第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

1、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 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、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质可燃有机矿产可燃有机矿产主要元素： 碳和氢碳和氢，还会有少量少量的氧、硫、氮氧、硫、氮等杂质。从物理状态分类，可燃有机矿产可分为三类：1气态可燃矿产气态可燃矿产：即天然气。2液态可燃矿产液

2、态可燃矿产：以石油为代表。3固态可燃矿产固态可燃矿产：种类较多，包括煤、油页岩、硫磺及石油衍生物：地沥青、地蜡、石沥青等。第二节第二节 石油的成份和性质石油的成份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，呈液态和稠态的油脂状天然可燃有机矿产。 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)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。一、基本概念一、基本概念第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天

3、然气、油田水的组成和性质二、石油的馏分和组分二、石油的馏分和组分石油的馏分组分表石油的馏分组分表 1、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沸点的特性，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。（即馏程）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、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质2、石油的组分组成、石油的组分组成 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

4、，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。 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，被被硅胶所吸附，主要溶于硅胶所吸附，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

5、洒精苯胶质(Alcohol-benzene gum)(Alcohol-benzene gum)：溶于溶于酒精酒精和苯和苯，同时被，同时被硅胶硅胶所吸附。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，得到不溶于石油醚的暗黑色到不溶于石油醚的暗黑色- -黑色沥青状无定形的固体。黑色沥青状无定形的固体。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质三、石油的化学组成三、石油的化学组成（一）元素组成（一）元素组成(El

6、emental composition)不同地区石油的元素组成存在差异国内外某些石油的元素组成第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质（一）元素组成（一）元素组成(Elemental composition)元素元素 C、H、O、 S 、N 和微量元素（灰分）和微量元素（灰分） C 、H为主占总量为主占总量9599% 烃类主要元素烃类主要元素 O、S、N含量低，占含量低，占14% 存在于高分子化合物中存在于高分子化合物中 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%第一章第一章 石油、天然气、油田水

7、的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质不同时代和成因的9347个石油样品中含硫量的分布 （据Tissot Welte，1978；转自陈荣书，1994）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 S高（）（半咸咸水环境）高（）（半咸咸水环境）陆相（陆相（S低（）（淡水环境）低（）（淡水环境）第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质按氮含量：按氮含量： 贫氮原油贫氮原油 N 0.25%：按硫含量：按硫含量：低硫原油低硫原油 S %：第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质

8、石油、天然气、油田水的组成和性质不同中石油的不同中石油的微量元素含量不同微量元素含量不同 微量元素微量元素与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. V、Ni分布广泛，具有成因意义分布广泛，具有成因意义 海相原油海相原油 V/Ni1V/Ni1 陆相原油陆相原油 V/Ni1V/Ni12.微量元素微量元素灰分灰分第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质已发现已发现60多种微量元素多种微量元素烃烃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不饱和

9、烃不饱和烃 芳烃芳烃+环烷芳烃环烷芳烃非烃非烃含含S、含、含N、含、含O化合物化合物 常温常压：常温常压：C C1 1C C4 4 （甲烷丁烷）（甲烷丁烷）气态气态C C5 5C C16 16 （戊烷十六烷）（戊烷十六烷）液态液态C C1717 高分子烷烃高分子烷烃 固态固态 1 1、烷烃烷烃（ParaffinParaffinalkane)alkane) 石蜡烃，脂肪族烃石蜡烃，脂肪族烃，CnH2n+2石油中正烷烃有石油中正烷烃有C1C46 大部分正烷烃碳数大部分正烷烃碳数C35 石油中多数占石油中多数占15.5%（体积）（体积） 轻质石油轻质石油30% 重质石油重质石油15%第一章第一章 石

10、油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质（1 1）. . 正构烷烃正构烷烃（N-alkaneN-alkane）不同碳原子数的正构不同碳原子数的正构（不同（不同碳数正构烷烃相对含量分布）碳数正构烷烃相对含量分布）烷烃相对含量呈一条连续的曲烷烃相对含量呈一条连续的曲线。线。正构烷烃分布曲线正构烷烃分布曲线 这说明正烷烃同系物是一个连续渐变系列这说明正烷烃同系物是一个连续渐变系列.主峰碳数主峰碳数 曲线上极曲线上极大值大值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第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质分布特征与成油母型、成油环境

