第一章1油气藏中的流体—石油、天然气和油田水改

1、第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质 第一节第一节 石油沥青类概述石油沥青类概述石油沥青类石油沥青类（Petroleum asphalts, Petroleum bitumens) 天然气、石油及其固态衍生物统称天然气、石油及其固态衍生物统称。 是可燃有机矿产组成的主要部分是可燃有机矿产组成的主要部分第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质可燃有机矿产的可燃有机矿产的主要元素主要元素： 碳和氢碳和氢，还会有，还会有少量少量的的氧、硫、氮氧、硫、氮等杂质。等杂质。从物理状态分类，可燃有机矿产可分为三类：从物理状态分类

2、，可燃有机矿产可分为三类：1 1气态可燃矿产：即气态可燃矿产：即天然气天然气。2 2液态可燃矿产：以液态可燃矿产：以石油石油为代表。为代表。3 3固态可燃矿产：种类较多，包括煤、油页岩、硫磺固态可燃矿产：种类较多，包括煤、油页岩、硫磺及及石油衍生物石油衍生物：地沥青、地蜡、石沥青等。：地沥青、地蜡、石沥青等。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气、油田水石油、天然气、油田水 任一个油气藏或油藏任一个油气藏或油藏中都存在石油、天然气、中都存在石油、天然气、油田水三种流体，而纯油田水三种流体，而纯气藏中只有天然气和油气

3、藏中只有天然气和油田水。这些流体在圈闭田水。这些流体在圈闭范围内按重力分异，在范围内按重力分异，在垂向上呈层状分布，天垂向上呈层状分布，天然气最轻居圈闭顶部，然气最轻居圈闭顶部，石油居中，水在下面。石油居中，水在下面。油气藏中的石油、天然气、油田水三者并非截然分离，气油气藏中的石油、天然气、油田水三者并非截然分离，气- -油、油、油油- -水和气水和气- -水之间存在过渡带，它们以一定关系共存于储集层的水之间存在过渡带，它们以一定关系共存于储集层的孔隙裂缝系统中。孔隙裂缝系统中。 第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质存在于地下岩石孔隙介质中的由各种碳氢化合物与杂质组成的，呈液态和稠态

4、的油脂状天然可燃有机矿产。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质 石油石油（Petroleum）：指气态、液态、固态的以烃类为主的混合物。（国际标准化委员会（国际标准化委员会)原油原油（Crude oil）：采至地表的液态石油。采至地表的液态石油。烃类烃类（Hydrocarbons）由由碳碳和和氢氢两种元素构成的化合物。两种元素构成的化合物。基本概念基本概念（一）元素组成（一）元素组成(Elemental composition)元素组成：元素组成： C、H、O、 S 、N 和微量元素（和微量元素（灰分灰分） C、H两元素主要呈两元素主要呈烃类化合物存在

5、，是石烃类化合物存在，是石油组成的主体。油组成的主体。S、O、N元素组元素组成的化合物大多富成的化合物大多富集在渣油或胶质和集在渣油或胶质和沥青质中。沥青质中。一、石油的化学成份一、石油的化学成份第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质H：1114%平均平均13%C：8487%平均平均:84.5%S +N+O+微量微量元素：元素：14% S S含量具有环境指示意义：含量具有环境指示意义：海相、近海陆相、陆相碳酸岩和蒸发岩海相、近海陆相、陆相碳酸岩和蒸发岩（半咸咸水）（半咸咸水）S高（）高（）内陆相（淡水）内陆相（淡水）S低（）。低（）。按氮组成可分为：按氮

6、组成可分为： N 0.25%：高氮原油高氮原油按硫组成可分为：按硫组成可分为：S %： 高硫原油高硫原油第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质 利用利用发射光谱法发射光谱法和和中子活化分析法中子活化分析法在石油灰分中在石油灰分中已已发现种微量元素发现种微量元素，按其含量多少和常见程度列，按其含量多少和常见程度列举如下种元素：举如下种元素：铁铁(Fe)、钙、钙(Ca)、镁、镁(Mg)、硅、硅(Si)、铝、铝(Al)、钒钒(V)、镍、镍(Ni)、铜铜(Cu)、锑、锑(Sb)、锰、锰(Mn)、锶、锶(Sr)、钡、钡(Ba)、硼、硼(B)、钴、钴(Co)、锌、锌

