石油地质学实习及试验指导书.docx
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石油地质学实习及试验指导书
《PetroleumGeology》
实习及实验指导书
说明
本实习指导书是在武汉、成都两院校历年实习讲义基础上，由陈荣书、李世章、何生负责编写，最后由陈荣书负责定稿。
编写本指导书的主要目的是密切联系理论教学，加强编图、作图、分析资料能力的培养，使理论与实践密切相结合，提高学生分析和解决石油地质问题的能力。
除第七章油气运移和第九章含油盆地、油气聚集带和油气田外，其它各章都有相应的实习。
全部实习约需20～24学时，学时分配大致如下：
实习一，2～3学时；实习二，2学时；实习三，2～3学时；实习四，2学时；实习五，2～3学时；实习六，2学时；实习七，2～3学时；实习八，6—8学时。
各校可根据自己的条件，选用其中的一部或大部。
实验一原油宏观特征的观察和测定
一实验目的
通过肉眼观察和简易买验，了解：
（1）原油的基本物理性质及组份组成；
（2）各种物理性质的某些外在联系及有关参数在原油简易评价中的作用；（3）各种物理参数对于查明原油的生成、运移、演化等方向所具有的参考价值。
二、实验内容和方法
（一）肉眼观察原油的颜色、萤光性、溶解性
要求每位同学细致地观察我国不同地区的3~5个原油样品，并作简易记录（表1）
1.颜色
原油颜色的深浅取决于胶质—沥青质的含量。
一般胶质—沥青质含量愈高，颜色愈深。
观察原油颜色，一般观察在透射光照射下的颜色，即将样品朝光源方向，观察试管中对着眼睛一侧的颜色。
若原油色深，透明度差，可摇动原油样品，观察留在试管壁上原油薄膜的颜色。
一般不观察反射光下的颜色，即向着光源一侧试管壁的颜色。
因为反射光颜色常有萤光颜色干扰。
2．荧光性
原油中饱和烃不发荧光，不饱和烃及其衍生物才发荧光。
低分子量轻芳烃呈天蓝色，随着分子量加大荧光色调加深，胶质一般呈浅黄—褐色，沥青质一般呈褐到棕褐色．
取上述原油一小滴，分别置于
（1）号试管中，加入4ml氯仿，摇动试管；待完全溶解后，倒1/2于
（2）号试管中，在其中再加2ml氯仿摇匀；将
（2）号试管中的溶剂，倒1/2于（3）号试管中，再加2ml氯仿并摇匀，比较
（1）、
（2）、（3）号试管的荧光强度。
3．溶解性
石油主要是以烃类为主的有机化合物的混合物，难溶于水，但可溶于许多有机溶剂中。
取12支试管，分别装入2ml的氯仿（CHCl3）或四氯化碳（CCl4）、苯（C6H6）、甲醇（CH3OH）和水（H2O），于各试管中分别加入一滴原油，摇匀后，观察比较溶剂颜色深浅及其荧光性。
表1原油肉眼观察记录表
观察项目
原油样品
颜色
（在透射光下）
荧光性
溶解性
①号试管
CHCl3
②号试管
③号试管
①号试管
苯
②号试管
③号试管
①号试管
甲醇
②号试管
③号试管
①号试管
水
②号试管
③号试管
（二）原油理化性质测定
原油物理化学性质的测定可为原油的工业品质评价和地质研究提供基本参数。
常规分析项目有馏程、比重、粘度、闪点、凝固点、含硫量、含砂量、含蜡量及含水量等．
1．馏程试验
原油是以碳氢化合物为主的有机化合物的混合物，每一种化合物均具有一定的沸点和凝点。
馏分表示在一定的温度间隔下、蒸馏出的不同沸点范围的原油组分，故每一种馏分都有自己一定的化学成分和物理性质。
每一馏分在石油中存在的数量，对石油总的理化性质有很大影响。
试验时称50g油样，倒入恩式蒸馏烧瓶中，将烧瓶均匀加温，记下馏出第一滴时的温度（初馏点）及温度为150℃，170℃、210℃、230℃，250℃、270℃，300℃时馏出的体积，根据这些馏分数量的相对多少可大致了解原油性质。
