壹、油氣的形成石油和天然氣的主要成分是碳氫化合物。它究竟是怎麽形成的？過去有許多理論，但基本上可以歸納為兩種，即有機起源論和無機起源論。
1.無機成因理論無機成因理論認為，石油是地殼深部的無機碳和氫在高溫高壓下發生化學反應形成的。在實驗室裏，碳和氫的簡單化合物可以用無機合成法合成石油；此外，火山噴出的氣體和熔巖流中也含有碳氫化合物；碳氫化合物也存在於許多無機物上。無機成因理論包括乙炔說、碳化物說、宇宙說、巖漿說等。
無機成因理論主要是基於石油在特殊實驗條件下可以合成的化學反應現象和地球中存在物質的假設，因此不能被大多數學者所接受。但在人們了解地球內部結構之前，無機成因理論的存在有利於加深對石油成因的認識，促進石油成因研究。
2.有機成因理論認為，石油和天然氣是沈積巖中的有機質在壹定條件下轉化而來的。主要證據有:第壹，世界上發現的油氣田99%以上分布在沈積巖中；二是石油具有活有機物特有的旋光性；第三，石油中有生物標誌物；第四，碳氫化合物可以在實驗室利用生物脂肪、蛋白質和碳水化合物獲得；第五，石油成分的復雜性；第六，在現代海洋和湖泊沈積物中發現了有機質向油氣轉化的過程。
根據油氣有機成因的現代科學理論，原始有機質埋藏在壹定的環境和條件下，在壹定的深度、溫度等適宜條件下，經歷了生物化學、熱催化、熱裂解、高溫變質等階段，逐漸轉化為石油和天然氣。根據成油深度的不同，有機成因論可分為淺層論和深層論。前者認為油氣形成於沈積埋藏不深的早期，後者認為油氣形成於有機質埋藏到壹定深度和溫度時。
3.雖然關於石油的成因有多種學說，但人們普遍接受的是石油的有機成因說。大量有機質是油氣生成的物質基礎；外因是促進有機質保存並向油氣轉化的條件。生成油氣的有機物是海洋和湖泊中的動植物遺骸，其中水生浮遊生物(如魚類和藻類)和各種微生物(有孔蟲和介形蟲)是富含脂肪、蛋白質和碳水化合物的主要有機物。這些生物的遺骸大部分要麽成為了其他生物的食物，要麽變成了二氧化碳，遊離在大氣中，只有少數以微小的沈積物沈積在海洋或湖泊的低窪地區。盡管如此，只要考慮到生物界的普遍性、繁殖速度快、時間長，地球上的有機質數量就可以滿足大量的油氣生成。
進入沈積物的有機物質可以在無氧條件下保存下來。隨著環境還原程度的不斷加強，有機物在壹定的物理生化作用下分解，完成“脫氧、加氫、富碳”過程，形成分散的烴類——石油和天然氣。
4.能夠生成石油和天然氣的巖層稱為生油巖或烴源巖(簡稱烴源巖)。由烴源巖組成的地層就是烴源巖，烴源巖是自然界中油氣生成的實際場所。沈積巖中的泥巖、頁巖、砂質泥巖、泥質粉砂巖和碳酸鹽巖等細顆粒可以形成良好的烴源巖。根據巖性的不同，烴源巖可分為兩大類——泥質烴源巖和碳酸鹽巖烴源巖。這些細粒烴源巖沈積在相對平靜的水體中。這種環境也適合生物的大量繁殖。另外，有機質沈降到海底和湖底後，被細粒巖石掩埋，有利於保存。
烴源巖的顏色以褐色、灰褐色、深灰、黑色等暗色為主，其次為灰色、灰綠色。這裏所說的顏色不是沈積巖的繼承色或次生色，而是能反映當時沈積環境和有機質豐度的原色。深色通常反映沈積過程中的還原環境。這使得大量有機物得以保存，使鐵處於低價狀態；紅色往往反映氧化環境，使有機物被氧化破壞。
