石油地质学第1章石油、天然气、油田水的成分和性质

1、石油天然气地质与勘探,第一章,石油、天然气及油田水的基本特征,?,石油,（包括油气沥青）：,是指在地壳岩石空隙（孔、洞、缝）中天然生,成的，以,液态烃,为主的,可燃有机矿产,。,?,天然气,：,广义上指自然界存在的一切气体。油气地质上,指的是在地壳岩石空隙（孔、洞、缝）中天然生成,的，以,气态烃,为主的,可燃有机矿产,。,第一节,石,油,石油：,成分复杂,，是,多种有机化合物的混,合体,。,主要为液态烃类,，还含有,数量不等的,非烃化合物和多种微量元素,。,各地的石油,成分不一,，,无确定的化学成分,和物理常数,。,2,一、石油成分的分离,（一）石油的馏分组成,利用石油中,各种化合物沸点不同,

2、的特点，加热蒸馏，将,原油分离成不同沸点范围（即,馏程,）的若干部分，每一部分,就是一个,馏分,。,在实际工作中，用,某个温度范围内（馏程）蒸馏出的馏,分的重量或体积百分含量,来表示石油的组成，称为,石油的馏,分组成,。,3,石油沥青类的馏分组成,石油的馏分组成：,馏分名称,轻,石油气,馏,汽油,分,中,馏,分,煤油,柴油,沸点,35,35-190,190-260,260-320,碳原子数,C1-C4,C5-C12,化合物,烷烃、环烷烃,C12-C14,烷烃、环烷烃为主，含有,C14-C18,芳烃和含,S,、,N,、,O,化合物。,C19-C25,高碳数大分子量环烷烃、,芳烃和含,S,、,N,

3、、,O,化合物。,C25,重瓦斯油,320-360,重,润滑油,360-530,馏,渣油,530,分,（二）石油的组分组成,原油化合物的不同组分，对有机溶剂,和吸附剂具有选择性溶解和吸附性能。根,据这一特性，可以选用不同有机溶剂和吸,附剂，将原油分成若干部分，每一部分就,是一个组分,将石油分为,饱和烃,、,芳香烃,、,非烃,和,沥青质,等族组分,二、石油的化学组成,一、石油的化学组成,（一）元素组成,1,、,主要元素,：碳、氢、氧、硫、氮,碳、氢：占绝对优势，总量达,95,99%,，主要以烃类形式,存在，是组成石油的主体。,氧、硫、氮：主要以化合物形式存在；含硫、含氮、含氧,的化合物大多富集于

4、渣油或胶质、沥青质中。,半咸咸水,S,高（,1%,）,；内陆淡水,S,低（,1%,）,S2%,高硫原油；,S,0.5%,低硫原油；,S,0.5-2%,含硫原油,6,2.,微量元素,50,多种，与自然界有机物的微量元素组成十分接近，被作为,石油有机成因的证据之一。,其中，,钒（,V,）和镍（,Ni,）两元素分布普遍并具成因意义。,钒、镍含量低且,V/Ni1,陆相成因的原油,钒和镍含量较高且,V/Ni1,海相成因的原油,7,一、石油的化学成分,（二）石油的化合物组成,烷烃,烃,环烷烃,芳烃环烷芳烃,非烃,饱和烃,不饱和烃,含,N,、含,S,、含,O,化合物,目前石油中已鉴定出的烃类化合物超过,42

5、5,种。,8,不同碳原子数,的正烷烃相对含,量呈一条,连续的,曲线，称为,正烷,烃分布曲线。,?,正烷烃分布曲线,占原油体积%,主峰碳,2.0,1.5,1.0,0.5,0,碳数,1,5,10,15,20,25,30,35,正烷烃分布曲线,9,?,正烷烃分布曲线特征：,异构烷烃,（,Isoalkane,，,以,C,10,为主,）,石油中的异构烷烃以,C,10,为主，高碳数者以,类异戊二烯,型烷烃,最受重视。,?,生物标志化合物,：,是指来源于生物体，基本保持了原始组分的碳骨,架，记载了原始生油母质特殊分子结构信息的有机化,合物。,石油有机成因重要证据,例：,类异戊间二烯型烷烃,：姥鲛烷（,Pr,

