《石油地质学基础》课件：探索地球油气宝藏

石油地质学基础探索地球油气宝藏石油地质学是研究地球内部油气资源形成、分布、迁移和聚集规律的综合性学科在当今全球能源转型的时代背景下，深入理解油气地质理论对保障国家能源安全具有重要战略意义本课程将带领学生系统掌握石油地质学的核心理论体系，培养油气勘探开发的专业素养课程结构与学习目标1油气成因理论模块深入学习有机质演化、油气生成机理、烃源岩评价等核心理论，建立油气成因的系统认知框架2储集层地质模块掌握储层岩石学、物性参数、孔隙结构等关键知识，培养储层评价与预测能力3油气聚集成藏模块理解油气运移、圈闭形成、成藏过程等机制，构建完整的成藏理论体系勘探开发技术模块石油地质学的历史与发展1古代萌芽期中国古代就有石油开采记录，《汉书》中记载的石脂水开启了人类利用油气资源的历史2现代工业期19世纪中叶现代石油工业兴起，德雷克油井标志着商业石油开采的开始，推动了石油地质学的快速发展3理论成熟期20世纪形成了完整的石油地质理论体系，油气成因、运移、聚集等核心理论不断完善4技术革新期21世纪以来，非常规油气革命和智能勘探技术推动石油地质学进入新的发展阶段世界油气资源分布简述中东地区北美地区俄罗斯及中亚拥有世界最大的石油储量，以沙特阿拉美国和加拿大是重要的油气生产国，特俄罗斯是世界重要的油气出口国，西西伯、伊朗、伊拉克为代表该地区储量别是页岩油气革命使美国成为全球最大伯利亚盆地、伏尔加-乌拉尔盆地储量丰约占全球48%，主要分布在波斯湾盆地的的石油生产国墨西哥湾、二叠纪盆地富中亚地区的里海盆地也具有巨大潜巨型构造油气藏中等是关键产区力这些油田具有储量大、品质优、开采成该地区在非常规油气开发技术方面处于这些地区的油气资源对欧洲和亚洲的能本低的特点，是全球石油供应的重要保世界领先地位，推动了全球油气工业的源供应具有重要战略意义障技术进步中国主要石油天然气田与贡献大庆油田胜利油田塔里木油田中国最大的油田，位于渤海湾盆地，中国西部最大的油位于松辽盆地，自是中国重要的石油气田，储量丰富，1960年投产以来累生产基地，以复杂是西气东输工程计产油超过24亿断块油藏为特色，的重要气源地，对吨，为国家经济建技术创新能力突西部大开发具有重设做出了巨大贡出要意义献产量贡献中国石油产量稳居世界前列，天然气产量快速增长，为国家能源安全和经济发展提供了坚实保障基础地质学回顾地幔地壳厚度约2900公里，主要由硅镁质岩石组厚度5-70公里，主要由硅铝质岩石组成成12•大陆地壳平均厚度35公里•上地幔部分熔融状态•海洋地壳平均厚度7公里•下地幔高温高压固态岩石圈地核包括地壳和上地幔顶部，厚度100-150半径约3500公里，主要由铁镍合金组成公里43•刚性板块运动载体•外核液态产生地磁场•油气聚集的主要空间•内核固态高密度油气的基本概念石油定义天然气特征石油是由各种烷烃、环烷烃、芳天然气主要由甲烷组成，还含有香烃等碳氢化合物组成的粘稠液乙烷、丙烷、丁烷等轻烃组分体混合物主要成分为C5-C40的按成分可分为干气、湿气和凝析有机化合物，具有特殊的气味和气天然气是清洁的化石能源，颜色石油是重要的能源和化工燃烧产物主要为二氧化碳和水蒸原料，被誉为工业的血液气油田水性质油田水是与石油天然气共存的地下水，含有多种溶解盐类和有机物根据矿化度和化学成分可分为不同类型，对油气藏的形成和保存具有重要影响石油地质学与相关学科关系基础地质学提供岩石学、构造学、沉积学等理论基础地球化学研究