大庆油田原油的物理化学性质_组成与特征.pdf

19 . 3 大 庆石油学 院 学报第2期(总第1 8期 ) 大庆油田原油的物理化学 性质 、 组 成与特征 黄福堂 . 摘要 关于 原油物理化学性质 , 组成与特征方面的研究 , 一直是引人关注的 研究内容之一 , 国内各研究部门和不少科学工作者 对此都作了大量的 研究 与探讨 。 如石油科学研究院i , 李学恩 2 、 3 、 4等 。 原油成份相当复杂 。 到目前为止 , 对原油成份研究比较多的集中在对 主要成分和特殊成分的研究 , 尤其是对原油中烃系 列族 ,白勺 研究 。 其 次 ! 较多的是对特征化合物的研究 。 本文从 “全烃” (色谱法) , 元素(c 、 1 1 、 s 、 N 、 0) , 各馏 分族 组成 , 碳同位素 、 比重 、 粘度 、 凝固点 、 沥青质 、 异 戊 间二烯烷烃 、 环烷 酸和 平均分 子量 等十一个项目的分析资料 , 分析研究了大庆 ;由田主要不 同 区块和层位的, “”个原油样品 , 并结 合历年来发表的有关大庆原由 评价方 面 的文献资料 , 阐述了大庆油田原油的一般物理化学性质 , 化学组成及特征 。 一 、 大庆油田原油的特征与一般物理化学性质 (一)大庆原油的特征 高蜡低硫 、 高 镍低钒是 陆 相原油 常见的 特征 。 大庆原油的含蜡量为1 5一3 0% , C2 2一C2 5正石蜡烃的含量为5 .1 6 11 8 2 % , 含硫 量小于0 . 2% , 含氮量小于0 . 3% , 含镍 2 . 3P PM , 含钒0 . 0 8P PM , 镍/ 钒比值大于2 8 0大庆原油 的 (6C1 3为一27 一 z 一 2 9 一0。%)碳同 位素值较小 , 具有陆相原油的 一般特征5 。 (二)大庆 原油的一 般物理化学性质 大庆油田原油 (萨尔 图汕田 、 喇 嘛甸油田 、杏 树岗油田 )的物 理性质(见 表1一1 )主要 是 : 地面原油5 0时粘度为 1 0一4 0厘 泊 , 地下原油的粘度为5一1 0 厘 泊 , 地面原油2 0 时的 相对密度 为0 . 8 30 8 8 , 脱气原油的凝固点为2 0一3 5之间 。 . 大庆研究院中心实脸室 大庆 油田各构造上原油的一般性质(见表 1一2 )是 由南向北变差 , 在油层纵向上 由浅 向深部 变差 , 平面上 由轴部向两 翼变差 。 在纵 向上接近油水界面处 , 原油比重 、 粘度 明显增高 , 在 平面 上接近内含油边界处 , 原油比重 、 粘度也明显增 高 , 反映了构造控制 的油藏的 一般特点 。 大庆原油的平均分 子 量为4 0 。6 5 。, 相 当于二十八烷到三十六烷(见表l一3) 。 从表1一3中可以看出萨尔图与喇嘛甸油田原油 的平 均分子 量相接近 , 而杏树岗油田原 油平均分 子量高于萨尔图和喇嘛甸油田 。 大庆油田各构造原油平均分子 量随深度增加而增大(见表 14) 。 大庆 油田原 油的一般理化性质 表 1一1 ! l | ) I | ! 一 凝 固 点 卜| l | 匕日 一 | 油 田 原油粘度 地 面 5 0 地 下 原 油比层油温重 度 (区块)( ) 吕0 (D (厘泊)!(厘泊) 蜡 (评%) O自 一 ,上 尸勺 一 户 0 O自 一9曰 别一2一侧 乐 2 3 . 一 2 7 一2 3 . 一 1 4 . 大庆 油 田 S + P + G 4 3 。 8 0 。 8 6 0 47 。 3 喇 嘛甸油田 S + 尸46 。 90 。 8 66610 。 4 萨尔图油田 S + P + G4 4 。 90 。 8 6 15 9 。 