6、）、植烷（,Ph,）,四环甾烷,和,五环萜烷,（,环烷烃）,?,Pr/Ph,小于,1,：还原环境，,Pr/Ph,大于,1,：氧化环境,?,酸性水介质环境有利于,Pr,的形成，而偏碱性水介质,环境有利于,Ph,的形成。,（三）石油的分类,3,、石油的地球化学分类（,B.P.Tissot,and Welte,）,:,该分类采用三角图解，以烷烃（石蜡烃）、环烷烃、芳香烃,含硫、氮、氧化合物的相对含量作三角图解的三端元，并参考了石,油中的含硫量。,所有数据都指,的是常压下，,沸点大于,210,的石油馏分的,分析数据,石油的地球化学分类,烃类成分含量,P,40%,，,P,N,S,50%,AA,50%,P

7、,40%,，,N,40%,P,N,，,N,40%,P,10%,S,50%,AA,50%,P,10%,，,N,25%,P,10%,，,N,25%,1%,1%,1%,：芳香,-,中间型,：芳香,-,环烷型,：芳香,-,沥青型,含硫量,类型,：石蜡型,：石蜡,-,环烷型,1%,：环烷型,（四）海、陆相石油化学成分上的基本区别,A,、海相石油：,以芳香中间型和石蜡环烷型为主，,V/Ni,1,。饱和烃占,25,70%,，芳烃占,25,60%,；高硫（,1%,）低蜡（,5%,）。,B,、陆相石油：,以石蜡型为主，部分石蜡环烷型。,V/Ni,1,。饱和烃占,60,90%,，芳烃,10,20%,；高蜡（,5%

8、,）、低硫（,1%,）。,14,三、石油的物理性质,?,石油的相对密度,d,4,20,：,1atm,下,20,单位体积原油与,4,单位,体积纯水的重量比。,141,.,5,?,API,度,d,60,F,?,131,.,5,4,（,60,F,15.5,）,API,度和波美度越大，,d,4,20,越小，油质越轻。,?,石油相对密度,d,4,1,）化学组成,20,的影响因素,2,）,溶解气,3,）,温度和压力,3,体积,?,膨胀系数,:,温度每升高,1,F,，单位体积石油增加的体积量称,膨胀系数。,随石油密度降低而增大。,3.,粘度：,Viscosity,石油的粘滞性,大小用,粘度（）,来度量。,石

9、油粘度大，即不易流动。,粘度分为,动力粘度,、,运动粘度,和,相对粘,度,三种表示方式。,影响石油粘度的主要因素：,石油的化学成分,溶解,气量,和外界的温度、压力条件。,4.,石油的溶解性：,Solubleness,难溶于水,可溶于气（烃气）,地下较高,T,、,P,下，部分低分子量液态烃可溶于烃气中。,选择性溶解于有机溶剂,不同化合物选择性溶解于氯仿（,CHCl,3,）、苯、,CCl,4,，,石油醚等有机溶剂中。,5.,石油的荧光性,（,Fluorescence of petroleum,）,?,石油在紫外光的照射下，由于,不饱和烃及其,衍生物,的存在而产生荧光的这种特性，被称作,石,油的荧光

10、性,。,石油的荧光性,取决于,它的,化合物组成,：,石油中的饱和烃不发光,。,?,6.,石油的旋光性,当偏振光通过石油时，石油能使其振动面,旋转一个角度，石油的这种特性称,旋光性,。,?,石油具有旋光性的原因：,源于生物体的某些有机化合物分子结构不对称，,具有手征性。,四、重质油、沥青砂与固体沥青概述,（一）重油和沥青砂,?,重油,:,在原始油层温度下，脱气原油粘度为,100-10000mPa,s,，或在标准条件下密度为,0.934-,1.00g/cm,3,的原油。,?,沥青砂（超重油）：,在储层条件下，粘度为,大于,10000mPa,s,，或在标准条件下密度大于,1.00g/cm,3,的原油