11、及演化程度密切相关。分布特征与成油母型、成油环境及演化程度密切相关。广泛的应用于石油的成因和油源对比研究。广泛的应用于石油的成因和油源对比研究。不同原油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；，且主峰区较窄；主峰大于主峰大于C25C25，且主峰区较宽；，且主峰区较宽；主峰在主峰在C15-C25C15-C25之间，且主峰区之间，且主峰区较宽。较宽。原油中正构烷烃分布特征：原油中正构烷烃分布特征：a.环境环境 陆相石油：高碳数（陆相石油：高碳数（C22）正烷烃多）正烷烃多 海相石油：低碳数（海相石油：低碳数（C21）正烷烃含量多）正烷烃含量多b

12、.演化演化演化程度较高：低碳数正烷烃多；演化程度较高：低碳数正烷烃多；演化程度低的石油：正烷烃高碳数多。演化程度低的石油：正烷烃高碳数多。c. 生物作用生物作用微生物强烈降解的原油：正烷烃被选择性降解，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。一般含量较低，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含脂类的植物或蜡质 有机质的演变、分解有机质的演变、分解（2 2）、异构烷烃（）、异构烷烃（IsoalkaneIsoalkane） 石油中的异构烷烃石油中的异构烷烃以以C20为主，为主，异

13、戊间二烯烷烃异戊间二烯烷烃最重要。最重要。特点：直链上特点：直链上每每4个碳原个碳原子有一个甲基支链。子有一个甲基支链。沉积物和原油含量最高是：沉积物和原油含量最高是：植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷异十六烷及法呢烷研究和应用最多是：研究和应用最多是：植烷和姥鲛烷。植烷和姥鲛烷。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质不同沉积相不同沉积相 Pr/Ph 的变化情况表的变化情况表 来源来源：植物的叶绿素的侧链植醇或色素演变而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。 用途：用途：A. 沉积环境

14、研究沉积环境研究B、常用于油源对比标志（指纹化合物）、常用于油源对比标志（指纹化合物）原理：同源石油所含异戊间二烯类烷烃原理：同源石油所含异戊间二烯类烷烃类型和含量都十分接近类型和含量都十分接近、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）组成。组成环的碳原子数可以是大于成。组成环的碳原子数可以是大于3的任何数，的任何数，相应称为三员环、四员环、五员环等。相应称为三员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为：五员环或六员环。石油中的环烷烃多为：五员环或六员环。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质

15、石油、天然气、油田水的组成和性质l石油中环烷烃特征石油中环烷烃特征四环以上环烷烃四环以上环烷烃具有具有很高的旋光性很高的旋光性l原油中分布原油中分布单、双环占环烷烃的单、双环占环烷烃的50.5%；三环占环烷烃的三环占环烷烃的20%；四、五环占环烷烃的四、五环占环烷烃的25%。l原油成熟度原油成熟度低熟原油多环低熟原油多环高熟原油双、单环高熟原油双、单环 结论：低成熟的原油旋光性高结论：低成熟的原油旋光性高、芳香烃（、芳香烃（Aromatic hydrocarbonAromatic hydrocarbon） 含有苯环结构，属不饱和烃。依结构可分含有苯环结构，属不饱和烃。依结构可分为为单环单环（苯

16、、甲苯）、（苯、甲苯）、多环（多环（联苯等）、联苯等）、稠环稠环（萘、菲等）三类芳香烃。（萘、菲等）三类芳香烃。l石油的分布：石油的分布：低沸点馏分，芳香烃含量较少，主要为：低沸点馏分，芳香烃含量较少，主要为：单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。高沸点馏分主要为：双环稠环芳香烃高沸点馏分主要为：双环稠环芳香烃l随石油成熟度增加，芳烃系列向低环演化。随石油成熟度增加，芳烃系列向低环演化。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质、非烃化合物、非烃化合物（Non-hydrocarbon chemical compoundNon-hyd