7、(Zn)、钼、钼(Mo)、铅、铅(Pb)、锡锡(Sn)、钠、钠(Na)、钾、钾(K)、磷、磷( P)、锂、锂(Li）、氯）、氯(Cl)、铋、铋(Bi)、铍、铍(Be)、锗、锗(Ge)、银、银(Ag)、砷、砷(As)、镓、镓(Ga)、金、金(Au)、钛、钛(Ti)、铬、铬(Cr)、镉、镉(Cd)。特征：特征：这些元素与这些元素与自然界有机质的元素组成相似自然界有机质的元素组成相似，表明石油与原始有机质存在着明显的亲缘关系。表明石油与原始有机质存在着明显的亲缘关系。用途：用途：其中其中V、Ni含量及其比值（含量及其比值（V/Ni）已被用来）已被用来确定生油岩相、油源对比以及研究油气运移等问题。确定

8、生油岩相、油源对比以及研究油气运移等问题。如如V V、NiNi高且高且V/Ni1-V/Ni1-海相；海相；V/Ni1V/Ni1陆相陆相石油的灰分石油的灰分微量元素微量元素第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质（二）石油的馏分（二）石油的馏分石油的馏分组分石油的馏分组分 石油的馏分：石油的馏分：是利用组成石油的化合物具有不同沸是利用组成石油的化合物具有不同沸点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点范围（即点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点范围（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分。馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分。第一章第一章 石油、天然气

9、、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质（三）石油的组分（三）石油的组分 石油的组分：石油的组分：石油化合物的不同组分对石油化合物的不同组分对有机溶剂和有机溶剂和吸附吸附具有选择性溶解和吸附性能，选用不同有机溶剂具有选择性溶解和吸附性能，选用不同有机溶剂和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分就是一个和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分就是一个组分，分别为组分，分别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质。 油质（油质（Oily)Oily)：凡能溶解于中性有机溶剂，不被凡能溶解于中性有机溶剂，不被硅胶所吸附，浅黄色粘性油状物。硅胶所吸附，浅黄色粘性油状物。

10、 苯胶质苯胶质(Benzene gum)(Benzene gum)：能溶解于能溶解于中性有机溶剂中性有机溶剂，被硅胶所吸附，主要溶于被硅胶所吸附，主要溶于苯苯，属暗色的油状物。，属暗色的油状物。 洒精苯胶质洒精苯胶质(Alcohol-benzene gum)(Alcohol-benzene gum)：溶于溶于酒精酒精和苯和苯，同时也被，同时也被硅胶硅胶所吸附。所吸附。 沥青质沥青质(Asphaltum;Pitch(Asphaltum;Pitch) )：用用石油醚石油醚分离，得分离，得到一种不溶于石油醚的物质暗黑色到一种不溶于石油醚的物质暗黑色- -黑色沥青状无定黑色沥青状无定形的固体。形的固体

11、。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质（四）石油的化合物组成（四）石油的化合物组成第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质 在近代实验室中，用色谱可将石在近代实验室中，用色谱可将石油划分为：油划分为：烃类烃类和和非烃类化合物非烃类化合物A烃类化合物：烃类化合物： a、饱和烃：饱和烃：烷烃烷烃（正构烷烃、正构烷烃、异构烷烃异构烷烃）、环烷烃环烷烃b、芳烃：芳烃：芳烃和环烷芳烃芳烃和环烷芳烃B非烃化合物：非烃化合物：胶质和沥青质：胶质和沥青质：为含为含S、N、O化合物。化合物。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和

12、性质石油、天然气、油田水的成分和性质1 1、烷烃（、烷烃（ParaffinParaffinalkanealkane) )石油中已鉴定出的正烷烃有石油中已鉴定出的正烷烃有C1C46，个别报，个别报导曾提及见到导曾提及见到C60正烷烃，但大部分正烷烃碳数正烷烃，但大部分正烷烃碳数C35。石油中多数占。石油中多数占15.5%（体积），轻质石油（体积），轻质石油可达可达30%以上，而重质石油可小于以上，而重质石油可小于15%。在常温常压下：在常温常压下：C C1 1C C4 4 （甲烷丁烷）气态（甲烷丁烷）气态C C5 5C C16 16 （戊烷十六烷）液态（戊烷十六烷）液态C C1717 的高分子烷