油气成因、运移、蚀变等化学过程地球物理学提供地震、重磁电等勘探技术手段工程技术钻井、完井、采油等工程实践支撑油气成因有机质来源陆生有机质高等植物残体，富含木质素和纤维素海相有机质海洋浮游生物，富含蛋白质和脂肪微生物有机质细菌、藻类等微生物残体和代谢产物油气成因理论进展经典热演化理论有机质在适当的温度压力条件下，经过生物化学、热化学和热裂解阶段逐步转化为油气这一理论强调温度是控制油气生成的关键因素，建立了成熟度与油气生成的定量关系未成熟低熟油理论近年来发现的大量低成熟度油气藏挑战了传统认识研究表明，在特殊地质条件下，有机质在较低成熟度阶段也能生成工业油气，拓展了油气勘探领域现代综合成因理论综合考虑有机质类型、埋藏史、热史、构造演化等多重因素，建立了更加完善的油气成因理论体系，为复杂地质条件下的油气勘探提供了科学依据油气生成条件与过程温度条件60-150°C为主要生油窗压力环境静岩压力促进有机质转化地质时间数百万年的漫长演化过程有机质基础丰富优质的烃源岩是前提条件保存环境还原环境有利于有机质保存和转化油气运移机理初次运移二次运移油气从烃源岩中排出，主要通过微裂缝油气在载体层中长距离运移，受浮力、和孔隙网络进行短距离运移毛细管力和水动力等作用控制散失破坏聚集成藏部分油气可能继续运移或因构造活动而油气在圈闭中聚集形成油气藏，达到平散失，形成动态平衡衡状态油气聚集过程生成阶段烃源岩中有机质热演化生成油气，形成原始油气资源生成量取决于有机质丰度、类型和成熟度运移阶段油气从烃源岩中排出并在载体层中运移运移方向受地层倾角、断层和水动力等因素控制聚集阶段油气在合适的圈闭中聚集形成油气藏聚集效率受圈闭有效性、盖层封闭性等因素影响保存阶段油气藏形成后的保存过程，可能经历改造、调整或破坏，最终形成现今的油气分布格局油气藏的类型概述常规油气藏非常规油气藏具有明确的油气水界面，储层物性好，流体能够自由流动储层致密，渗透率极低，需要特殊开采技术主要包括页岩包括构造油气藏、地层油气藏和岩性油气藏等主要类型油气、致密砂岩油气、煤层气等新兴资源类型裂缝性油气藏复合型油气藏以天然裂缝为主要储集空间和渗流通道裂缝发育程度控制多种储集类型并存，具有复杂的流体分布特征需要综合应着油气藏的产能和开发效果用多种开发技术实现有效开发储集层地质砂岩储层碳酸盐岩储层其他储层类型最重要的储层类型，由石英、长石等碎主要由方解石、白云石组成，储集空间包括火山岩储层、变质岩储层等特殊类屑颗粒组成孔隙类型包括原生孔隙和类型复杂多样包括孔隙型、裂缝型、型这些储层通常具有强烈的非均质次生孔隙，渗透率变化范围大溶洞型等不同类型性，储集机理复杂典型代表有河流相、三角洲相、浊流相成岩作用对储层物性影响巨大，溶蚀作随着勘探技术进步，特殊储层类型在油砂岩，不同沉积环境形成的砂岩具有不用可改善储层，而胶结作用则会降低储气勘探中的重要性日益凸显，为油气发同的储集特征层质量现提供了新的领域储集层物性参数15%优质储层孔隙度孔隙度大于15%的储层具有良好的储集能力100渗透率单位以毫达西mD为单位衡量岩石的渗透能力3孔隙类型分类原生孔隙、次生孔隙、裂缝三大主要类型80%有效孔隙比例连通孔隙占总孔隙的比例决定储层有效性盖层及其封闭性泥岩盖层盐岩盖层致密岩盖层封闭机制最常见的盖层类型，具蒸发岩形成的盐层具有包括致密砂岩、致密碳物理封闭依靠岩石的低有极低的渗透率和良好极强的封闭能力，几乎酸盐岩等，虽然渗透率渗透性，化学封闭则通的塑性，能够