石油、天然气和油田水【PPT课件】

第一章 石油、天然气和油田水,第一章 石油、天然气和油田水,第一节 石 油第二节 天然气第三节 油田水,油气田开发地质基础,石油（原油，crude oil）：一种存在于地下岩石孔隙介质中的由各种碳（占83-87%）氢（占12-14%）化合物及其衍生物组成的呈液态可燃有机矿产，是多种有机化合物组成的混合物，是液态的可燃有机矿产,石油的成分非常复杂，不同地方、不同层位的石油的成分都不一样，因此石油没有固定的组成和确定的物理参数，石油的物理性质取决于它的化学组成,一、石油的组成,原油样品一：,原油样品二：,国内外某些石油的元素组成,40/0.29,107/8.39,86/2.1,22/1.92,66/10.7,125/0.87,188/2.1,54/2.48,68/1.3,30/2.24,16/0.37,11.4/7.4,石油-亿吨/天然气-万亿方,全国油气盆地与油气田分布图,（1）烃类化合物 烷烃（脂肪烃）-分正构烷烃和异构烷烃 常温常压下C1C4为气态；C5C16为液态；C17C33为固态,植烷和姥鲛烷结构式,1、石油化合物组成,环烷烃-也是饱和烃，其为闭链结构，如环戊烷和环己烷等。石油中C5C10环烷烃较多。为石油的重质成分,五员环、六员环结构式,芳香烃 它是一种不饱和烃，具有芳香味。其中主要特点是至少有一个苯，石油中的低沸点成分中芳香烃很少，主要在高沸点中。主要为甲苯、苯等,联苯、三基甲烷结构式 萘、蒽、菲结构图,（2）非烃化合物（NSO） 含硫化合物 元素硫(S)、硫化氢(H2S)、硫醇(RSH)、硫醚(RSR)、环硫醚、二硫化物(RSSR)、噻吩及其同系物等，我国原油多属低硫石油 含氮化合物 碱性氮化物：吡啶、喹啉、异喹啉和吖啶及其同系物；非碱性氮化物：吡咯、卟啉、吲哚和咔唑及其同系物，其中以金属卟啉化合物最为重要,含氧化合物（一般n3)酸性氧化物：环烷酸、脂肪酸及酚，总称为石油酸 中性氧化物：醛、酮等 含氧化合物，尤其是酸，与储层成岩作用、非均质性的关系，在油藏地球化学中的应用，与原油降粘的关系,2、石油的馏分、族分和组分(1)馏分对复杂的混合物进行分离 石油气（500(2)族分具有共同特征的物质 如何划分族分？ 饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质(3)组分利用石油中化合物的不同组分对有机溶剂和吸附剂具有选择性吸收的特征将石油分成独自部分 油质、胶质、沥青质和碳质,1、颜色 （1）石油颜色种类多样 （2）影响石油颜色因素 2、密度和相对密度 （1）定义：石油单位体积的质量 石油的相对密度一般为0.751.0 重质油 0.90；轻质油 d干气2、临界温度和压力 单组分的气体，都有一特定温度，高于此温度时，不管加多大的压力都不能使该气体转化为液体。这个特定的温度称为临界温度。在临界温度时使气体液化所须的最低压力称为临界压力3、蒸气压力 将气体液化时需要的施加的压力称为该气体的饱和蒸气压力。它是随着温度升高而增大，在同一温度下，烃分子量越小，其蒸气压力越大，乙烷的蒸气压力20为37.398066Pa因此，甲烷在通常情况下，不能转化液体4、热值 每立方米天然气燃烧时所发出的热量称为热值，甲烷的热值为88704.19KJ/M3,二、天然气的物理性质,5、溶解性 天然气在石油和水中的溶解能力用溶解系数来表示。所谓溶解系数是指：当温度一定时，每增加1.01325105Pa压力所溶解在单位体积石油和水中的天然气量称为溶解系数。溶解度：在一定条件下，气体在单位体积石油（或水）中溶解量称为溶解度。单位为m3/m3。天然气在石油中的溶解度比在水中的溶解度大。碳数越少的天然气在水中的溶解度越大。影响天然气溶解度的主要因素有压力、温度、水的矿化度6、粘度 天然气的粘度与其化学组成及所处环境有关系 天然气粘度在0时一般为3.110-7PaS，而在20时为1.210-5PaS7、压缩系数和体积系数 压缩系数在温度恒定的条件下，压力每改变一个大气压时，单位气体体积的变化率 体积系数在地面标准状态下采出的1m3气体在地下储层条件下所占的体积数,1、产状分类 按天然气在地下的产状可划分为：油田气、气田气、凝析气、水溶气、煤层气及固态气体水合物等（1）油田气（聚集型天然气）：指与石油共存的天然气，它可以溶于石油中，也可在油气藏中呈气顶存在。