肿宇惛菀走M(jìn)入水相。,用于研究運(yùn)移的參數(shù)：咔唑的絕對含量、1-甲基咔唑/4-甲基咔唑、裸露形/屏蔽形咔唑等。右圖是王鐵冠等所做的輪南奧陶系原油吡咯類化合物分布圖，并由此判斷出油的運(yùn)移方向。,石油中的含氧化合物主要以羧酸或酚的形式存在。,含氧化合物,石油羧酸,烷基酚類,目前也有人使用酚類化合物研究油氣的運(yùn)移方向。酚類化合物也和咔唑類化合物一樣，當(dāng)在C-1和C-6位有取代基時將比沒有取代基的酚類相

30、對容易運(yùn)移一些。所以考察兩者間的相對含量可以判別油氣運(yùn)移方向。,高分子量化合物：油藏中廣泛分布著高分子量化合物，這些化合物主要為瀝青質(zhì)、非烴類化合物及部分高分子量烴類化合物。 主要由高分子量（Ｃ21+）的鏈烷烴組成的化合物，通常稱之為石蠟。 石蠟的沉積作用是石油開采中的問題之一。主要原因：開采引起油藏壓力降低，導(dǎo)致超臨界溶劑體系運(yùn)載能力的下降，引起高分子量烴類的沉淀作用。,第二節(jié) 油田水地球化學(xué)特征,一、油田水文地質(zhì)條

31、件 油田水文地質(zhì)條件對于油氣運(yùn)移、油氣賦存、油藏保存和油氣分布具有控制作用，所以，深入研究對預(yù)側(cè)和尋找油氣藏具有指導(dǎo)意義。,1．油田水的分布規(guī)律 油田水的分布嚴(yán)格地受地質(zhì)構(gòu)造和沉積環(huán)境等因素的控制。,2．油田水的起源 油田水主要有沉積成因水、滲入成因水組成，其次是凝結(jié)成因水和深成成因水。 滲入成因水是大氣降水和上覆地層中沉積水通過裂隙摻合于油田水中。 凝結(jié)水是氣態(tài)水因地?zé)岘h(huán)境的變化轉(zhuǎn)變成的液態(tài)水。

32、 深成水是來自上地幔軟流圈中初生的高熱離解水、高熱飽氣初生水及巖漿水（包括巖漿分異水、底部巖漿分異水和重熔再生水）。 無論是那種起源的油田水，它的原始成分與現(xiàn)在水的成分都是不同的。這是因?yàn)榈叵滤?jīng)歷了淋濾、濃縮，交換、擴(kuò)散和分異純化等作用，使油田水化學(xué)成分變得異常復(fù)雜。,3．油田水的埋藏和徑流條件（1）油田水的基本儲集類型 油田水按其儲水空間特征分為三種基本類型，即孔隙型、裂隙型及溶蝕型油田水。（2）油田水的產(chǎn)狀

33、 層狀油田水 席狀油田水 不規(guī)則油田水,（1）油田水礦化度較高,二、油田水化學(xué)成分的基本特征,油田水有較高的礦化度，波動幅度較大（0.5～350g/L）。多數(shù)油田水的含鹽量低于大洋水的平均含鹽量，其含量高低主要受古氣候、沉積特征及構(gòu)造封閉程度的控制。與沉積變質(zhì)的古海水、古鹽湖水有成因聯(lián)系的油田水礦化度普遍很高，在淡水的河湖相沉積中油田水礦化度一般偏低。我國主要產(chǎn)油區(qū)油田水礦化度的區(qū)間值為3～50g/L。,（2）油田水的離子分

34、異現(xiàn)象,無機(jī)組分是油田水化學(xué)成分的重要組成部分，就常量組分（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-）而言，含量高低不等，差異懸殊。在陽離子中Na+占了絕對優(yōu)勢，而Ca2+、Mg2+含量甚低。在陰離子中，Cl-占優(yōu)勢，只有在烴類氧化和生物地球化學(xué)作用比較強(qiáng)的含油氣盆地內(nèi)， HCO3-含量劇增，甚至超過Cl-而躍居首位。SO42-在一般情況下缺失或含量甚低，但是在硫酸鹽沉積物發(fā)育的含油氣盆地中，該離子的