13、烃皆呈固态。的高分子烷烃皆呈固态。 第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质A.A. 正构烷烃正构烷烃（N-alkaneN-alkane）不同碳原子数的正构烷烃相不同碳原子数的正构烷烃相对含量呈一条连续的曲线。对含量呈一条连续的曲线。不同类型的正构烷烃分布曲线不同类型的正构烷烃分布曲线 这说明正烷烃同系物是这说明正烷烃同系物是一个连续渐变系列一个连续渐变系列.第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质正构烷烃分布曲线正构烷烃分布曲线据主峰碳位置及形态，分3种基本类型：主峰小于主峰小于C15C15，且主峰区较窄；，且主峰区

14、较窄；主主峰大于峰大于C25C25，且主峰区较宽；，且主峰区较宽；主峰在主峰在C15-C25C15-C25之间，且之间，且主峰区较宽。主峰区较宽。与成油母型、与成油母型、成油环境及演化程度密切成油环境及演化程度密切相关。广泛的应用于石油相关。广泛的应用于石油的成因和油源对比研究。的成因和油源对比研究。主峰碳数主峰碳数 曲线上极大值曲线上极大值正构烷烃分布特征：正构烷烃分布特征：a. 陆相有机质形成的石油：高碳数（陆相有机质形成的石油：高碳数（C22）正烷烃多；）正烷烃多；海相有机质（菌藻类）形成的石油：低碳数（海相有机质（菌藻类）形成的石油：低碳数（C21）正）正烷烃含量多。烷烃含量多。b.年

15、代老、埋深大，有机质演化程度较高的石油：低碳数年代老、埋深大，有机质演化程度较高的石油：低碳数正烷烃多；正烷烃多；有机质演化程度较低的石油：正烷烃碳数偏高。有机质演化程度较低的石油：正烷烃碳数偏高。c. 受微生物强烈降解的原油：正烷烃被选择性降解，一受微生物强烈降解的原油：正烷烃被选择性降解，一般含量较低，低碳数的更少。般含量较低，低碳数的更少。石油中正构烷烃的来源：石油中正构烷烃的来源： 现代生物：如细菌、藻类。现代生物：如细菌、藻类。 含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢子花粉、果实）。含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢子花粉、果实）。 有机质的演变、分解。有机质的演变、分解

16、。B B、异构烷烃（、异构烷烃（IsoalkaneIsoalkane） 来源：来源：有人认为是植物的叶绿素的侧链植醇或色素演变而有人认为是植物的叶绿素的侧链植醇或色素演变而来，为来，为生物标志化合物生物标志化合物。因此，同源的石油所含异戊间二烯类。因此，同源的石油所含异戊间二烯类烷烃类型和含量都十分接近。因此，常用于油源对比标志（指烷烃类型和含量都十分接近。因此，常用于油源对比标志（指纹化合物），近来也用于沉积环境研究。纹化合物），近来也用于沉积环境研究。 石油中的异构烷烃以石油中的异构烷烃以C20为为主，且以异戊间二烯烷烃最重主，且以异戊间二烯烷烃最重要。其特点是在直链上每要。其特点是在直链

17、上每4个碳个碳原子有一个甲基支链原子有一个甲基支链。在沉积。在沉积物和原油中以植烷、姥鲛烷、物和原油中以植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。研究和应用最多的含量最高。研究和应用最多的是植烷和姥鲛烷。的是植烷和姥鲛烷。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质、环烷烃（、环烷烃（CycloalkaneCycloalkane） 由许多围成环的多个次甲基（由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组）组成。组成环的碳原子数可以是大于成环的碳原子数可以是大于3的任何数，相应称为三的任何数，相应称为三员环、四员环、五员环等。