有效阻止不透油气盐岩还具有低但可能存在微裂缝，过毛细管压力阻止油气油气向上运移厚度和自愈合能力，即使出现封闭能力相对较弱通过两种机制共同作连续性是评价泥岩盖层裂缝也能自动愈合用确保油气藏的稳定保的关键指标存圈闭与油气藏结构油气藏空间分布与统计特征油田水的成分与性质水型矿化度mg/L主要离子地质意义HCO3-Na型1000-5000碳酸氢根、钠淡水环境，活离子跃水交替SO4-Na型5000-20000硫酸根、钠离氧化环境，较子活跃交替Cl-Na型20000-氯离子、钠离封闭环境，古300000子海水残留Cl-Ca型100000-氯离子、钙离深埋藏环境，400000子变质水天然气地质特征干气特征湿气组成伴生气性质甲烷含量超过95%，重烃组分极少除甲烷外还含有较多的乙烷、丙烷、与原油共同产出的天然气，组成复主要来源于高成熟烃源岩或煤层，具丁烷等重烃组分湿气的形成与中等杂，通常含有较多的重烃和硫化氢等有高热值、燃烧充分的特点干气常成熟度的油型气或原油伴生气有关，杂质伴生气的开发利用对提高油田与凝析油伴生，是优质的清洁能源具有重要的化工利用价值整体经济效益具有重要意义油气田形成必备四要素烃源岩富含有机质的岩石，是油气生成的物质基础储集层具有储集和渗滤能力的多孔岩石盖层阻止油气继续运移的低渗透岩层圈闭储层、盖层构成的有利于油气聚集的空间主要沉积环境与烃源岩发育河流环境河流相沉积以砂岩为主，有机质含量相对较低，主要发育陆源有机质，生烃潜力有限但可形成优质储层湖泊环境深湖相泥岩是重要的烃源岩，富含藻类等水生生物有机质中国许多大型油田的烃源岩都发育在湖泊相沉积中三角洲环境前三角洲泥岩可成为烃源岩，三角洲前缘砂岩则是良好的储层这种生储配置关系有利于油气就近聚集海相环境深海相和半深海相黑色页岩是世界级烃源岩，有机质丰度高，类型好，是全球大部分油气资源的来源中国主要沉积盆地地质特征松辽盆地准噶尔盆地渤海湾盆地中国最大的中生代沉积盆地，面积26万中国第二大沉积盆地，面积13万平方公新生代断陷盆地，面积约20万平方公平方公里以白垩系青山口组和嫩江组里发育二叠系、三叠系、侏罗系等多里以古近系沙河街组湖相烃源岩为黑色泥岩为主要烃源岩，沉积厚度达套烃源岩，沉积厚度超过15000米主，断层发育，构造复杂8000米盆地油气资源类型多样，既有常规油盆地油气资源丰富，分布着胜利、华盆地构造相对简单，油气资源丰富，是气，也有页岩油等非常规资源，是西部北、大港等多个大型油田，是中国东部大庆油田的所在地，累计探明石油储量重要的能源基地重要的石油产区超过60亿吨沉积学在油气地质中的应用沉积相识别通过岩性、沉积构造、古生物等特征识别沉积环境，建立沉积相模式不同沉积相控制着储层的几何形态和物性分布，是储层预测的基础沉积相分析结合地震资料可有效预测有利储层发育区储层建模基于沉积相控制建立储层地质模型，指导油气勘探开发通过精细刻画砂体的几何形态、连通性和物性变化，为井位部署和开发方案设计提供地质依据成藏预测沉积体系控制着生储盖组合关系，影响油气的生成、运移和聚集通过沉积体系分析可以预测有利的油气聚集区，提高勘探成功率和资源发现效率生储盖一体化成藏模式烃源岩生烃短距离运移有机质丰富的烃源岩在适当温压条件下油气从烃源岩中排出后在邻近储层中聚大量生烃，为油气聚集提供物质基础集，运移距离短，聚集效率高盖层封闭储层富集致密盖层形成有效封闭，阻止油气散优质储层与烃源岩紧密接触，有利于油失，确保油气藏的长期保存气的大