一般油田气中除甲烷外，还有较重的烃气（2）气田气（聚集型天然气）：不与油相拌生的，单一天然气聚集成气藏。气体中主要为甲烷。属于干气（3）凝析气（聚集型天然气）：当地下温度、压力越过临界条件时液态烃逆蒸发而形成气体 这种气体采出后，由于温度和压力降低，到地面后逆凝结为轻质油。即成为凝析油。这种凝析气埋藏比较深，通常在30004000m以下,三、天然气的分类,（4）水溶气（分散型天然气） 指溶解于水中的天然气。其储量可以很大，但含气率很低。这种水溶气可开采使用，一般仅为0.12m3/m3水，但最高可达到35m3/m3（5）煤层气（分散型天然气） 是指煤层的游离气和吸附气。其含量一般在0.120m3/t煤。成分主要是甲烷，它的含量与煤的变质作用、煤层顶板造气性、压力、温度等多种因素有关（6）固态气体水合物（分散型天然气） 特定的压力和温度条件下，气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，呈固态的结晶化合物，也称冰冻甲烷,华北聚气区煤层气资源规模分布,天然气水合物燃烧的冰,水合物的产状和资源分布,地球上各种能源资源的比例关系,从理论上讲，1m3的甲烷水合物可释放出164m3甲烷气体和0.8m3的水。天然气水合物的能源密度极大，相当于其它非常规天然气资源的10倍，常规天然气的25倍此外，气体水合物的储量极其巨大，仅大西洋西部Blake海底高原一处所发现的甲烷水合物中的甲烷的资源量就多达100亿吨油当量，可满足美国全国105年的天然气用量，日本海东北部和南海海槽中气体水合物的资源量可满足日本100年的能源需求。据专家估计，全世界气体水合物的蕴藏量大约有21016m3，这差不多是全世界已知煤、石油和天然气能源总量的2倍。因此，气体水合物被称为21世纪的能源（张立生，1999）,2、成因分类 天然气按成因可分为三大类，即有机成因气、无机成因气和混合成因气 （1）无机成因气-幔源气、岩浆成因气、放射成因气、变质成因气、宇宙气、无机盐分解气（2）有机成因气-油型气、生物气、凝析气、煤成气、混合气,2002年6月19日，位于松辽盆地北部的徐深井获工业气流，发现特大气藏。这是松辽盆地深层天然气勘探的重大突破，标志着我国东部陆上最大气田庆深气田的诞生,第一章 石油、天然气和油田水,第一节 石 油第二节 天然气第三节 油田水,油气田开发地质基础,1、定义广义的油田水指油气田区域内与油气藏有密切联系的地下水 （非油层水和油层水）狭义的油田水指油田范围内直接与油层连通的地下水。即油层水,一、油田水的化学组成,油田水与油气藏在分布上的相互关系,2、来源及形成沉积水：沉积物堆积过程中保存于其中的水，其含盐度和化学成分受控于原环境 渗入水：大气降雨渗入岩层中的水。矿化度低、质淡、可淡化地下高矿化度水 深成水：来源于地壳深部及上地幔的高矿化度高温水转化水：沉积成岩和烃类形成过程中，粘土转化脱出的层间水及有机质向烃类转化时分解出的水 油田水的形成可以看作是这四种水以不同比例混合的水，经过一系列复杂的物理、化学作用，并与油气相伴生的油层水,3、化学特征（1）元素组成-已发现60多种，常见27种（2）离子组成-阳离子：Na+，K+，Ca2、Mg2；阴离子：CI-，SO42-，HCO3-，（含CO32） （3）有机组分-环烷酸、环烷酸盐、酚和苯等，环烷酸可作为找油的标志 （4）溶解组分-O2、N2、CO2、CH4、He等（5）微量元素-碘、溴、硼、锶、钡等,1、水在自然界中的产状-海水、湖水、河流、大气水、土壤水、地下水 2、水文地质学中几个相关概念 结构水、结合水、薄膜水、毛细水、自由水（重力水或空隙水）、包气带、饱水带3、地下水的分类 （1）上层滞水？ （2）潜水？ （3）层间水（承压水）？