5 28 。 7 杏树岗油田 S + P46 。 00 。 84 797 . 026 。2 8 ( ) () (;) ( 小 ) : : ) 局介 . 竺竺兰竺竺 一 一一 一 : 。 一 12一 25一 一丝 一竺竺 兰竺 一n 一 今 。 93 38 一 一 “2 5 一 ” . 。 2 2 8 2 兰竺兰竺 竺竺 二 一 二 一 竺 一 一 赞 一 一 0 2 ” 一 2民“一 : 立兰 . 口 “ 2 2 9 。 6 2 5 h “ 0 . ” 。 5 1 3 “ 。 76 “ 9 2 5 3 户 二 55 大庆油田各构造原油的一般性质综合表表 1一2 、 : : 七 : D: 。 (5。 。 气 泊) () ; ; : : _ 嵘巢盛 嚣嚣嚣严阵 拱才 刃斗 粼幕 酉班画二亚巫兀 亘口巫刃画车二口二 亘 巫亘 巨 嘱抖三华丰三翼1华里二牛竺生共生 一 些型 昌 二1竺卜 -生 燮兰 - 一少些一)一胜里卜 - 丝,到 - 一二少 一生竺丝 卫 二 一 一李车 典三牛 卫竺望 一 9上生 生生到一一一匕一 - 9,9些 一 一 伞 上生) 一生丝丝月一兰生- 止竺生J e e 里鲤笙阵里二一) 里旦 三 一 二割斗省一 燮 旦 一竺斗 三生料里竺弃 . 卑三甘鲤兴 坐 霭 尸 2 . 866 3 7 2 5 。 22“ 。 3 。 。3 5 8 5 大庆原油平均分子盆综合表衰 1一3 喇嘛甸油田杏树岗油 田 喇 5一1 5 井 杏4一2 一2 8井 杏10一3 一33井 取样地点 平均 分子量 霍 61一 1 42。一 42 5 。 642 8 。l 6 3 5 。6 5 81 。 3 大庆油田各油层原 油的平均分子皿综合裹 裹 1一4 生广 Z 、 二乙 月 口 J 位 . 平均分子量 430 。 9 4 5 4J0 。 9 4 1 7 451 。2 4 65 4 7 7 。3 483 . 。 5 04 . 4 萄 一 l 尔一 | . 56 , ( 三)大庆 油田原油的实沸点蒸 馏 大庆原油 的实沸点蒸馏曲线如图 1一1 。 从图1一l中 一可 以看出 , 20 0 前馏份占 原油1 1 . 0% , 3 0 0以前占2 3 . 5% , 35 0 前占33 . 0% 。 实沸点蒸馏窄馏份的粘度很小 , 3 00以后馏份 的凝固点很 高 , 各馏 分的 酸度 (或 酸 值)都很低 , 这 些都是石蜡基原油 的特点 。 二 、 大庆原油的族组成 原油是一种厦杂的混合物 , 根据有机化合物的 结构和性质可以把复杂的混合物分为 饱和烃 、 芳香烃 、 非烃和沥青质四个组分 , 这四个组分一般称为族组分 。 大庆原油成 分 中主要 包括石蜡族 的 、 环烷 族和芳香族的碳氢化合物 , 此外还含有这 些碳氢化合物的一些衍生物 。 图2一1列出了大庆原油烃类中的最 主 要类型 。 正烷烃 一 C一C一C 一 C一 , 异烷烃 一 C 一 C 一 C 一 C一 C 环烷 烃 下一丁 一丁 一 C / 一C一 C 一 C 一 卜 C一C 一 C 一 厂 、| 心|C 一 厂 七 一 户 七 一C 一C 一C一C 一C 一C一C ! / l /! ! / l / /| U 一 !/ /l 飞! Z /| | / c 沪|、 CC 一一 芳烃 了 瑞 一C 、/( )( ) C一 多芳烃族环烷化合物 厂、 厂、 厂、而厂 飞厂 、 一。 / / / / / (图2一1大庆原油中烃类的最主要类型 。 ) - 大庆油田原油的族组成 分析 : 饱和烃5反一7 2% , 芳烃1 3一23% , 非烃1 0一3口% , 沥青 质0 。5 一2 。 O% 。 