18、石油中的环烷烃多为五员员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。环或六员环。 其含量与成熟度有关：其含量与成熟度有关：成熟度低成熟度低高，由多环高，由多环双、单环。双、单环。一般，单、双环占环烷烃的一般，单、双环占环烷烃的50.5%；三环占环烷烃；三环占环烷烃的的20%；四、五环占环烷烃的；四、五环占环烷烃的25%。 原油中原油中大于四环的环烷烃大于四环的环烷烃一般具有很高的一般具有很高的旋光性旋光性，所以没成熟的原油旋光性高。多环环烷烃与四环的所以没成熟的原油旋光性高。多环环烷烃与四环的甾甾族化合物族化合物和和五环的三萜稀类化合物五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有很相似，被

19、作为有机成因的主要证据之一。机成因的主要证据之一。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质、芳香烃（、芳香烃（Aromatic hydrocarbonAromatic hydrocarbon） 含有苯环结构，属不饱和烃。根据其结构含有苯环结构，属不饱和烃。根据其结构不同可分为不同可分为单环单环（苯、甲苯）、（苯、甲苯）、多环多环（联苯（联苯等）、等）、稠环稠环（萘、菲等）三类芳香烃。（萘、菲等）三类芳香烃。 在石油的在石油的低沸点馏分低沸点馏分中，芳香烃中，芳香烃含量较含量较少少，且多为单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。，且多为单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯

20、。随随沸点升高沸点升高，芳香烃含量亦增多芳香烃含量亦增多，除单环芳香，除单环芳香烃外，出现双环芳香烃，如联苯。在重质馏分烃外，出现双环芳香烃，如联苯。在重质馏分中还可能出现稠环芳香烃，如萘和菲，蒽的含中还可能出现稠环芳香烃，如萘和菲，蒽的含量较少。量较少。随着石油随着石油成熟度增加，芳烃系列向低环成熟度增加，芳烃系列向低环演化。演化。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质、非烃化合物、非烃化合物（Non-hydrocarbon chemical compoundNon-hydrocarbon chemical compound） 主要是含硫、氮、氧三种元

21、素的有机化合物，主要集中在主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物，主要集中在石油的高沸点馏分中。石油的高沸点馏分中。 含硫化合物：含硫化合物：最重要的非烃化合物，存在于最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中、重馏分中。中。主要有硫醇（主要有硫醇（-SH）、硫化物（）、硫化物（-S-）（包括硫醚）（包括硫醚 R-S-R、环、环硫醚）、二硫化物（硫醚）、二硫化物（-S-S-）以及噻吩衍生物。此外，）以及噻吩衍生物。此外，还有元素还有元素硫、硫化氢硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等 含氮化合物：含氮化合物：主要集中在主要集中在胶质胶质沥

22、青质沥青质中。石油中含氮化中。石油中含氮化合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯、合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯、吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要意义的中吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要意义的中性含氮化合物，即性含氮化合物，即卟啉化合物卟啉化合物，它是石油有机成因的重要生物，它是石油有机成因的重要生物标志物。标志物。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质卟啉和矾卟啉的结构式卟啉和矾卟啉的结构式 卟啉是以卟啉是以4个吡咯环为个吡咯环为基本结构，由基本结构，由4个次甲基个次甲基（-CH）桥键连接

23、的）桥键连接的含含氮化合物氮化合物。在石油中卟啉。在石油中卟啉常与金属、常与金属、i络合形成络合形成有机络合物，它比较稳定，有机络合物，它比较稳定，易保存，易保存，具有极强的吸光具有极强的吸光性和荧光性。性和荧光性。卟啉本身在卟啉本身在高温或氧化条件下易分解，高温或氧化条件下易分解，说明说明石油是在温度不高石油是在温度不高（低分子烃，而形成浅色轻质组分（如塔里木）低分子烃，而形成浅色轻质组分（如塔里木） 石油受到氧化或菌解而形成黑色的沥青质、炭质石油受到氧化或菌解而形成黑色的沥青质、炭质:如胜利、克拉玛依。如胜利、克拉玛依。(二二) 比重：比重：是指是指atm下，下，20石油与石油与4纯水单位