17、rocarbon chemical compound） 主要是含硫、氮、氧的化合物，主要集中在石油的高沸点主要是含硫、氮、氧的化合物，主要集中在石油的高沸点馏分中。总含量不多，种类不少馏分中。总含量不多，种类不少 含硫化合物：含硫化合物：最重要的非烃化合物，最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中存在于中、重馏分中。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

18、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青质中沥青质中。为碱性和中性。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性含氮化合物，即酰胺等。原油中含有具有重要意义的中性含氮化合物，即卟啉卟啉化合物化合物，它是石油有机成因的重要生物标志物。，它是石油有机成因的重要生物标志物。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成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

19、构，由基本结构，由4个次甲基个次甲基（-CH）桥键连接而成。）桥键连接而成。在石油中卟啉常与金属、在石油中卟啉常与金属、i络合形成有机络合物，络合形成有机络合物，它比较稳定，易保存，它比较稳定，易保存，具具有极强的吸光性和荧光性。有极强的吸光性和荧光性。卟啉本身在高温或氧化条卟啉本身在高温或氧化条件下易分解，件下易分解，说明石油是说明石油是在温度不高（在温度不高（低分子烃，而形低分子烃，而形成浅色轻质组分（如塔里木）成浅色轻质组分（如塔里木） 石油受到氧化或菌解石油受到氧化或菌解而形成黑色的沥青质、而形成黑色的沥青质、炭质炭质:如胜利、克拉玛依。如胜利、克拉玛依。第一章第一章 石油、天然气、油

20、田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质、相对密度：、相对密度：是指是指amt下，下，20石油与石油与4纯水单位体积的重量比，用纯水单位体积的重量比，用d420表示表示（中国和前苏联）（中国和前苏联） 一般原油一般原油比重比重介于介于0.750.98之间，变化大。之间，变化大。 重质油重质油比重比重0.9； 轻质油轻质油比重比重0.9美国用美国用API度度、西欧用、西欧用波美度波美度。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质API度度、波美度与波美度与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，油质也轻前者越大，后者越小，油质也

21、轻 3、 石油的粘度石油的粘度(Viscosity)：代表石油流动代表石油流动时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)， 是在恩氏粘度计中是在恩氏粘度计中200ml原油与原油与20同体积蒸馏水流出时间的比值。同体积蒸馏水流出时间的比值。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质石油的粘度是一个很重要的

22、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。 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、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质化学成分：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1.0，主要是油田水含盐份，且，主要是油田水含盐份，且含盐越大，密度越大。含盐越大，密度越大。2粘度：粘度：一般比纯水高，且溶解的盐份越多，则一般比纯水高，且溶解的盐

23、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：颜色及透明度：油田水因含杂质大多不透明，油田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：嗅味：水中含石油时，具汽油或煤油味；含水中含石油时，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：导电性：纯水不导电，但油田水导电，且离子纯水不导电，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

24、一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质第五节第五节 重质油与固体沥青（选区）重质油与固体沥青（选区）重质油和固体沥青重质油和固体沥青是石油烃类能源中的重是石油烃类能源中的重要组成部分，蕴藏着比常规原油资源数倍的要组成部分，蕴藏着比常规原油资源数倍的巨大潜力，广泛分布于世界各地。据统计，巨大潜力，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也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、较为丰富，主要分布

25、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、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质一、重质油一、重质油原油按粘度、相对密度划分为原油按粘度、相对密度划分为轻质油、中轻质油、中重油、重质油、沥青砂重油、重质油、沥青砂四类四类 。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质（一）重质油的概念：（一）重质油的概念：重质油：重质油：是指用常规原油开采技术难于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。开采的具较大的粘度和密度的原油。（二）重质油

26、的性质和成份（二）重质油的性质和成份重质油与常规油相比：高分子烃和杂原子化合物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、含胶含量较高，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。量高、含蜡量低、凝固点高的特点。重质油的化学成份比常规油不同重质油的化学成份比常规油不同。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。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