35、絕對含量增高（成為含量第二的陰離子）。,（3）油田水中含有較多的微量元素 油田水中微量元素（如表）所示，其含量從淡水湖盆的河湖沉積相、半咸水湖盆的海陸交互相到咸水湖盆的鹽湖相依次升高。在縱向上隨沉積環(huán)境和埋藏深度的變化有較大的差異，它們與石油和巖石中的微量元素有成因上的聯(lián)系，并與礦化度、PH值等有一定的消長關(guān)系。此外，油田水含有一定量的I、Br、F、B等元素。,油田水中微量元素的含量,（4）油田水中有機(jī)物比較豐富 油田水

36、中普遍含有較多的有機(jī)物質(zhì)。目前研究較多的有可溶氣態(tài)烴、苯及其同系物、酚及其同系物、有機(jī)酸、脂肪酸及生物標(biāo)記化合物等。 總的來講，以沉積成因?yàn)橹鞯挠吞锼?，烴類含量較高。在平面上，隨接近含油邊界水中烴類含量增高。 芳烴組分易溶于水，而使油田水中苯、酚等組分的含量增高。,某油田油田水中苯系物的組成（×10-9）,（5）油田水同位素特征 油田水中δD值為-57.95～-69.88‰，δ18O值為-8.38～-9

37、.98‰，介于大氣降水和海水之間。,（6）油田水中其它組分特征 油田水中有有放射性元素（鈾、鐳、氡等）及稀土元素等，并含有多種微生物。具有較高的地溫場及低的氧化還原電位（Eh＝-125～-350mv）。,第三節(jié) 油藏流體與巖石相互作用,流體-巖石相互作用的研究內(nèi)容包括油氣、地層水、巖石及微生物之間發(fā)生的化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)，以及這些反應(yīng)對儲層物性、石油性質(zhì)、礦物潤濕性變化的影響等。其中以水—巖反應(yīng)最為普遍。 水—巖相互作

38、用是指在地下相對高溫、高壓條件下，孔隙水的化學(xué)組分與儲層礦物間的一種化學(xué)平衡作用。其中對孔隙體積改變貢獻(xiàn)較大的作用是有機(jī)質(zhì)熱演化產(chǎn)生的CO2和有機(jī)酸等成巖溶劑參與的反應(yīng)。 自然界中水—巖相互作用包括幾種物理、化學(xué)過程：（1）礦物溶解、沉淀；（2）離子交換、吸附/解析；（3）流體混合；（4）壓力下降或沸騰引起的氣體分離；（5）有機(jī)—無機(jī)相互作用等。,一、有機(jī)酸形成機(jī)制及其對儲層物性的影響1．有機(jī)酸形成機(jī)制,有研究者將碳酸鹽膠結(jié)物

39、的溶解歸因于CO2流體的溶解作用。然而，在許多沉積盆地中，由于有機(jī)質(zhì)所含的氧量有限，其所產(chǎn)生的CO2不足以解釋所觀察到的次生孔隙發(fā)育規(guī)模，所以必須引入其它機(jī)理來解釋次生孔隙的成因。人們轉(zhuǎn)而普遍相信次生孔隙的形成可能與有機(jī)酸參與有關(guān)。 近年來的研究表明，有機(jī)酸的來源主要包括干酪根成熟作用、烴類微生物降解作用、烴類熱化學(xué)硫酸鹽還原（TSR）或熱變反應(yīng)。,有機(jī)酸形成于生油高峰之前，Ro=0.5%附近。 由于在細(xì)菌活動