烴源巖的分布受巖相古地理條件控制。烴源巖都有規律地出現，並與某些巖相帶有關。對於湖相，深湖相和深湖相是主要生油相帶。那裏沈積了細粒泥質巖石。由於水體較深，具有靜水沈積、弱水流、小波浪、還原環境等有利的生油條件。大量低等生物的繁殖是形成良好油層的基礎。對於海相、淺海相或潮間帶低能相帶，潮下低能碳酸鹽巖地層和泥質地層具有良好的生油條件。這些地區水深不深，水靜，陽光充足，巖石中富含生物化石和有機質。中國四川盆地的二疊系和三疊系碳酸鹽巖地層是淺海碳酸鹽含油層的實例。
二是儲層和蓋層大量的油氣勘探開發實踐，糾正了人們最初認為地下有油湖、油河的錯誤認識。人們逐漸知道，石油和天然氣並不是儲存在地下的任何壹個油湖或河流中，而是儲存在那些有著相互連通的孔隙和裂縫的巖層中，就好像海綿裏裝著水壹樣。
具有壹定孔隙度和滲透率，能儲存油氣等流體並能在其中流動的巖層，稱為儲層。儲層有兩個基本特征——孔隙度和滲透率。
儲集巖的孔隙度和滲透率1)孔隙度儲集巖由不同大小的巖石顆粒和礦物顆粒膠結而成。膠結顆粒之間有細小的孔隙，就像我們常見的建築用磚壹樣。如果把壹個3公斤的磚泡在水裏再稱重，可能會變成3.5公斤，增加0.5公斤是因為水泡進了磚的氣孔裏。同理，石油和天然氣儲存在含油巖石的孔隙中。為了度量儲層巖石中孔隙的總體積，提出了孔隙度的概念來表示巖石中孔隙的發育程度。
儲集巖中孔隙的總體積與巖石總體積的比值稱為孔隙度。用百分比表示，即:
(2-1)其中φ為孔隙度，%;Vp——巖石中總孔隙體積，m3；Vr——巖石的總體積，m3。
儲集巖的孔隙度可以通過實驗方法獲得。孔隙度大，意味著巖石顆粒之間的體積大，儲存流體的空間大；孔隙度小，巖石顆粒間的體積小，儲存流體的地方小。
如果油藏是油層，油層的孔隙是不是都充滿了油？不是這樣的。壹般來說，孔隙中含有油、氣和水。儲層孔隙中含油體積與孔隙體積的比值稱為儲層含油飽和度，即:
式(2-2)中，so——含油飽和度，%;VO——巖石中原油的體積，m3。
油層含油飽和度可以通過直接鉆井取心和實驗獲得。含油飽和度越高，儲層中的油越多。該參數也是計算油田儲量的重要數據。Sw用於表示含水飽和度，即儲層孔隙中的水體積與孔隙體積之比。
2)滲透率滲透率是巖石允許流體通過的能力的量度。嚴格來說，自然界所有的巖石在足夠大的壓差下，都具有壹定的滲透性。通常我們說的可滲透巖石和不可滲透巖石，是指在地層壓力條件下，流體能否通過巖石。壹般來說，砂巖、礫巖、多孔灰巖、白雲巖等儲層為滲透性巖石，泥巖、石膏、硬石膏為非滲透性巖石。石油工業中常用滲透率來衡量巖石滲透率的好壞。
實驗表明，當流體通過巖心時，如果巖心兩端的壓差不太大，單位時間內流體通過巖心的體積與巖心兩端的壓差和巖心的橫截面積成正比，而與流體的粘度和巖心的長度成反比，即:
(2-3)式中，k為巖石的絕對滲透率，μm 2；Q——液體流量，立方厘米/秒；A——巖心的橫截面積，cm2；L——巖心長度，厘米；δp——巖心兩端的壓差，105 pa；；μ ——液體粘度，MPa·s
方程(2-3)稱為達西線性滲流定律，它是在假設只有壹種液體在巖石的孔隙中流動，並且這種液體不與巖石發生任何物理或化學反應的情況下得到的。當流體的流動符合達西線性滲流定律時，得到的k值就是巖石的絕對滲透率。但在實際油層中，流體的滲流情況要復雜得多。兩相(油氣、油水、氣水)甚至三相(油氣水)流體經常在地層中共存。因此，當油層中有許多流體時，絕對滲透率的概念必須修正。如果巖心被25%的束縛水和75%的原油飽和，對油的滲透率將低於被100%的原油飽和時測得的滲透率。當壹個相的飽和度降低時，該相的滲透率也降低。當存在多相流體時，巖石對每種流體的滲透率稱為該相的有效滲透率或相滲透率。符號Ko、Kg和Kw分別表示油、氣和水的有效滲透率。