计算公式：
Vn：
为每一馏分含量（体积百分数）；
Vc：
为每一馏分馏出量（m1）；
Wo：
油样量（g）；
D420：
为20℃时油样比重。
2．比重测定
原油在20℃时的重量与同体积4℃时的纯水重量之比，称为原油比重，以D420表示之。
原油比重常用比重计、比重瓶或韦氏比重天平法测定。
韦氏比重天平装置如图1—2所示。
测定时，先将天平调整平衡后，将浮子挂于小钩上并沉入量筒待测的原油中。
此时，天平将失去平衡，再在平衡梁刻度上依次由最大到最小加上砝码，直到平衡。
砝码所在刻度的读数即为“视比重”（d4t）。
同时，记下温度，用下式换算：
D420=d4t+△ν（t－20）
D420：
标准温度下的比重；
d4t：
在试验温度下读数（视比重）；
△ν：
为比重的温度补正数（可查表）；
t：
为试验温度（℃）。
3．原油粘度测定
粘度是表示原油流动性能的重要参数。
度量粘度的参数因测定的装置和计量单位的差别，分别称为：
绝对粘度[或动力粘度，单位为Pa·s（帕斯卡·秒）]、运动粘度[单位为m2／s（二次方米每秒）]和思氏粘度（或相对粘度）。
恩氏粘度的测定是在一定温度（t）下，使200m1的待测原油通过标准孔，测其流出时间；再以此时间与同体积蒸馏水在20℃时流出的时间（称为水值，常为51s）做成比值即得，以Et20表示之。
由恩氏粘度查表可得相应的运动粘度。
运动粘度乘以该温度时原油的比重，即为动力粘度。
运动粘度测定的仪器，如图1—3所示。
它是一组毛细管粘度计的一支。
每支仪器必须有粘度计常数。
毛细管粘度计各支扩张部分的内径不同，供试验不同粘度的原油时选用。
测定时，当A管中油样液面向下流动至a刻线处开始记时。
当液面流至b刻线时停止记时。
在温度t时运动粘度Ut（厘沱）按下式计算：
Ut=ctt
c：
粘度计常数10-6m2；
tt：
油样平均流动时间s。
4．原油组分分析
原油的组分，通常指的是饱和烃、芳烃，非烃和沥青质。
根据物质分子结构的不同，被吸附的强弱也不同，相应脱附快慢也不一致。
目前采用的柱色层法就是根据原油不同组分的这一特性（选择性溶解和选择性吸附）。
利用硅胶、氧化铝怍吸附剂，而用与上述组分相似性质的溶剂作冲洗剂，冲洗色谱柱、而将不同组分分离开来。
试验时，原油事先经馏程切割过。
用正庚烷脱去沥青质（沉淀出来）。
将滤液通过漏斗倒入色谱柱中（见图实1—4），用正庚烷或正己烷淋洗脱附饱和烃，收集冲洗液，经蒸馏则可得出含量。
再用苯淋洗脱附芳烃，收集冲洗液经蒸馏得其含量。
由于吸附能力极强，以致部份极性物质（即含氧氮硫的非烃化合物）不易完全脱附而残留在色谱柱上，由差减法即可算出非烃含量。
需要指出的是若定量分析时，一切仪器用品均应事先洗净，严格称重。
色层分离法是石油有关分析中常用重要分析方法，其基本原理均是利用石油，天然气中不同化合物由于分子结构不同其吸附和脱附能力也不相同的特征，根据所使用吸附剂（固定相）、脱附剂和鉴定分离物（流动相）方法不同，若流动相为气体称气相色谱，若流动相是液体称为液相色谱，若按固定相性质分，如前所述玻璃管中装入吸附剂称柱色谱，用滤纸作固定相叫纸层析等。
分类尚多，不作赘述。
三、仪器用品
1．仪器
萤光灯、馏程测定仪、韦氏比重天平、恩氏粘度计。
2．用品
试管、烧杯（50—250ml）、漏斗、滤纸、停表。
3．试剂药品
氯仿、四氯化碳、二硫化碳、石油醚，甲醇、苯、正庚烷（正己烷）、氧化铝、硅胶，盐酸。
4．文具纸张（自备）
四、作业要求
1．根据实习讲义填写观察内容，比较三种原油优劣。