从 表2一1所列出的数据来看 , 喇嘛甸油田沥青质的含量高于萨尔图油田 、 杏树岗油 田 。 而杏树岗油田饱 和烃含量大于萨尔图和喇嘛甸油铂 , 杏树岗油田芳烃含量略低 于萨 尔图和喇嘛甸油田 。 沸实 点 10 书 30 续0 50 60了 占原油儿 口 (重) 图l一 1 大庆油田原迪 寒沸点蒸馏d嶙 ( l)高台争油田 (2 ) 葡萄花油田 (3 ) 产咐岗油日 ( 4 ) 萨尔图油田 (匀喇嘛甸拍气 行 三 、 大庆油田原油轻馏份中主要烃 类和溶解烃类的 分 析 大庆 油田各构造上原油轻馏份十分接近(见表8一l) 。 从整个油田来看 , 轻馏份 含量 从北向南有逐渐增加的趋势 。 大庆 油田原油中呈现溶解状态 的烃类有大量的甲烷 、 乙烷 、 丙烷 、 异丁烷和丁烷 , 有时在石油上面有少量游离状态 的重碳氢化合物 , 大庆原油中溶解气组成见表3一2 。 从表3一2中可以看出大庆 油田溶解气中甲烷含量一般是喇嘛甸油田大于杏树 岗油 田 、 萨尔图油田和葡萄花油田 。 四 、 大庆原油中各种元素的组成与碳同位素 按元素组成 , 大庆原油主要组成 元素为碳 、 氢 , 其次是氧 、 氮 、 硫 , 还有饥 、 镍 、 铁 、 锰 、 磷等微量 的金属和非金属元素 。 从表4一1中不同元素组成看出大庆 喇嘛甸 、 萨尔图 、 杏树 岗油田原 油 的碳含量为 84一8 7% , 氢含量1 2一1 4 % , 氮 、 硫 的含量共计0 . 20 . 5% 。 大庆原油中还有少量 金属 元素的有机化合物和其它化合物(见 表4一 2) 。 从等离 子体光量计分析结果中可以看出 , 大庆赚油中各种元素含量一 般是镍的含量大于钒 的含 t 。 镍钒比值大于28 0 大庆原油的6 13为一 27 . 1 一29 . 。编 。 (见 表4一3 ) 。 从表4一 3 中可以看 出大 庆原 油的6 1 3十分接近 , 和扶余杨大城子油层 比较 , 相差 一 1 . 1, 一1 . 8编 。 大庆原 油中溶解气的百 分含盆表 组 分 百分含量(%) 表3一2 i一n 一 1一 C “4 。 4 ( 。 n 。 e N : 乙O : 比重 斤碑 7.一 一nU 一少 口 一 n一 八U一一 c c c : c” : : : C C C 萨萨尔图 图 89 。3 8 8 8 4 。 11 1 1 3 . . . 喇喇 嘛甸甸 95 。8 2 2 21 。4 8 8 8 1 . . . 杏杏 树 岗岗 勺1 。4 1 1 1 3 。 5 1 1 12 . . . 一兰 二 兰 旦 一 竺 1 上些 ! 9业邑 . 生竺 生兰 兰 ! 2 。 85 10 。 23 1 . 1 了 0 。 27 0 。 了9 0 。 0 4 0 。6 0 O 。 72 ,IC 乙 父,工八卜 U一1,一 了一1 . 1 一. l “ 84 0 0 9 卫 O 。 了 O 0 0 0 。0 3 3 3 0 。 651 9 0 . 5873 0 . 6 259 0 。68 2 4 大庆原 油中常皿元寮百分含盈表 表4一1 . .甲尸. . . . 元 一 一竺1 一一一一一竺一一一一一一 一二黔一车遭四型竺州一鲤色些生一 一竺尾 竺竺一 一 j笙一一卜 二 一全些 竺一 - 一 阵一竺逻匕一一阵一些三色 - 一 一一兰一一 一 一一些竺一一一一一二竺竺一 - 一 一一三鱼竺一一- 一一竺一 一 一 卜一一卫生一一 一 卜一卫迎兰一一 一一卫三i一 - 一 氮 一 13 o 27 一 大庆原油中徽t 元素含盆的综合表表4一2 取样地点 素( 尸尸M) F F C ! ! ,“ Z M ! p , B “ ” 、 、 NF “ C “ 尸“z ” ! M ” ! 