有效滲透率不僅與巖石性質有關，還與巖石中流體的性質和數量比有關。在實際應用中，經常采用相對滲透率的概念，它定義為有效滲透率與絕對滲透率之比。在特定的油(氣、水)飽和度條件下，油、氣、水的相對滲透率可通過以下方法計算，即:
(2-4)
(2-5)
(2-6)式中，Kro——是油的相對滲透率；krg-氣體的相對滲透率；krw-水的相對滲透率。
通常，巖石對各相的有效滲透率總是小於巖石的絕對滲透率。每相有效滲透率之和總是低於絕對滲透率，或者每相相對滲透率之和小於1.0。
附圖2-11為油藏油水兩相滲流時，油相和水相相對滲透率隨含水飽和度的變化曲線。相對滲透率曲線可以通過巖心實驗確定，也可以根據儲集巖的潤濕性、巖性和壹些基本參數，用相關的經驗公式計算。
圖2-11油水兩相相對滲透率曲線2。儲層的類型和基本特征目前世界上大部分油氣儲量集中在沈積儲層中，其中碎屑巖儲層和碳酸鹽巖儲層最為重要。只有少量油氣儲存在巖漿巖和變質巖中。石油地質學根據巖石類型將儲層分為三類:碎屑巖儲層、碳酸鹽巖儲層和其他巖石儲層。
1)碎屑巖儲層碎屑巖儲層是世界主要含油氣區的重要儲層之壹。如前蘇聯西西伯利亞盆地的主要油田、科威特的布爾根油田、委內瑞拉的玻利瓦爾湖岸油田、美國的普特約灣油田、中國的大慶油田都是碎屑巖油藏。
碎屑巖儲層的巖石類型有礫巖、砂礫巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖和粉砂巖。目前，我國發現的碎屑巖油氣藏主要是中細砂巖。碎屑巖儲層孔隙類型主要為原生粒間孔隙(附圖2-12)，孔隙度壹般為5% ~ 40%。此外，還有次生溶孔、水泥重結晶產生的粒間孔、解理裂縫、層理裂縫和礦物層間裂縫。其儲油性能不僅受沈積環境、巖石成分和結構的控制，還受漫長成巖歷史中地下溫度、壓力和孔隙水成分變化的控制，主要包括壓實作用、溶解作用和膠結作用。
圖2-12碎屑巖儲層顆粒和孔隙分布示意圖
砂巖是碎屑巖儲層的主體，是指具有壹定形態、巖性和分布特征的沈積巖體，以砂巖為主。與油氣有關的砂巖主要有沖積扇砂巖、三角洲砂巖、海岸砂巖、河流砂巖、濁積砂巖和湖泊砂巖。
在含油砂巖中，滲透性好、含油飽和度高、能產生工業油流的砂巖體稱為油砂體。它是油藏中最小的含油單元，也是控制註水開發油田油水運動的相對獨立的單元。油砂體是陸相碎屑巖儲層最顯著的特征之壹，因此在編制油田開發方案、分析開發動態和調整開發時，有必要研究油砂體的性質、形態和分布。油砂體常以兩種形式出現:壹種是在單層內不連續分布的透鏡狀油砂體；另壹種是各砂體相互連接形成復合油砂體，稱為連體。連通體可以由幾個甚至十幾個砂體組成，形成統壹的油水運動系統。主要的油氣儲量分布在這個連接體中，也是主要的開發對象。
2)碳酸鹽巖儲層碳酸鹽巖儲層單位體積的儲集空間小，但厚度大。以灰巖和白雲巖為主的碳酸鹽巖儲層連通孔隙度壹般為1% ~ 3%，個別儲層可達10%。
碳酸鹽巖儲層通常是淺海相沈積。巖性相對穩定，分布面積廣，厚度大。如四川盆地震旦系白雲巖厚度為500 ~ 1200m；任丘油田元古界白雲巖厚度為2140m .因此，雖然單位體積的儲集空間較小，但由於其厚度較大，在整個儲層中的儲集空間仍然很大。