24、体纯水单位体积的重量比，用积的重量比，用d420表示（中国和前苏联）表示（中国和前苏联） 一般介于一般介于0.750.98之间，变化大。之间，变化大。 0.9重质油；重质油；0.9轻质油。轻质油。美国通常用美国通常用API度度、西欧用、西欧用波美度波美度来表示石油的比重。来表示石油的比重。关系如下：关系如下： API=141.5/15.5C时比重时比重 -131.5 波美度波美度=140/15.5C时比重时比重 -130 第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质API度、波美度度、波美度与与d420在数值上正好相反，在数值上正好相反，前者越大，后者越小，油

25、质也轻前者越大，后者越小，油质也轻 (三三) 石油的粘度石油的粘度(Viscosity)：代表石油流动时代表石油流动时分子之间相对运动所引起的内摩擦力大小。分子之间相对运动所引起的内摩擦力大小。 三种表示方式：三种表示方式： 动力粘度（动力粘度（绝对粘度绝对粘度t），单位（），单位（Pa.s)。 运动粘度（运动粘度（Vt=t / (比重比重)，单位，单位 (m2/s)， 相对粘度相对粘度(称恩氏粘度称恩氏粘度Et)， 是在恩氏粘度计是在恩氏粘度计中中200ml原油与原油与20同体积蒸馏水流出时间的同体积蒸馏水流出时间的比值。比值。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田

26、水的成分和性质石油的粘度是一个很重要的参数，在油田的开采和集输方面很重要。石油的粘度是一个很重要的参数，在油田的开采和集输方面很重要。如克拉玛依采用注蒸气法开采，还有一些油田注氮气开采。如克拉玛依采用注蒸气法开采，还有一些油田注氮气开采。 原油的比重、粘度的影响因素：原油的比重、粘度的影响因素：第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质化学成分：化学成分：烃烃C数数或芳烃、含或芳烃、含S、N、O化合物化合物(非烃非烃) ：d420 ，同同C数烃的数烃的d420 ，：烷烃：烷烃环烷环烷1V/Ni1V/Ni-27碳同位素碳同位素1313C C值值11110111

27、100海水海水氯化镁型氯化镁型（MgClMgCl2 2）110011深层水深层水氯化钙型氯化钙型（CaClCaCl2 2）11011第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质 苏林认为，在油田剖面苏林认为，在油田剖面上部以重碳酸钠型上部以重碳酸钠型为主，为主，随着随着埋深增加埋深增加，过渡，过渡为氯化镁型为氯化镁型，最后成为，最后成为氯化钙型氯化钙型。油田水的水化学类型以油田水的水化学类型以氯化钙型氯化钙型为主，为主，重碳酸钠型重碳酸钠型次之，次之，硫酸钠型和氯化镁型较为罕见。硫酸钠型和氯化镁型较为罕见。天然水成因分类天然水成因分类第一章第一章 石油、天然气

28、、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质MgCl2CaCl2NaHCO3Na2SO4苏林分类也苏林分类也存在一些问题存在一些问题，主要是它所，主要是它所划分的四种水型与天然分布的实际情况存划分的四种水型与天然分布的实际情况存在很大差别，如我国地表水在很大差别，如我国地表水浅层水常见氯浅层水常见氯化镁水型和氯化钙水型化镁水型和氯化钙水型，深部地层则也见深部地层则也见到到Na2SO4、NaHCO3水型水型。他的分类。他的分类缺乏缺乏区分区分油田水和非油田水的特征参数油田水和非油田水的特征参数，而仅，而仅仅是天然水盐类成份的分类。仅是天然水盐类成份的分类。在成因上他在成因上他把地下水全看

29、成是地表水渗入把地下水全看成是地表水渗入而成的。实而成的。实际上地下水际上地下水有海相原生水及内生水有海相原生水及内生水（如结（如结晶水、幔源水等）。晶水、幔源水等）。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质四、油田水的物性四、油田水的物性1相对密度一般相对密度一般1.0，主要是油田水含盐分，且，主要是油田水含盐分，且含盐越大，密度越大。含盐越大，密度越大。2粘度：一般比纯水高，且溶解的盐份越多，则粘度：一般比纯水高，且溶解的盐份越多，则粘度越高；温度越高，粘度越低。粘度越高；温度越高，粘度越低。3颜色及透明度：油田水因含杂质大多不透明，颜色及透明度：油田