11、,。,21,1,重油和沥青砂的化学成分,?,元素组成：,与常规油相比,，,氧、硫、氮等元素含量高,，,硫元素含量,0.4,1.0%,以上，,氮元素含量在,0.7,1.20%,以上,。,更富微量元素,，高于常规油几至几十倍。,?,化合物组成：,与常规油相比,，,烃类含量低,（一般小于,60%,）,，,非烃、沥青质含量高,（,10,30%,）。,22,2,重油和沥青砂的物理性质,与常规油相比：,比重大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点低,（二）固体沥青,?,固体沥青,是油气在热力和氧化、细菌的生物化,学作用下，发生物理分异、化学分化、及变质等次,生变化的产物，,又称,固态衍生物,。,?,天然气、

12、石油及石油的固态衍生物，统称为,石油,沥青类,。,第二节,一、天然气的化学组分,天然气,烃气,：,C,1,4,为主,，,CH,4,最多。,CH,4,95%,，,C,2,5%,，贫气（干气）；,CH,4,95%,，,C,2,5%,，富气（湿气）,非烃气：,总量不多，但种类不少，,N,2,、,CO,2,、,CO,、,H,2,S,、,H,2,、微量惰性气体,24,二、天然气的产出状态,根据气体在地下存在的状态分：,聚集型：,气藏气、气顶气、凝析气,分散型：,溶解气、煤层气、固态气水合物,?,气藏气：,纯气藏中的气体,。,可为烃气（干气），也可能为非烃气。,?,气顶气：,与石油共存于油气藏中、,呈游离

13、气顶产出的天然气,成因、分布均与石油关系密切，湿气,凝,析,气,当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发而,形成的气体，称为,凝析气,。采至地面过程中，随着温度、,压力下降，这部分气可凝结析离成轻质油，称,凝析油,第三节,油田水,广义上：指油气田区域内的地层水。,（油层水、非油层水）,狭义上：指油气田区域内的油层水。,油层水：,带色、混浊、比重,1,，有,H,2,S,味或,者汽油味，导电。含,MgSO,4,时有苦味。,26,三、油田水矿化度,?,单位体积水中所含溶解状态的固体物质总量。,即单位体积水中各种离子、元素及化合物总含量。,用,g/l,、,mg/l,、,ppm,（百万分之一）表示。

14、,四、油田水的化学组成,1.,无机盐类,：,阳离子：,Na,(K,),、,Ca,2,、,Mg,2,阴离子：,Cl,-,、,HCO,3,-,、,SO,4,2-,、（含,CO,3,2,）,2.,有机组分,：主要有环烷酸、酚、苯等。,3.,溶解气,：,CO,2,、,CO,、,N,2,、,CH,4,、,C,2,4.,微量元素,：,Sr,、,Ba,、,Fe,、,Al,等。,四、油田水的类型,苏林的天然水成因分类表,水型,Na/Cl,CaCl,2,型,MgCl,2,型,1,1,成因系数（毫克当量,%,）,（,Na-Cl,）,/SO,4,0,0,（,Cl-Na,）,/Mg,1,1,深成水,油田水,海水,盐湖水,油田水,NaHCO,3,型,Na,2,SO,4,型,1,1,1,1,0,0,（高矿化度）,环境,地表淡水,（低矿化度）,地表淡水,28,油气中的碳同位素,?,稳定同位素：,C,12,、,C,13,相对丰度,：,C,12,-98.892%,，,C,13,-1.108%,1.,碳同位素丰度表示法：,?,C,?,13,(,C,13,/,C,12,),样品,?,(,C,13,13,/,C,12,),标准,(,C,/,C,12,),标准,1000,标准：美国南卡罗莱纳州白垩系箭石的碳同位素，简称,PDB,标准，其中,C,13,/C,12,=1123.7,10,-5,1,29,2