2．据实验观察和讲课内容，小结原油的物理性质和化学性质的关系。
实验二石油沥青矿物和含油岩石的鉴定
一、实验目的及要求
在油气田的调查和勘探过程中，十分重视地面或井下油气显示的确定。
其中尤以井下含油岩石的鉴定，对确定可能的含油气层位．预测油气藏可能存在的位置，都有重要意义。
必须及时准确地断定、记录和上报。
本次实验包括石油沥青矿物（油矿物）和含油岩石的鉴定两部分。
二、石油沥青矿物的鉴定
石油沥青矿物是指石油在热力，氧化和细菌的生物化学作用下，次生变化的产物。
由于石油的原始组成不同，次生变化的方向和产物也不甚相同。
表1石油的次生变化主要的方向及产物
表2石油沥青矿物的元素组成简表
名称
元素组成（重量%）
C/H
重量比
备注
C
H
N
O
S
石油
850
（平均值）
14.0
（平均值）
1.0
←——平均值——→
6.1
*软沥青为氧化程度较低的地沥表，其含H量在石油和地沥青之间，为半固态的石油初期重要作用的产物
地蜡
84～86
13～15
－
0～5.0
－
6.0
恩巴区贫胶地蜡
8.0～85.8
10.1～11.5
0.2～0.8
0.6～8.5
0.9～2.0
7.3～8.0
软沥青*
70.5～90.0
8.3～13.0
微量～2.4
0.25～16.7
0.36～10.2
地沥青
81.73
9.84
8.43
←——平均值——→
8.3
平均值
石沥青
硬沥青
83.19
9.23
←——7.58——→
9.0
脆沥青
83.14
7.48
←——9.38——→
11.1
碳质沥青
黑沥青
85.40
9.25
←——5.35——→
9.2
焦性沥青
88.7
5.99
←——5.31——→
14.8
碳沥青
>80～90
<3～5
<3～5
24.9～67.7
次石墨
97.24
0.64
←——2.12——→
159.4
其中软沥青，地沥青，石沥青和地蜡为石油演化的早、中期产物；而碳质沥青以上为变质作用产物，它们与石油之间的实际联系已不明显。
因此，本次实习主要作与石油关系较为密切的石油沥青矿物的识别和初步鉴定工作。
主要石油沥青矿物的化学成分和物理性质如表2和表3所示
本次实验将做地蜡、软沥青、地沥青、脆沥青、黑沥青、次石墨等六种石油矿物的物理性质的观察、实验和鉴定。
对比上述六种油矿物（或准油矿物）的物理性质（观察和实验项目见表3）。
表3主要石油沥青矿物物理特性简表
名称
成因
颜色
断口
硬度
熔点
溶解性
可燃性
光泽
产状
比重
地蜡
物理分异产物
浅黄暗棕
粒状－粗糙
<1
30℃～60℃
易溶于所有有机溶剂
有明亮的火焰
油脂光泽
层状或脉状充填于岩层的裂隙中
0.9～0.94
软沥青
风化作用产物
黑色
粗糙－土状
<110℃
能完全溶于CS2和乙醚
易燃，有明显带黑烟火色
油脂光泽
半固态沥青湖
0.97～≥1
地沥青
风化作用产物
棕黑黑色
粗糙－贝壳状
0.5～2
>100℃
溶于全部有机溶剂
易燃，有明显带黑烟火焰
暗淡－明光
脉状和丘状
0.9～1.09
硬沥青
风化作用产物
黑色
贝壳状
0.5～3
100℃～175℃
在苯，CS2CHCl3中几乎能完全溶解，在石油醚中能溶60%±
易燃，有明显带黑烟火争
明亮
脉状和层状
1.006
～
1.35
脆沥青
风化作用产物
褐黑－黑
贝壳状
2
175℃～320℃
在CS2、CHCl3溶解性较好，在石油醚、酒精中溶解性较差
熔化时有分解现象，火焰弱
明亮
脉状
1.15
～
1.18
黑沥青
变质作用产物
黑
贝壳状
2～2.5
难溶
在CS2中可溶2－10%
熔化时有膨胀及胀裂现象，火焰很弱