（油田水）,二、自然界中水的产状,Ex(H2O)4(Al2-x,Mgx)2(Si,Al)4O10(OH)2,地下水的分类模式图,1、颜色与透明度：浑浊，硫化氢呈青绿色，铁质呈红色2、味道及嗅觉：汽油味，硫化氢具臭鸡蛋味，氯化钠具咸味，硫酸镁具苦味3、密度和粘度：与含盐量有关，一般大于1g/cm34、导电性：富含各种离子，具有导电性5、温度：随深度增加而增大，介于20-1006、矿化度：1升水中含有各种盐分的总克数,三、油田水的物理性质,油田水矿化度比地表水高，且随埋深增大而增大 河湖水：几百mg/L 海水：35000 mg/L 油田水：几千数十万mg/L ，陆相盆地比海相低,地层水矿化度随深度的增大而增高,（美国俄克拉荷马州宾夕法尼亚系Cherokee砂岩）,1、帕勒梅尔分类（Palmer,1911,USA）,四、油田水的分类,帕勒梅尔地下水分类表,自然界中的水就是由不同水类系数（S1，S2，S3，A1，A2，A3）组合，构成五大水类,水类系数的含义：S1-代表水的盐度，即矿化度S2-代表水的永久硬度，油田水S3-代表水的酸度，Ph7 , 碱性地下水A2-代表水的暂时硬度，极不稳定水A3-一般情况下不存在，自然界很难见到水,自然界中的五大水类： 可能出现的水类系数组合 地质意义、S a+e S1S2S3A3 酸性水 与金属矿床相伴生,分类的缺陷：忽略了离子浓度，不反映矿化度高低大多数情况下不存在 A3，各种离子的化学性质存在差异性！,2、苏林分类（Sulim,1946）,Na2SO4型,NaHCO3型,MgCl2型,CaCl2型,苏林分类的基本思想,苏林分类：以离子的亲合能力为依据，以Na+，Cl-离子化合时当量比关系为基础原子的当量等于其原子量除以化合价数。如Ca+为40/2=20,苏林分类的水成因系数及水型的意义,天然水成因图解,CaCl2型：（Cl-Na）/Mg 1深成水、油田水,MgCl2型：0 （Cl-Na）/Mg 1海水、盐湖水,NaHCO3型：（Na-Cl）/SO4 1油田水（高矿化度）地表淡水（低矿化度）,NaSO4型：0（Na-Cl）/SO4 1 地表淡水,苏林的成因分类：,（1）CaCl2型水： 形成于地壳深部封闭性良好、水体交替停滞的还原环境 由于地下水高度浓缩，其它盐分沉淀，水中氯化物占优势，主要盐分为NaCl，其次为CaCl2、MgCl2。水与岩石长期相互作用，使岩石中吸附状阳离子Ca2+与地下水中浓度极大的阳离子Na+进行阳离子交换作用，形成CaCl2型水2NaClCa2+（吸附状的）CaCl22Na（吸附状的）CaCl2型水环境利于油气藏保存，所以油田水往往是高矿化度的CaCl2型水，但其与油气物质间无成因联系,（2）NaHCO3型水形成条件多样高矿化度NaHCO3型水：是油气物质存在的还原环境的产物，成因上与油气田有关，为油田水的基本水型之一Na2SO42C2H2O 2NaHCO3H2S低矿化度NaHCO3型水：两种成因A、花岗岩、长石砂岩发育区，岩石被含有CO2的雨水强烈冲刷，使长石高岭土化，可出现NaHCO3型地表淡水NaAl3SiO162H2O2CO2 2NaHCO3H2Al2Si2O84SiO2B、富含钠盐的碱土区，含重碳酸钙的地表水与土壤中吸附状的钠离子进行阳离子交换作用，亦会产生NaHCO3型地表淡水Ca(HCO3)22Na(吸附状的) 2NaHCO3Ca2(吸附状的),（3）MgCl2型水 形成条件多种多样： 主要：海水在泻湖中蒸发浓缩所致 大陆淡水溶滤海相沉积岩中所保留的盐分而形成 深层的CaCl2型水与上部的NaHCO3型或Na2SO4型低矿化度水掺和产生的MgCl2型水环境下一般无或少有油气田,（4）Na2SO4型水地表水中分布最广的一类水 两种成因： 大陆水蒸发浓缩所致 地表低矿化度的NaHCO3型水流经含石膏沉积岩区时，发生离子交换反应而形成的 2NaHCO3CaSO4 Na2SO4Ca（HCO3）2 Na2SO4型水一般分布于地表或者地下浅层水活跃区，通常表示地壳的水文地质封闭性差，不利于油气藏的保存，因此，其分布带一般无油气藏。当然，个别油田也有Na2SO4型水，但此时正是油气藏濒于破坏的阶段,垂直水化学剖面分带：,上述四种类型的天然水，由于其形成条件不同，因此在地壳垂直剖面上它们的分布有一定规律性。一般埋深增大、地下水矿化度增大、水型渐变。在含油气区随埋深增加，油田垂直