40、帶，細(xì)菌會消耗這些有機(jī)酸，他們的濃度較低。而當(dāng)?shù)貙訙囟壬叩?20~200℃范圍時，有機(jī)酸會因熱脫羧作用而破壞分解為烴類和二氧化碳。所以在地溫約為80 ℃時有機(jī)酸的含量通常最高。 腐殖型干酪根最容易形成有機(jī)酸。,（1）干酪根熱成熟作用,（2）烴類微生物降解作用 盡管有機(jī)酸可以作為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)而被消耗掉，仍然存在大量的證據(jù)表明，石油儲層中微生物可產(chǎn)生有機(jī)酸。,（3）烴類熱化學(xué)硫酸鹽還原作用（TSR）或熱變作用

41、 石油有水熱解實(shí)驗(yàn)表明，石油可生成一元羧酸和二元羧酸陰離子。那些具有低API比重、遭受過生物降解的和未成熟的石油均可生成相對較高的羧酸。TSR作用是深埋、高溫儲層含有高有機(jī)酸濃度的主要原因。,2．有機(jī)酸運(yùn)移 與石油運(yùn)移機(jī)制不同，有機(jī)酸不能依靠浮力驅(qū)使，沒有相似營力可以促使有機(jī)酸從源巖長距離運(yùn)移到儲集巖中。 有機(jī)質(zhì)成熟時，往往油、水、有機(jī)酸一起從源巖中排出。由于有機(jī)酸親水性極強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)分配到水相中的有機(jī)酸濃度與油相

42、中的相近，這樣，隨離源巖距離增大，油相中有機(jī)酸濃度降低，有機(jī)酸在油相中運(yùn)移距離是有限的。,3．有機(jī)酸分布,世界各地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在新生界、地層溫度介于80~120℃的油田水中可含有高達(dá)10000mg/L的一元羧酸和2540mg/L的二元羧酸。由于二元羧酸比一元羧酸具有更強(qiáng)的絡(luò)合Al、Ca的能力，所以二元羧酸對次生孔隙改造具有重要意義。,4. 有機(jī)酸與礦物顆粒的相互作用,（1）有機(jī)酸的反應(yīng)能力 主要取決于氫離子的提供能力。,K

43、AlSi3O8 （微斜長石） +2HCOOH+9H2O Al2Si2O5(OH)2 （高嶺石） +4H4SiO4 +2K++2HCOO△Gr0=+66.15kJ/mol（體積減少12.5%）KAlSi3O8(微斜長石)+2CH3COOH+9H2O Al2Si2O5(OH)2 （高嶺石） +4H4SiO4+2K++2CH3COOGr0=-19.72kJ/mol,,,,,（微斜長石

44、 高嶺石）,,除化學(xué)反應(yīng)外，有機(jī)酸還可直接溶解鋁硅酸鹽,（3）有機(jī)酸與次生孔隙的形成,有研究者指出，有機(jī)質(zhì)生成的CO2是造成儲層鈣質(zhì)膠結(jié)物溶解形成次生孔隙的主要因素。也有研究者認(rèn)為，有機(jī)成巖作用生成的有機(jī)酸對碳酸巖鹽和硅酸鹽的溶解作用更有效。,早期碳酸鹽膠結(jié),,晚期碳酸鹽膠結(jié),,早期次生孔隙（早期碳酸鹽和長石的溶解）,,晚期次生孔隙（晚期碳酸鹽的溶解）,,二、烴類與巖石間的氧化還原反應(yīng) 1．烴類與褐鐵礦等氧化性礦物的反應(yīng)

45、 烴類侵位至含氧化礦物（如褐鐵礦）的儲層中，可導(dǎo)致烴類發(fā)生氧化作用，褐鐵礦被還原而使紅色砂巖漂白，并可產(chǎn)生有機(jī)酸，使碳酸鹽礦物發(fā)生溶解，產(chǎn)生次生孔隙（Surdam等，1993）。褐鐵礦含量高的紅色砂巖物性差，而白色還原帶中砂巖多孔且物性好。,2．烴類氧化—硫酸鹽還原作用 烴類氧化—硫酸鹽還原作用包括熱化學(xué)硫酸鹽還原作用（TSR）和微生物硫酸鹽還原作用（BSR）。TSR包括甲烷氣、石油、早期形成瀝青的硫酸鹽還原作用。甲烷氣