明亮
脉状
1.075
～
1.095
焦性沥青
交质作用产物
黑
2.5～3.5
难溶
不溶
燃烧困难
脉状
次石墨
交质作用产物
黑
片状
3.0～4.5
很难溶
不溶
燃烧困难
金属或半金属光泽
脉状
1.86～1.98
三、岩石含油性的鉴定
当地表露头或井下岩心、岩屑中所显示的油气微弱时，肉眼不易鉴定。
此时采用下列简易方法加以鉴定。
（一）浸水法
将样品置于水中，如岩样不亲水或于水中见有油膜，则该样品含油。
或是滴水于样品上，水不渗入而呈珠滚下，亦可确定为含油。
（二）加热法
将试样研碎晾干，使其所含水分蒸发然后用牛角匙取岩样1／3勺（约lg）放人试管中，在酒精灯上均匀加热，如试样含油则见管壁上有油珠或油膜附于管壁并可闻及石油沥青味。
（三）有机溶剂法
有机溶剂常用的有三氯甲烷（CHCl3）、四氯化碳（CCl4）、二硫化碳（CS2）等。
1．砂岩含油测定
将研碎晾干的试样置于试管，加入1～2mlCCl4，摇动后观察。
如岩样中含油或沥青类物质则原来无色透明的溶剂因溶解石油而变为淡黄、棕黄、黄褐或褐色的溶液，如肉眼看不出溶液色调，则可用滤纸把溶液过滤然后观察滤纸是否有残迹。
2．碳酸盐岩含油测定
将岩样磨碎，加入稀盐酸。
若含油及沥青类物质，则碳酸盐岩加盐酸后放出的CO2气泡被油膜所包裹。
以上测定不易观察时，可将稀盐酸处理后的岩样加入CCl4或其它有机溶剂，观察其溶液颜色，若为黄褐等色调或在滤纸上留下黄、褐色残迹，则可证明该样品含有油或沥青类物质。
3．岩石中含有淡色石油鉴别
取1／3勺岩样，加入丙酮，再加入水。
若含油，则呈乳状混浊溶液。
（四）萤光法
借助石油在紫外光照射下发出萤光的特点，可利用萤光灯鉴定是否含油并且予以粗定量。
1．萤光灯直接照射
一般在野外自然露头或井下所取岩心、岩屑中如含油丰富则利用油的直观特征可以鉴别是否含油。
当自然露头风化较久或井下岩层因含油饱和度低，含油岩层薄，而于岩屑中难于判断时，可将样品或岩屑用紫外线直接照射，观察其发光特征。
但应注意除石油及沥青类物质发光外，在岩屑中也常遇到另一些发光物质，如石膏、石英、方解石、盐岩、油页岩，重晶石等，应从萤光色调及其它特点上加以区别（见表4）。
表4
发光物质
萤光色调
鉴别特点
石英（蛋白石）
方解石
石膏
盐岩
油浸泥岩
油页岩
软沥青
白蜡
油质沥青
胶质沥青
煤质沥青
土壤沥青
灰白
乳白
亮天蓝、乳白
亮紫
暗褐、褐黄
橙、褐橙
亮蓝
白、浅黄、浅蓝、天蓝、蓝绿
黄、橙、浅黄、褐
黑、暗褐
玫瑰及青莲
坚硬、加酸不起泡
结晶完好、菱形解理、加酸起泡
无色半透明、硬度小加酸不起泡
无色、透明、晶形完整、具咸味
黑褐色、油腻感、污手
具可塑性
2．紫外光灯照射
（1）
将1／3勺岩样加入l一2ml的CCl4（或是CHCl3等有机溶剂）在紫外光灯照射下观察其萤光特点，以确定其含油与否。
3．紫外光灯照射
（2）
亦可将CCl4溶有石油沥青的溶液滴在瓷盘上晾干，或者直接滴在装有岩粉的乳钵中，在紫外光灯照射下观察。
据发光的不同形状可估计沥青类的含量。
实习三储集岩孔隙特征的对比观察及
碎屑岩储集性能影响因素的分析
一、实习目的
储集岩是构成圈闭的基本要素之一。
储集空间的大小及其连通性的好坏，对油气藏中油气的储存和渗滤能力有极大的影响。
两大主要储集岩类即碎屑岩和碳酸盐岩的储集空间特征及其影响因素有着明显的区别。
本次实习的目的为：
了解储集空间的主要特征及其差异性，着重分析控制碎屑岩储集性的主要因素。
二、砂岩和碳酸盐岩储集层孔隙特征的观察和对比
（一）砂岩储集层孔隙特征的观察，注意以下两点：