在碳酸鹽巖儲層中，縫洞的分布是非均勻的，同時具有地層性和方向性的特點(附圖2-13)。碳酸鹽巖儲集巖中到處可見裂縫和溶洞，種類繁多，大小不壹。大孔大縫滲透率極高，產量高；小孔、裂縫、圍巖滲透率極低，產量也低。
圖2-13裂縫性油藏
3)除碎屑巖和碳酸鹽巖以外的其他類型儲層，如巖漿巖、變質巖、粘土巖等儲層歸類為其他類型儲層。這類儲層雖然巖石類型多，但其中儲存的油氣量只占世界油氣總儲量的很小壹部分，其意義遠不及碎屑巖和碳酸鹽巖儲層。國內外已在這類油藏中獲得了壹定量的油氣。這拓展了研究油氣藏的領域。到目前為止，我國已經在火山巖、結晶巖和粘土巖中獲得了工業油氣流，並具備了壹定的生產能力。
3.在蓋層的任何壹個區域，僅有烴源巖和儲層是不足以形成油氣藏的。為了防止生油層中生成的油氣逸出到儲層中，需要有壹個不可滲透的蓋層。封蓋是指位於儲層上方的保護層，用於封閉儲層，防止油氣向上逸出。蓋層的質量直接影響儲層中油氣的聚集和保存。
在自然界中，任何蓋層都只是與氣態和液態烴相對隔離。地層條件下的油氣成藏具有不同的天然能量，可以驅使油氣逸散到周圍。因此，要有良好的蓋層封閉，防止烴類逸出，使其聚集形成油氣藏。
蓋層的封閉作用是由於其巖性致密，無裂縫，滲透性差，排替壓力高。驅替壓力是指巖石樣品中的潤濕相流體被非潤濕相流體驅替所需的最低壓力。因為沈積巖大多被水相潤濕，所以油氣在進入其中之前，必須先把其中的水趕走。如果油氣運移的驅動力達不到進入蓋層所需的排替壓力，油就會被堵在蓋層下面。巖石的排替壓力與孔喉大小直接相關，孔喉越小，其值越大。
常見的蓋層巖石有頁巖、泥巖、鹽巖、石膏和無水石膏。頁巖和泥巖蓋層往往與碎屑巖儲層共存；碳酸鹽巖剖面主要發育鹽巖和石膏蓋層。在構造變化較弱的地區，裂縫不發育，致密的泥灰巖和灰巖也可作為蓋層。
三、圈閉圈閉是指能阻止油氣繼續運移，並儲存和封堵油氣使其聚集的地方。圈閉由儲層、蓋層和遮擋層組成。圈閉的基本功能是聚集油氣。在有充足油源的前提下，圈閉的存在是油氣藏形成的必要條件。因此，研究圈閉的形成、類型及其與油氣聚集的關系非常重要。
根據控制圈閉形成的地質因素，圈閉可分為三類:構造圈閉、地層圈閉和巖性圈閉。
1.構造圈閉的構造運動使地層變形或位移，即褶皺或斷裂。當條件滿足時，這些褶皺和斷層可以形成構造圈閉，如背斜圈閉和斷層圈閉(圖2-14和圖2-15)。
圖2-15斷層圈閉
圖2-14背斜圈閉
2.地層旋回上下地層的接觸關系稱為整合。它反映了地殼相對穩定的沈降，地殼在不斷接受沈積。
如果地殼上升，老地層會浮出水面，遭受風化和侵蝕，造成沈積間斷。以後如果下降，繼續接受沈積，就會形成新地層與下伏老地層不連續接觸的不整合地層圈閉。在那裏，連續沈積的巖石被部分侵蝕掉，然後被不透水的巖蓋覆蓋。新老地層之間的角度接觸稱為角度不整合，反映了新地層沈積前地殼發生了褶皺運動。在角度不整合中，不整合上部的新地層覆蓋褶皺侵蝕的邊緣或下部的傾斜層，形成圈閉。如果新老地層之間存在沈積不連續，但仍平行接觸，則稱之為平行不整合，也稱假整合。平行不整合反映地殼均衡上升或下降，因此新老地層產狀基本壹致(圖2-16)。
圖2-16不整合示意圖