27、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、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质我国重质油资源较为丰富，已在15个大中型含油气盆地和地区发现数量众多的重油油藏(图)，规模大且成带分布，从中元古界到下第三系均有分布，该类资源将成为21世纪重要的接替能源固体沥青固体沥青是同石油有是同石油有关的固态衍生物，多为深关的固态衍生物，多为深褐色至黑色的有机矿物，褐色至黑色的有机矿物，化学成份不甚稳定，也无化学成份不甚稳定，也无一定晶形，彼此之间常呈一定晶形，彼此之间常呈过渡形式。过渡形式。鉴定固体沥青

28、的标志鉴定固体沥青的标志主主要依靠化学成份、密度、要依靠化学成份、密度、硬度、稠度、熔点、溶解硬度、稠度、熔点、溶解度、可燃性、燃烧、火焰度、可燃性、燃烧、火焰及地质产状特征。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因按成因及物化性质可分四大类及物化性质可分四大类 ：物理分异产物地蜡高氮沥青贫胶地蜡风化产物软沥青地沥青石沥青硬沥青脆沥青腐殖化产物酸性碳质沥青腐殖碳质沥青变质产物碳质沥青黑沥青焦性沥青碳沥青次石墨二、固体沥青二、固体沥青第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成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

29、作用破坏了原始油藏上覆盖层的有效性，始油藏上覆盖层的有效性，使地表水渗入到油藏，使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则一般是原始油藏已出露地表或近地表油藏已出露地表或近地表遭受较为彻底的破坏产物。遭受较为彻底的破坏产物。但具体成因较复杂，目前但具体成因较复杂，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，常在地表成为找油的直接标志，是评价区域含油等，常在地表成为找油的直接标志，是评价区域含油气远景的强有力佐证。如柴达木

30、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、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质 克拉玛依市东北方，有一座高约克拉玛依市东北方，有一座高约30米的由米的由沥青类物质和砂石混杂硬化堆积的黑色山沥青类物质和砂石混杂硬化堆积的黑色山丘丘黑油山沥青丘。黑油山沥青丘。第六节第六节石油沥青类的同位素石油沥青类的同位素 同

31、位素：同位素：指元素周期表中原子序数相同，原子量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）不同的元素（相同质子数和不同中子数）同位素可分为同位素可分为稳定同位素稳定同位素和和放射性同位素放射性同位素。 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：系指能自行蜕变形成具质子数不同的新原子系指能自行蜕变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有两个最显著的属性：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）稳定性：经过复杂的化学反应之后，原子核结构不发生变

32、化。生变化。 （2 2）分馏作用：指同位素在两种同位素比值不同的物质之）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。间进行分配。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、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质、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第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油

33、、天然气、油田水的组成和性质一、碳稳定同位素一、碳稳定同位素、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1313C C 相对减小。相对减小。1313C

34、C 值减少值减少 6%6%。 第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质 ( (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：先扩散部分富集扩散作用：先扩散部分富集1212C C

35、 ，残余富，残余富1313C C。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质 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。年代越老的石油，年代越老的石油，C12越富集，越富集，C13越少。越少。第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性

36、质石油、天然气、油田水的组成和性质第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质 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）： 13C1 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、油田水的组成

37、和性质石油、天然气、油田水的组成和性质氢有氢有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%。、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、油气中氢同素二、油气中氢同素 第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质 石油中石油中H2含量比普遍水

38、高约含量比普遍水高约60%， 在天然气中可达在天然气中可达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含量较高含量较高，由于石油与，由于石油与水中的氢同位素交换，产生了富水中的氢同位素交换，产生了富H2的石油。在古代的石油。在古代地层水中地层水中H2含量也增高。含量也增高。2、分布特点、分布特点第一章第一章 石油、天然气、油田水

39、的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质、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值值没有明显没有明显的相关关的相关关系。系。 第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质天然气天然气的的D与与13C值存值存在一定在一定关系。关系。但不很但不很明显的明显的关系关系 。 第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质第一章第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质石油、天然气、油田水的组成和性质三、硫同位素三、硫同位素硫含有硫含有S32、S33、S34、S36四个同位素，其相对丰度四个同位素，其相对丰度S32：95.1%、