（1）手标本要注意疏松—致密程度、轻—重程度（标本应是新鲜的未遭风化的岩石或岩心），
（2）幻灯（薄片）和图版观察要注意其孔隙类型、孔隙直径大小、连通情况，喉道大小，碎屑成分、碎屑颗粒的粒度、分选磨圆情况、胶结物含量及胶结类型。
（二）碳酸盐岩储层的孔隙特征，注意以下两点：
（1）通过标本（包括光面）的观察，了解碳酸岩储集层的岩石孔隙类型可以是多种多样的（孔、洞、缝），
（2）通过典型幻灯片（薄片）和图版的观察，了解碳酸盐岩储集层的孔隙类型，原生孔隙和次生孔隙，特别注意溶蚀孔隙发育情况。
（三）对比碎屑岩和碳酸盐岩储集层孔隙特征的差异性。
（四）完成实习报告——“碎屑岩和碳酸盐岩储集层孔隙特征及其差异性”一份。
三、影响碎屑岩储集性的因素
（一）实习目的和重点
影响碎屑岩储集性的因素是多种多样的，包括粒度大小、分选，磨圆、排列方式、碎屑矿物成份，胶结物的含量与成分，压实作用、裂缝、溶蚀作用及其它次生变化等。
本次实习着重根据（表1）提供的资料，分析粒度中值、分选系数对碎屑储集性的影响，其它因素（如胶结物的含量和成分，砂岩成分、成热度等）对储集性的影响。
可根据自己的具体条件和兴趣来决定。
实习需要半对数纸、双对数纸、铅笔、橡皮、三角板等。
（二）实习步骤
（1）在半对数纸上做有效孔隙率（纵坐标）和渗透率（横坐标即对数轴）的关系曲线图，分析两者的相关性（一般在中—细砂岩中有比较明确的相关性），
（2）在半对数纸上作有效孔隙率（纵坐标）和粒度中值（横坐标即对数轴，单位为mm）的关系曲线图，分析两者的相关性，
（3）在双对数纸上作粒度中值（纵坐标，单位为mm）和渗透率（横坐标，单位为μm2）关系曲线图，
（4）在半对数纸上作分选系数（纵坐标）和渗透率（横坐标即对数轴，单位为μm2）的关系曲线，分析它们的相关性。
表1碎屑岩储集层的储集性及有关参数
沉积环境
样品数
陆屑（%）
胶结物（%）
粒径mm
有效孔隙率
（%）
渗透率
×987×10－6μm2
分选系数
编号
总量
（占岩石的百分数）
石英
（占陆屑的百分数）
长石
（同石英）
岩屑
（同石英）
杂质
（同石英）
碳酸盐
膏质
泥质
中值的变化范围
中值的平均值
砾石心滩
5
90.6
42.0
34.0
24.0
0
9.4
28～60.0
30.0
14.6
18
5.2
1
34.10
14.25
19
4.5
2
14.20
14
25
4.2
3
缓流心滩
8
87.4
44.6
28.4
20.0
6.0
12.6
0.225～8.0
6.60
15.5
40
3.6
4
2.810
15
77.5
3.2
5
0.465
16.3
126
3.6
6
0.960
17.2
175
2.9
7
边滩砂
12
92.3
48.2
24.8
18.0
9.0
1.6
6.1
0.097～0.274
0.176
23.6
880
2.3
8
分流河道
14
92.5
50.8
25.2
14.0
10.0
1.3
6.2
0.06～0.158
0.108
19.2
663
2.4
9
天然堤河漫
4
76.2
46.6
21.4
12.0
20.0
5.5
18.3
0.025～0.086
0.056
8.3
22
4.0
10
河口坝砂
15
93.6
56.6
25.8
9.6
8.0
1.3
5.1
0.126～0.220
0.162
21.4
546
2.5
11
远坝砂
7
80.2
52.4
18.2
8.4
21.0
4.4
15.4
0.03～0.09
0.072
10.5
52
3.2
12
湖滩砂
10
93.2
52.4
24.4
9.2
14.0
6.8