规模聚集和保存油气地质调查与勘探流程区域地质调查开展基础地质调查，了解区域地质背景、构造特征和沉积演化史编制地质图件，评价油气地质条件，圈定有利勘探区块地球物理勘查运用地震、重力、磁法、电法等物探方法，查明地下地质结构重点识别圈闭、断层、储层等关键地质要素，为钻探提供目标地球化学勘查通过地表和浅层地球化学调查，寻找油气渗漏异常结合油源对比分析，评价油气生成和保存条件钻探验证在综合地质地球物理研究基础上部署探井，直接验证油气藏的存在通过钻井、测井、试油等手段评价油气藏的规模和价值地球物理方法在油气勘探中的作用地震勘探重力勘探磁法勘探最重要的物探方法，通过地基于岩石密度差异探测地下利用岩石磁性差异研究地质震波传播规律查明地下地质构造在区域构造研究和盆构造主要用于基底构造调结构三维地震技术可精确地基底起伏调查中发挥重要查和区域地质填图，帮助了描述储层分布和构造特征，作用，为地震勘探提供宏观解盆地结构和沉积环境是现代油气勘探的核心技术地质背景电法勘探基于岩石电性差异进行地质勘探在浅层地质调查、地下水研究和环境地质方面应用较多，可作为油气勘探的辅助手段地球化学勘查技术油源对比通过生物标志化合物、同位素等地球化学指标对比原油与烃源岩的成因联系，确定油气来源，指导勘探方向烃类检测检测地表和近地表土壤、岩石中的烃类渗漏，圈定油气异常区现代技术可检测ppb级微量烃类，大大提高了检测精度同位素分析通过碳、硫、氮等同位素组成分析油气成因类型和成熟度，评价油气生成条件和运移历史有机地球化学评价系统评价烃源岩的有机质丰度、类型、成熟度等参数，定量预测生烃潜力，为勘探决策提供科学依据钻井地质与录井技术钻井取心测井技术录井分析获取地下岩石样品的直接方法，可详细通过井下仪器测量岩层的物理性质，包钻井过程中实时监测和分析岩屑、钻井观察岩性、构造、含油气性等特征全括电阻率、自然伽马、中子、声波等参液等信息，及时发现油气显示录井是取心井提供连续的地质剖面，是地质研数测井资料可连续反映井壁地层特钻井过程中最直接的地质监测手段究的宝贵资料征现代录井技术结合气相色谱、质谱等分现代取心技术包括常规取心、定向取成像测井技术能够提供井壁的高分辨率析手段，能够快速准确识别油气成分，心、保压取心等，能够最大限度保持岩图像，精细识别地层界面、裂缝、沉积为钻井决策提供实时地质信息心的原始状态，提高分析精度构造等地质现象，是现代测井的重要发展方向油气田开发的地质基础精细地质建模构建高精度储层地质模型流体分布预测确定油气水分布规律和接触关系储层连通性分析评价储层非均质性和连通程度地质数据整合综合地震、测井、岩心等多源数据构造格架建立建立可靠的构造和地层格架油气田开发典型模式层系开发模式水平井开发针对多层系油气藏采用分层开发水平井技术显著扩大了储层接触策略，充分发挥各层段的产能潜面积，特别适用于薄储层和低渗力通过精细层位对比和储层评透油气藏开发通过延伸水平段价，制定差异化开发方案这种长度和优化井轨设计，可大幅提模式能够最大化油气采收率，延高单井产量和采收率现代水平长油田生产寿命，是复杂油气田井技术已成为非常规油气开发的开发的重要技术路线核心技术分段压裂技术针对致密储层采用大规模体积压裂技术，人工造缝改善储层渗透性通过多段压裂和簇射孔优化，形成复杂缝网系统，实现致密油气的有效开发该技术推动了页岩油气革命的兴起提高采收率地质思路注水开发通过注水保持地层压力，扩大波及体积注气开发注入天然气或二氧化碳，改善油气流动性化