3.巖性圈閉在沈積盆地中，由於沈積條件的差異，儲層在橫向上發生變化，並被不透水的巖石堵塞，就形成了巖性圈閉。如砂巖尖滅和砂巖透鏡體(圖2-17)。這種變化是由地層沈積時砂和粘土的異常分布引起的，如河流三角洲中的砂壩。
圖2-17巖性圈閉示意圖
這是三種基本的圈閉類型，很多圈閉是褶皺、斷層、孔隙度變化等條件組合形成的復合圈閉。
四。油氣運聚1。油氣運移油氣在源層形成後被分散，在各種外力的作用下，向附近的圈閉運移並聚集在壹起，與圈閉形成統壹的整體，形成油氣藏。可見，油氣運移是油氣藏形成不可或缺的階段。油氣在地層中的任何運動都稱為油氣運移。生油層中生成的油氣向儲層中的運移稱為初次運移。油氣進入儲層後的所有運移稱為二次運移，包括油氣在儲層內部的運移和油氣沿斷層面和裂縫的運移(附圖2-18)。
圖2-18油氣運移示意圖
油氣雖然是可以流動的流體，但要讓油氣沿著各種渠道流動，必須有動力。動力來源主要是壓實力、構造運動力、水動力、浮力和毛細壓力。它們在油氣運移的兩個階段起著不同的作用。其中，壓實力在油氣初次運移中起主導作用，其他力在油氣二次運移中起主要作用。
2.油氣聚集油氣在圈閉中聚集並形成油氣藏的過程稱為油氣聚集。它是油氣生成、運移、儲層和圈閉構造有機配合的結果。充足的油氣源是盆地形成豐富油氣藏的物質基礎。良好的儲層是油氣運移和聚集的基本條件。但要形成油氣藏，必須有壹個輸導層和壹個良好的封閉層，即良好的生儲蓋組合。即源巖中生成的油氣能及時運移至儲層，蓋層的質量和厚度能保證運移至儲層構造的油氣不會逸出。
動詞 （verb的縮寫）油氣藏類型1。油氣藏的概念是指油氣在單個圈閉內同壓力系統的基本聚集。圈閉內只聚集石油，稱為油藏；只聚集了天然氣，稱為氣藏；同時聚集的石油和遊離氣稱為油氣藏(圖2-19)。
圖2-19油氣層示意圖
在目前的技術經濟條件下，具有開采價值的油氣藏為工業油氣藏。西方國家稱之為商業油氣儲層。但是這個概念是隨著國家的需要和不同的技術條件而變化的。在國家急需油氣的時候，沒有工業價值的油氣藏也要開采，此時經濟價值處於從屬地位。
2.油氣藏類型據有關資料顯示，世界上已發現的油氣藏有數萬個，類型多樣。為了更有效地指導油氣資源的勘探和開發，需要對已發現的油氣藏進行科學分類。目前，國內外采用的油氣藏分類方法很多，主要有四種。
(1)按日產量可分為高產油氣藏、中高產油氣藏、低產油氣藏和非工業油氣藏。
(2)按油藏形態可分為層狀油藏(如背斜油藏)、塊狀油藏(如潛山油藏)和不規則油藏。不規則油氣藏油氣分布沒有壹定的形狀，如斷層油氣藏、地層油氣藏、巖性油氣藏等。
(3)按烴類組成可分為油藏、油氣藏、氣藏和凝析氣藏。圈閉中的烴類僅以液態形式存在，稱為油藏。圈閉中既有液態石油，又有遊離天然氣，稱為油氣藏。只有天然氣存在的圈閉稱為氣藏；在高溫高壓的地層條件下，烴類以氣態存在，隨著開采過程中溫度和壓力的降低，到達地面後會變成凝析油。這種氣藏稱為凝析氣藏。
(4)根據圈閉成因，可分為構造油氣藏、地層油氣藏和巖性油氣藏。油氣聚集在地層因構造運動而變形或位移形成的圈閉中，稱為構造油氣藏；油氣聚集在地層超覆或不整合覆蓋形成的圈閉中，稱為地層油氣藏；油氣聚集在儲層巖性因沈積條件變化而橫向變化形成的圈閉中，稱為巖性油氣藏。
為了便於勘探開發，油氣藏分類應遵循兩個基本原則:壹是分類要科學，即分類要反映圈閉的成因類型和形成條件，以尋求規律性；二是分類要實用，能更有效地指導油氣勘探開發。