30、水因含杂质大多不透明，常带颜色，含常带颜色，含H2S时是淡青色；含铁质胶状体时带淡时是淡青色；含铁质胶状体时带淡红色、褐色或淡黄色。红色、褐色或淡黄色。4嗅味：水中含石油时，具汽油或煤油味；含嗅味：水中含石油时，具汽油或煤油味；含H2S时，具腐蛋味；溶解时，具腐蛋味；溶解NaCl时，带咸味；含氯离子时，带咸味；含氯离子时，带苦味。时，带苦味。5导电性：纯水不导电，但油田水导电，且离子导电性：纯水不导电，但油田水导电，且离子越多，导电性越强。越多，导电性越强。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质第五节第五节 重质油与固体沥青重质油与固体沥青 重质油和固体

31、沥青重质油和固体沥青是石油烃类能源中的是石油烃类能源中的重要组成部分，重要组成部分，蕴藏着比常规原油资源数倍蕴藏着比常规原油资源数倍的巨大潜力的巨大潜力，广泛分布于世界各地。据统计，广泛分布于世界各地。据统计，世界上已发现世界上已发现1046个重质油和特重质油油藏，个重质油和特重质油油藏，地质储量地质储量15500108t。 我国重质油资源和固体沥青资源的分布我国重质油资源和固体沥青资源的分布也较为丰富，主要分布在准噶尔盆地、塔北、也较为丰富，主要分布在准噶尔盆地、塔北、柴达木、四川、内蒙、泌阳等柴达木、四川、内蒙、泌阳等15个大中型含个大中型含油气盆地。油气盆地。第一章第一章 石油、天然气、

32、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质一、重质油的成分和性质一、重质油的成分和性质原油按粘度、相对密度划分为轻质油、中重原油按粘度、相对密度划分为轻质油、中重油、重质油、沥青砂四类油、重质油、沥青砂四类 。重质油：重质油：是指用常规原油开采技术难于开采是指用常规原油开采技术难于开采的具较大的粘度和密度的原油。国际现用定量的具较大的粘度和密度的原油。国际现用定量指标来定义。指标来定义。在原始油层温度下脱气原油粘度为在原始油层温度下脱气原油粘度为（1001000）10-3mPaS或者在或者在15.6（60 ）及）及0.1Mpa下密度为下密度为9341000kg/m3的的原油。原油。第一

33、章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质（一）重质油的概念：（一）重质油的概念：（二）重质油的成分和性质（二）重质油的成分和性质重质油与常规油相比：高分子烃和杂原子化合物含重质油与常规油相比：高分子烃和杂原子化合物含量较高，在物理性质上具有密度大、粘度大、含胶量高、量较高，在物理性质上具有密度大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点高的特点。含蜡量低、凝固点高的特点。重质油的化学成份与常规油不同。重质油的化学成份与常规油不同。其氧、硫、氮等元素含量高：其氧、硫、氮等元素含量高：S：0.41.0%以上，N：0.71.20%。微量元素含量也是常规原油的几倍至几十倍。

34、微量元素含量也是常规原油的几倍至几十倍。S、N元素含量偏高的原因：细菌生物降解。元素含量偏高的原因：细菌生物降解。族份组成上：族份组成上：重质油饱和烃和芳烃含量小于60%（常规原油60%），非烃和沥青质可达10%30%，个别可达50%。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质固体沥青固体沥青是同石油有关的是同石油有关的固态衍生物，多为固态衍生物，多为深褐色至黑深褐色至黑色的有机矿物色的有机矿物，化学成分不甚，化学成分不甚稳定，也无一定晶形，彼此之稳定，也无一定晶形，彼此之间常呈过渡形式，因此鉴定比间常呈过渡形式，因此鉴定比较困难。较困难。 鉴定固体沥青的标