学驱油注入聚合物、表面活性剂等化学剂提高驱油效率热力采油通过注蒸汽、火烧油层等方法降低原油粘度油气地质综合分析能力培养数据集成综合解释整合地震、测井、地质、生产等多源数运用多学科知识进行综合地质解释，识据，建立统一的数据管理平台别有利目标和风险因素决策支持动态监测为勘探开发决策提供科学的地质依据和建立油气藏动态监测体系，跟踪开发过风险评估程中的地质变化非常规油气资源地质特征页岩油气赋存于富有机质页岩中的油气资源，储层致密，需要水力压裂开发具有分布面积广、资源量大的特点致密砂岩油气储存在低孔低渗砂岩中的油气，渗透率通常小于1毫达西需要特殊的开发技术实现经济开发煤层气吸附在煤层中的天然气，主要成分为甲烷通过降压解吸方式开采，是清洁的非常规天然气资源天然气水合物在高压低温条件下形成的固态天然气，主要分布在深海沉积物和永久冻土区，被誉为未来能源天然气水合物地质学形成条件需要高压低温环境，通常在水深大于300米的海底或永久冻土区压力和温度的平衡决定了水合物的稳定存在域赋存特征主要分布在大陆边缘、海底沉积物中，以及高纬度地区的永久冻土层全球资源量估计远超常规天然气储量分布规律全球水合物主要分布在环太平洋、大西洋和印度洋的大陆边缘区中国南海、东海等海域也发现了丰富的水合物资源开发技术目前采用降压法、加热法、化学试剂法等开采技术日本、美国、中国等国家在水合物开发技术方面取得了重要进展中国油气资源潜力与分布格局735石油技术可采资源量亿吨，主要分布在东部、西部和海域635天然气技术可采资源量千亿立方米，非常规气资源潜力巨大35%石油探明率仍有较大增储潜力，特别是深层和海域18%天然气探明率勘探程度相对较低，发展前景广阔典型中国油气田案例分析

（一）地理位置与规模地质构造特征大庆油田位于黑龙江省松辽盆地中央坳陷区，是中国最大的油主力油层为白垩系萨尔图油层和葡萄花油层，属于大型鼻状构田油田面积约6000平方公里，探明石油地质储量

56.7亿吨造油藏储层为河流-三角洲相砂岩，物性较好，含油饱和度高烃源岩与成藏条件开发成效青山口组和嫩江组黑色泥岩是主要烃源岩，有机质丰度高，以自1960年投产以来，大庆油田为国家提供了超过24亿吨原油，I-II型干酪根为主生储盖组合良好，成藏条件优越创造了巨大的经济效益和社会效益，被誉为中国工业的摇篮典型中国油气田案例分析

（二）盆地概况油气藏特征技术突破塔里木盆地是中国最大的内陆盆地，面塔里木盆地以深层油气藏为主，埋深普针对塔里木盆地复杂地质条件，发展了积56万平方公里盆地地质历史复杂，遍超过4000米油气藏类型多样，包括深层地震成像、超深井钻完井、复杂储经历了多期构造运动，形成了复杂的叠构造油气藏、岩性油气藏、复合型油气层改造等关键技术合含油气系统藏等建立了碳酸盐岩缝洞型储层开发理论和盆地发育古生界、中生界、新生界三套储层非均质性强，裂缝发育，开发难度技术体系，实现了复杂储层的有效开含油气系统，其中奥陶系碳酸盐岩是最大近年来在超深层勘探方面取得重大发，为类似油气田开发提供了宝贵经重要的储层类型突破，发现了多个千万吨级大油田验世界油气田典型模式对比地区代表油田储层类型开发特点技术优势中东加瓦尔油田碳酸盐岩巨型构造，常规开发技高产能术成熟北美巴肯页岩油页岩非常规，大水平井+体规模压裂积压裂俄罗斯萨莫特洛尔砂岩层系多，注精细注水管油田水开发理中国大庆油田砂岩河道砂体，三次采油技聚驱技术术领先巴西盐下油田碳酸盐岩深水、超深深水钻完井层技术。