0.54～0.108
0.085
12.7
62
3.1
13
（5）综合上述四张关系曲线图的分析，对影响孔隙和渗透性的因素及有关问题作出小结和必要的讨论，完成文字小结一份（所编的四张图描清楚，作为小结的附图）。
实习四圈闭和油气藏类型的识别
一、实习目的
圈闭是油气聚集的场所，是形成油气藏的基本要素。
圈闭的类型及形成条件不仅对油气藏形成起着决定性的作用，而且对油气田的勘探和开发亦有重大的实际意义。
不同类型油气藏所采用的勘探方法及部署不同，开发方案也不同。
因此，正确的判断圈闭及可能的油气藏类型，对于石油地质工作者有着特别重要的意义。
本次实习的主要目的，是通过所给的储集层顶面或盖层底面的构造图、储集层分布图以及气油水分布图（图实4—1-4），确定圈闭和油气藏类型，圈定圈闭的闭合面积，绘制圈闭和油气藏横剖面图，以便更好地理解和掌握圈闭和油气藏在平面图和横剖面图上的特点。
二、实习的步骤和方法
（1）阅读图1—4构造等高线图及储集层分布图。
在平面图上找出溢出点位置（用字母C表示），圈定闭合面积，计算闭合高度，并将计算数字标在图上。
（2）通过绘制给定剖面线的圈闭和油气藏横剖面（5个），结合储集层分布的变化及油气水分布情况，确定圈闭及油气藏类型。
（3）对照平面和剖面图建立立体概念，掌握并牢记不同类型圈闭和油气藏在平面和剖面上的图示。
三、实习用品
铅笔，橡皮、直尺（或三角板）和方格纸。
实习五有机质成烃演化曲线和成熟度分区
一、实习目的和要求
有机质演化曲线和反射率等值线是反映盆地内某一油气源层中有机质成烃演化的基本图件，对认识有机质成烃的演化阶段，油气资源的远景评价和定量计算都有十分重要的意义。
本次实习要求完成某一成油气层的有机质成烃演化曲线和镜煤反射率（R0%）等值线图的编制，并作简要说明；以便加深对有机质成烃模型及其演化阶段的认识，培养利用煤岩学的基本方法之一—镜煤反射率，对生油气层进行初步的评价和解释的能力。
二、实习步骤和注意事项
（1）在课下复习好有关有机质成烃演化以及煤岩学方法在油气勘探中的应用等章节的内容。
准备好实习用的坐标纸、三角板、铅笔和橡皮。
（2）阅读附表所提供的资料，掌握某一生油气层的氯仿抽提物（g）/有机碳（g）的比值，烃（g）/有机碳（g）的比值、C24－C30正烷烃CPI值和镜质体反射率（R0%）等随埋藏深度或（温度）的增加而发生的变化规律。
（3）在坐标纸上确定纵坐标（深度）和横坐标[氯仿抽提物（g）/有机碳（g），烃（g）/有机碳（g）和CPI]的比例尺。
比例尺选择以能清楚表达曲线图为准。
这次实习可选用下列比例尺；纵坐标1∶20000（深度），横坐标1cm=0.01[氯仿抽提物（g）/有机碳（g），烃（g）/有机碳（g）]，1cm=0.2（CPI）。
在深度轴上标明有机质各重要演化阶段的镜煤反射率（R0%）和温度（℃）的分界值。
（4）根据附表上提供的数据作出氯仿抽提物（g）／有机碳（g）的比值、烃（g）／有机碳（g）的比值和C24-C30正烷烃CPI值同深度的关系曲线。
在镜煤反射率散点图（图实6—1）上以R0（％）=0.5，1.2，2.0勾出反射率的等值线。
附表：
某盆地上生油气岩层的成熟度的资料
样品号
深度
（m）
有机碳
重量（%）
氯仿抽提物（g）/有机碳（g）
烃（g）/有机碳（g）
C24－C30正烷烃CPI
镜煤反射率
R0（%）
古地温
（℃）
1
775
0.89
0.041
0.017
2.38
0.34
39.95
2
910
1.24
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