尸” a “了 ” Z Y 喇嘛甸油田 萨尔图油田 杏树岗油田 连连 下I R R R 0 。0843 3 3 0 . 98 8 80 . 13 39 9 90 一616 1 1 10 。02 79 9 90 。02 8 8 8 0 。0丁4 4 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 。02 6 6 6 , , 亡亡睁 睁 0 。05 61 1 1 1 。18 8 8 n , 1, , 0 . 50?3 3 30011 6 6 6 0 01 3 3 3 3 3 3 3 3 。42 6 6 6 0 . 0602 2 20 一79 9 9 0 。 1534 4 4 0 。014 4 4 O。0趁 趁 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 52 97一 0 0203 3 3 3 3 3 3 。 463 。3 6 9 1 1 1 . 502司 司 从 . 7、s s s 0 . 0605 5 50 . 03 419 9 9 U U U 。匕1 匕1 1 14 。了J石 石 U 。UJ 52 2 2U 。U 名吕1 1 1 0 . 0全13 0 .0 124 1 . 2012 0 . 0069 大庆原 油6C13(% 。) 数据裹 衰 4 一3 油层 平 均 俄 萨尔图 葡萄 花 高 台 子 ! 扶 余 杨大城子 一27 。8 一27 。 7 一27 。 8 一二 、 二 哭亡 一29 。 0 0 00口 乙勺!0自 分布范围 一 27 一 28 。3 。 3 一2 7 。0 一ZR 。 2 一27 。 2 一2 8 。6 一 2 8 。 9 一29 。 0 五 、 大庆原油中正烷烃与异戊间二烯烷烃的含量 大庆原油中的主要成 分为正构坑 烃 。正 构烷 烃是 指 饱和的 直链 烷烃 , 通式为C : H : 。,:, 正构烷烃分布曲线就是每个正烷 烃含氮随碳数变化 的关系曲线 , 一般用来了解正烷烃的 分布特征 。 正构烷烃中奇数碳和偶数仪含亘之比份为正烷 烃奇偶优势指数 , 图5一1就 是大庆 原油的 ( 岌表性气相色谱义 。 图5一1 一 天庆泊由只油 的代表性气相 色谱 图 次 翻创沮溺尽 周 原 油 中叮 : 一C : 。 正烷 烃的含虽为5 . 6一11 . 8 2夕 石 。 大庆原油中正构烷烃主 要分布在低沸点馏份中 , 狱 数分布范围从C : 一C :。, 大庆原油中C :, 、 C : 吕正 构 烷烃各占原油的近l%左右 。 大庆喇 嘛甸油田正构烷烃含 量高于萨尔图油田和杏树岗 油田 (见图5一2) 。 大庆油田原油中正烷 经 奇 偶优 势 (成熟 度口EP ) 一般在1 . 0 0一1 . 1 0 , 井戊二 烯型烃 , 姥 绞烷/正十七烷 (P叮 ”C: 7 )比值 一般 O 。 2一 。 . 3 , 植烷/正十八忱 (p叮 n C :7 )比值一般为 0 . 1 5一 0 。2 5 , 姥绞烷/ 植烷(P叮乃 : ) 比值一般为1 . 2 0一1 . 4。 。 大 庆原油中异 戊问二 . 烯烃灼浓 厂厂飞汉 一 针分 子的朗于数 图5 一2 正构烷侣分布图 (1 )喇嘛甸油田( 2 ) 萨尔月油田 ( 3 ) 杏树岗油田 度一般为7 . 5 1左右 。 大庆原油中异 戊间二烯烷烃 的分布与正烷烃Cp l值见 表5一 l 6 。 大 庆原油中异戊间 二姗烧烃 的分布与正构烷 烃 CPl 位表5一 1 指标或参数 艺iC . % IC 一 1 IC 。 -一二= - 一 - 一- - 二吧止乙 - nL17 1 犯L a。 ! J七 10 1”吕。 1 。 53 CPI 层位 川 洲 叫一 川 州钊 不饱和 烃在大庆原油中仅少量存在 , 大庆油田宽 馏 份(初 馏一22 2 )组成 分析 , 烯烃含量占全 烃1 . 7% 。 六 、 大庆油田原油的化学结构特征 将大庆油田原油中的芳烃馏份进行红外光谱分析(见图6一 1 ) , 从红 外谱图看 , 大庆原油的特点是 : 其化学结构在了1 0一7 20 c m 一, 73 0 一74。 。一为芳烃 的 特征吸收峰 。 大庆庙田非烃馏分红外光谱鉴定也可以清楚的看到15 8 0一16 0 。 :m 一为芳烃 特征吸 收 峰 , 1670173oem 一为含氧 (C = 0)特征吸收峰 , 11 2 o cm 一, 12g o c。一均 为 芳醚 或 酚中(C一O )的伸展振动 , 1 0 8 0 :m 为芳醚 或环 烷醚中(C一O一C)的伸展振动 。 大庆原油中芳烃与非烃馏份 的红外吸收光谱分析可 见 : 芳烃与非烃 比较 , 非烃1 700 Cm 一附 近吸 收强度很强 , 1600C二 一吸 收较弱 , 而芳烃 在160 0 C勿 一附 近 吸 收 强 度大于 非烃 , 紫外分析结果 2 2 8,拼为双环, 5 2 58脚产为稠环(见 图6 一2 ) 2 . 扩 讼 ” 78910111么13 1415 j嗜 、孟 庐 过过 今 (%) . 6一2 肠0 310 浪长(. 仙, 大庆油田拱油盆外光带口 r二) 中4 一 15 f匀 百4 一: 七 、 大庆油田原油中环烷烃和 环 烷酸的含量分 析 大庆原 油中环烷烃的 主要成份是单环的 已烷及甲基 , 二甲基环已烷 , 其次是环戊烷 及二甲基环戊烷 , 还有多环的 。 目前大庆原油中最大的环是六元环(见表7一1) 。 大 庆原油轻汽油的单体烃组成中C 。和C, 的丰度表明 , 异构约占3 0% , 正构的约占7 0% 。 环戊烷和环已环以及其衍生物 , 在萨 、 喇 、 杏油田的原油中都有 , 经过分离和分析巳鉴定 出了甲基环戊烷 、 二甲基环戊烷 , 也有环戊烷和环巳烷的更复杂的衍生物 。 大庆原油中环烷酸的含量一般在16 0一2 0 0毫克/升 。 大庆原油 中7前烃类组成 表7一 1 化 合 物名称沸点 口勺 一 ,工 一斤一1 上 n 一 n甘一n甘一 8 0 一 。O 一R 一 O。 上卜 一 一理一查 l 一一- 翌 二 土一一三一坚二一 一- ) 竺生 生竺 二 一 一一堕一色- 一一 一兰二、 竺 盛 异 丁沉 一 “ o 17 2 。4 一二甲基 戊烷 苯 环 已 烷 2 一甲基已烷 一阵 王 7一J任一互d一内0 一件 护 厂rl 一,土一1人一 ,.人 一 ,上 一 J任 一 , 一 .一 11 八一 洲 一八 O一1 1一 一往一 九随 一 ,一 一八O一八伙一尸卜一一l一OU 一 污性一 卜一1 1 一.一一 ; 合物名 称 续衰 7一1 _ _ 1 一 - 一厂下 一2 . 3 一二稚 毓 一 面万 5 正丁烷 一0 。 5 1 8 _ _ _ 士 1 1 一二 甲基环戊烷 . 8 7. 8 二 一 邑生星一- 一 . 竺 兰阵 一三少燮塑一- 阵 兰兰 二一上毕奥万 - 卜 竺上 - - 竺望甲军卿鹦 - 卜 - - 竺匕 上阵 二竺二兰竖卫1 一卜 望 二 一 竺 一竺已 三 三坚翌 l 里 邑 一 兰二 - - 1 环戊烷 碑9 . 3 113 一乙基 戊烷 + 反 1 . 2一二 93 5 9 _ _ _ _ _ .