35、志主要鉴定固体沥青的标志主要依靠依靠化学成份、密度、硬度、化学成份、密度、硬度、稠度、熔点、溶解度、可燃性、稠度、熔点、溶解度、可燃性、燃烧、火焰及地质产状特征。燃烧、火焰及地质产状特征。 固体沥青种类繁多固体沥青种类繁多,按成按成因及物化性质可分四大类因及物化性质可分四大类 ：物理分异产物物理分异产物地蜡地蜡高氮沥青高氮沥青贫胶地蜡贫胶地蜡风化产物风化产物软沥青软沥青地沥青地沥青石沥石沥青青硬沥青硬沥青脆沥青脆沥青腐殖化产物腐殖化产物酸性碳质沥青酸性碳质沥青腐殖碳质沥青腐殖碳质沥青变质产物变质产物碳质碳质沥青沥青黑沥青黑沥青焦性沥青焦性沥青碳沥青碳沥青次石墨次石墨二、固体沥青的成分和性质二、

36、固体沥青的成分和性质第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质重质油重质油一般是由于地壳抬升或断裂作用破坏了原一般是由于地壳抬升或断裂作用破坏了原始油藏上覆盖层的有效性，使地表水渗入到油藏，使始油藏上覆盖层的有效性，使地表水渗入到油藏，使油藏发生生物降解或氧化而形成。油藏发生生物降解或氧化而形成。固体沥青固体沥青则一般是原始油藏已出露地表或近地表则一般是原始油藏已出露地表或近地表遭受较为彻底的破坏产物。但具体成因较复杂，目前遭受较为彻底的破坏产物。但具体成因较复杂，目前研究程度较低，尚无明确结论。研究程度较低，尚无明确结论。有些固体沥青如地蜡、软沥青、地沥青

37、及石沥青有些固体沥青如地蜡、软沥青、地沥青及石沥青等，常在地表成为等，常在地表成为找油的直接标志找油的直接标志，是评价区域含油，是评价区域含油气远景的强有力佐证。如柴达木油田的深褐色地蜡、气远景的强有力佐证。如柴达木油田的深褐色地蜡、老君庙油田的黑色沥青、克拉玛依油田的黑色石沥青。老君庙油田的黑色沥青、克拉玛依油田的黑色石沥青。我国老一代地质学家就是依靠这些标志（油气苗）在我国老一代地质学家就是依靠这些标志（油气苗）在西北找到一批油气田。西北找到一批油气田。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质第六节第六节石油沥青类中的碳、氢、硫、氧、氮同位素石油沥青类

38、中的碳、氢、硫、氧、氮同位素 同位素：同位素：指元素周期表中原子序数相同，原子量不指元素周期表中原子序数相同，原子量不同的元素（相同质子数和不同中子数）同的元素（相同质子数和不同中子数）同位素可分为稳定同位素和放射性同位素。同位素可分为稳定同位素和放射性同位素。 稳定同位素：稳定同位素：指原子核的结构不会自发改变。指原子核的结构不会自发改变。 放射性同位素放射性同位素：系指能自行蜕变系指能自行蜕变,形成具质子数不同的新原子形成具质子数不同的新原子同位素。同位素。 稳定同位素稳定同位素有两个最显著的属性：有两个最显著的属性： （1 1）稳定性：经过复杂的化学反应之后，原子核结构不发生）稳定性：经

39、过复杂的化学反应之后，原子核结构不发生变化。变化。 （2 2）分馏作用：指同位素在两种同位素比值不同的物质之间）分馏作用：指同位素在两种同位素比值不同的物质之间进行分配。进行分配。油气分析的同位素主要有：油气分析的同位素主要有：C、H、S、O、N。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质（一）（一） 稳定碳同位素丰度稳定碳同位素丰度 丰度表示方法丰度表示方法国际上趋于使用统一的标准，即美国南卡罗国际上趋于使用统一的标准，即美国南卡罗莱纳州白垩系箭石的碳同位素标准，简称莱纳州白垩系箭石的碳同位素标准，简称PDB，其中：其中：C1C12=1123.710-5第