、 2 2 _ 二 , .、_ _ _ .、 91 7 一掣李卿垄 一卜 胜生 一1 竺哩哩色竺逻叠竺I J 一生里一 兰 一一竺兰墅竺一一 一竺 三 竺 一 一工 赓 坚一 一- 卜 些竺一 兰卜 一三塑竺些1 一)兰竺 - 竺 . 醚二二三整墅些- 竺巨 一 _ _. 1 甲基环巳烷 + 2 2 100 . 9 12 1 正己烷 ! 68 7 2 5 _ ,. _ .、 一 一 阵 一一二 州一止里型塑刹王 l - 卜 坐竺一 甲基环厌沉 71 。 9 ! 1 3 _ . _ 二 _ 】 2 6 】 乙基环戊烷 ! 103 5 +2 2一二甲基 戊玩 1 7 9 2 J 4 八 、 大庆原油不同馏份烃组成分布特点 (一)大庆耳油20 0前妞份族组成 大庆原油20 0前各馏份族组成分析结果见表8一1 。 从表8一 1所列的数据可以说明大庆原油的汽油馏份中芳径含量较低 , 而烷烃含量 是相 当高的 。 对于芳香烃来说 , 一般规律是随沸点升高而增加 。 (二)大庆军油2 00一3扣集油招份族组成 硅胶吸附及尿素脱蜡方法定出正构烷烃 、 异构烷烃一环烷烃 , 芳香烃及胶质四大族 。 正构烧烃的含童是原油馏份直接尿素抽提而定的 , 分析结果见表8一2 。 从华油馏份的烃族组成数据可以看出 , 这些馏分 的 正构 烷烃含量都很 高 , 在 2 0 0一25 0 馏分内正构烷烃含量高达4 0 . 3% , 这 就使柴油馏分 的凝 固点也比较高 。 (三)大庆耳油! 45 。一 3 6 0然油一柴油 和柴油宽娜分的族组成 。 大庆原油煤油一柴油 馏分族组成特点是 : 烷烃含量较高 , 芳烃中单环大于双环 , 双 环大于叁环 , 环烷烃也是这样 , 单环大于双环 , 双环大于叁环 。 经质谱分析大庆原油煤油一柴油馏分中 , 烷烃含量一般占总馏分5 9 。 1% , 环烷烃含量 2 8 . 6% , 其中单环环烷含量18 . 3% , 双环环烷含量7 . 7% , 叁环环烷含量2 。 6% , 芳烃含 量占总馏分1 2 . 3% , 其 中单环芳烃含量8 . 2% , 双环芳烃含量3 . 8% , 叁环芳烃含量0 . 3% 。 大庆油田各构造汽油族组成 衰8一 1 收率 苯点 () 折光猎数( n护 , ) 族组成(%) 烷 烃 环烷十烷烃环 烷 原 馏 份烷 十 环烷馏原 份 原占 油%) () 初馏一6 0 0 . 几 柴油妞份的烃族组成衰 衰 8一2 馏馏份份占 原 油油油 异构 烷 烷芳烃烃胶质质 ( ( () ) ) (写) ) ) ) ) 环烷烷 (纬) ) )(%) ) ) ( ( ( ( ( ( ( ( (%) ) ) ) ) ) ) 2 2 2 00一250 0 05 。 2 2 2 40 。 3 3 3 49 . 8 8 89 。3 3 3 0 一 6 6 6 6 6 2 2 250一3 00 0 07 。 1 1 1 42 。0 0 0 46 。 2 2 21 1 。 4 4 40 。 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 46 。 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 , , , , , , , , , 一一- 一一一 -一 一 0 。 6 6 6 6 6 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 。4 4 4 11一 一一一 3 3 3 0 0一3 5 0 0 09 。 0 ( 四 )大庆润淆油(3和一50 r 0