40、一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质一、碳同位素一、碳同位素（二）（二） 分馏机理分馏机理 1. 1. 同位素的交换反应同位素的交换反应 指不发生化学反应，只是化学物质间，不同相或单个分子指不发生化学反应，只是化学物质间，不同相或单个分子发生的同位素重新分配所引起的分馏作用。发生的同位素重新分配所引起的分馏作用。 在温度较高的地带在温度较高的地带 大气和水大气和水 2 2. . 光合作用的动力效应光合作用的动力效应 植物在光合作用过程中，吸收植物在光合作用过程中，吸收COCO2 2和和H H2 2O O，致使自身富集，致使自身富集1212C C ，而，而

41、1313C C 相对减小。相对减小。1313C C 值减少值减少 6%6%。 第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质 3 3. . 热力和化学反应的动力效应热力和化学反应的动力效应 -C-C-C-C-键的稳定性顺序：键的稳定性顺序： 在低温条件下，形成的烃类，富集在低温条件下，形成的烃类，富集1212C C ；在；在高温条件下形成的烃类，富集高温条件下形成的烃类，富集1313C C。 4 4. . 物理化学效应物理化学效应 蒸发作用：气相富集轻同位素蒸发作用：气相富集轻同位素1212C C ，液相富集，液相富集1313C C。 扩散作用：先扩散部分富集扩

42、散作用：先扩散部分富集1212C C ，残余富，残余富1313C C。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质（三）（三） 油气中碳同位素分布特点油气中碳同位素分布特点 A A. .原油原油 13C：-22-33；平均值：；平均值：-25-26。 海相：海相： 13C值较高：值较高：-27-22； 陆相：陆相： 13C值偏低：值偏低：-29-33。 随组分分子量的增大，急剧增大。随组分分子量的增大，急剧增大。 烷烃烷烃芳烃芳烃胶质胶质沥青质；沥青质； 烷烃烷烃正构烷烃；正构烷烃； 芳烃随环数增加值增大；可溶沥青芳烃随环数增加值增大；可溶沥青干酪根。干酪根。

43、年代越老的石油，年代越老的石油，12C越富集，越富集，13C越少。越少。第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质 B.B.天然气天然气 随天然气成熟度的增高而增大：随天然气成熟度的增高而增大：高温深层富高温深层富C13，低温浅层富低温浅层富C12 生物成因气：生物成因气： 13C -60-95 低低 热解成因气：热解成因气： 13C：-50-20 高高 以上两种气的混合气以上两种气的混合气13C ：-50-60 同一天然气成份中（有机成因）：同一天然气成份中（有机成因）： 13C

44、1 13C2 13C3 13C4 分子量增加，分子量增加，13C增大。增大。 第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质氢有氢有H1、H2、H3三个同位素。三个同位素。H3是放射性的，半衰期只有是放射性的，半衰期只有12.46年。年。氢的稳定同位素的相对丰度氢的稳定同位素的相对丰度H1：99.9844%，H2：0.0156%。(一一) 丰度表示方法丰度表示方法D或或H2/H1即（即（D/H1） D(D/H1)样品样品(D/H1)标准标准/(D/H1)标准标准 1000(D/H1)标准值取海水中的标准值取海水中的(D/H1)值（值（SMOW）二、氢同素二、氢同

45、素 第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质 石油石油中中H2含量普遍比水高约含量普遍比水高约60%， 在在天然气天然气中可达中可达79.39%。A、原油中：、原油中： D一般为：一般为：80160 ； 天然气：天然气：D一般为：一般为：105270 ; B、化合物中、化合物中D：饱和烃：饱和烃芳烃芳烃非烃非烃C、生物成因气：、生物成因气： 13C、 D较低较低热解成因气：热解成因气： 13C、 D较高较高D、同油气聚集伴生水中、同油气聚集伴生水中H2含量较高，由于石油与水中的含量较高，由于石油与水中的氢同位素交换，产生了富氢同位素交换，产生了富H2的石油。在古代地层水中的石油。在古代地层水中H2含量也增高。含量也增高。(二二) 分布特点分布特点第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质( (三三) ) 氢同位素与碳同位素组成的关系氢同位素与碳同位素组成的关系 石油的石油的D与与13C值没有值没有明显的相关明显的相关关系。关系。 第一章第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油、天然气、油田水的成分和性质 天然气的天然气的D与与13C值值存在一定关存在一定关系