石油化学第二章市公开课获奖课件

1、一、石油普通性质、元素构成、馏分构成及分类1. 普通性质外观、相对密度、蜡含量、庚烷沥青质等及我国原油一些特点。2. 元素构成C、H、S、N、O及微量元素。3. 馏分构成4. 原油分类我国原油分类办法二、石油烃族构成1. 烃族构成表示办法2. 石油气体及石油单体烃构成 石油炼厂气构成： 石油轻馏分单体烃构成： 原油中正构烷烃含量分布 石油中间馏分及高沸点馏分中环烷烃及芳香烃化合物第1页第1页3. 石油烃族构成 汽油馏分烃族构成 煤柴油馏分及减压馏分烃族构成 减压渣油族构成4. 石油馏分结构族构成 石油高沸点馏分结构族构成 减压渣油结构族构成。第2页第2页三、石油中非烃化合物1. 石油中含硫化合

2、物 石油及其馏分中硫分布 石油及其馏分中含硫化合物构成 含硫化合物对石油加工及产品应用影响2. 石油中含氮化合物 石油及其馏分中氮分布石油及其馏分中含氮化合物构成3. 石油中含氧化合物 石油及其馏分中酸性氧化物分布 石油中含氧化合物构成第3页第3页4. 石油中微量元素5. 石油中胶状沥青状物质 胶质与沥青质基本概念 胶质与沥青质元素构成和平均分子量 胶质及沥青质结构特性：基本结构单元、平均分子构成结构、似晶结构 石油胶体分散体系分散相、分散介质、胶体分散体系稳定条件 胶质、沥青质性质第4页第4页第一个问题：石油是什么？ 第一章 石油化学构成第二个问题：石油从哪里来？ 第二章 石油成因第5页第5

3、页由于石油价值越来越被注重，石油需求量与日俱增，寻找新油田已成为当务之急，而石油成因研究可认为找矿提供理论指导，因此这一课题一向为国内外地质学家所关注。第二章 石油成因第6页第6页石油成因研究必须处理三个问题：什么是生成石油原始物质;原始物质转变成石油原因和过程;石油运移和富集过程。第7页第7页关于石油生成原始物质，有两大学派： 无机成因认为:石油由自然界中无机物质形成;有机成因认为:石油由地质时期中生物有机质形成。第8页第8页在石油工业发展早期，人们从纯化学角度出发，认为石油是无机成因。无机生成说主要依据:试验室中，无机物能够合成烃类；火山喷出气体中有甲烷、乙烷等烃类成份;石油分布经常与深大

4、断裂相关（断开地壳，作为通道）第一节 石油无机成因学说第9页第9页自门捷列夫1876年提出“碳化物说”以来，始终有研究者在不断摸索，归纳起来可分2大类:泛宇宙说:宇宙说(索可洛夫，1889.10) 地慢脱气说(T. Gold，1993)地球深部无机合成说: 碳化物说(门捷列失，1876) 岩浆说(库得梁采夫，1949) 高温生成说(切卡留克，1971) 蛇纹石化说(耶兰斯基，1966，1971)第10页第10页一、碳化物说这是由俄国化学家门捷列夫于1876年创建。第11页第11页二、宇宙说这是由俄国学者索科洛夫于1889年提出，主张:在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包括在它气圈中；伴随地球冷凝

5、，碳氢化合物被冷凝岩浆吸取，最后，它们凝结于地壳中而成石油。第12页第12页三、岩浆说 这是前苏联学者库德梁采夫在1949年提出来，他认为碳和氢不但存在于太阳和星球中，并且也存在于地球岩浆中，在高温高压下它们形成各种烃类。第13页第13页无机成因致命弱点：脱离了地质条件来讨论石油形成，并且将宇宙中发觉简朴烃类与复杂石油烃类等同起来。 当前大家比较公认是能够指导生产并正确反应客观规律有机成因学说。第14页第14页有机起源说创建于19世纪中叶，伴随油田地质和石油化学研究进一步，支持它证据越来越多。石油中含有“卟啉”与植物叶绿素和动物血红素相同;石油含有成因于生物有机物质才含有旋光性;石油中碳12丰

6、度高于碳13也能够用生物光合作用来阐明等；尤其有力证据是，世界上99%以上油田都产生在与生物作用关系密切沉积岩中。因此，自50年代以来，有机起源说已被学术界公认。第二节 石油有机成因说第15页第15页早期成油说：认为石油烃类是地壳浅处，沉积物成岩作用早期，由沉积岩中分散有机质在生物化学作用下生成。晚期成油说：认为石油是有机物质被埋藏后，达到一定深度和温度，在热力和催化作用下，由有机物质转化而来。第16页第16页生成石油及天然气原始物质：既有动物又有植物，而以低等水生生物为主；如:细菌、藻类、有孔虫、介形虫、叶肢介、珊瑚、软体动物等，尤其以细菌和藻类最佳。 一、油气生成原始物质第17页第17页起

7、源于生物体有机质在埋藏之前，多分布在沉积物上方水体中。在地表条件下，有机质不稳定，生物死亡后，遗体受到化学分解和细菌分解:大部分成为气态或水溶成份而逸散;部分受到生物吞食；进入沉积物只是一小部分(0.8%)，但总量巨大。第18页第18页沉积有机质是随无机质点一起沉积并保留下来生物残留物质，包括:生物遗体、生物排泄物和分泌物，又称地质有机质。第19页第19页(1)类脂化合物(脂类):其化学构成与石油化学构成很相近；类脂化合物水解后成脂肪酸，碳数大多在C12- C18 之间，是形成石油主要有机组分之一。(2)蛋白质:由各种氨基酸构成，氨基酸脱羧基和氨基可转化为烃类也许是油气中低碳烃起源之一。第20

8、页第20页(3)碳水化合物:也许是石油中芳烃和天然气母质之一(4)木质素和丹宁:木质素不易水解；在缺氧水体中，分解，可与其它化合物生成腐殖质；丹宁组织及特性介于木质素与纤维素之间。也许是石油中芳烃和天然气母质之一第21页第21页第22页第22页生物有机质并非是生油直接母质。生物死之后,与沉积物一起沉积下来，构成了沉积物分散有机质。这些有机质经历了复杂生物化学及化学改变，通过腐泥化及腐殖化过程才形成一个结构非常复杂生油母质干酪根，成为生成油气直接先驱。第23页第23页沉积岩 中 有机质沥青：溶于有机溶剂干酪根：沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂分散有机质。干酪根约占总有机质8090%，是沉积

9、有机质主体。二、成油原始物质干酪根第24页第24页1干酪根成份和结构高分子聚合物，没有固定化学成份，分子式可用C12H12ON0.16S0.43x表示。五种元素重量百分比平均为：C76.4%，H6.3%，O11.1%，S3.65%，N2.02%。干酪根在结构上是一个复杂三维大分子，它有诸多结构单元(核)，多个核通过桥键相联结，在桥和核上都也许含有官能团。第25页第25页第26页第26页干酪根宏观分类：腐泥型和腐殖型（2）干酪根类型 干酪根腐泥型：H/C为1.31.7，呈富集状态时形成油页岩，而呈分散状态时形成生油岩。 腐殖型：H/C小于1.0；呈富集状态时形成煤，而呈分散状态时分布于沉积岩中，

10、最后形整天然气。 第27页第27页腐殖物质：起源于高等植物，以酚结构为主，脂肪结构较少。腐泥物质：起源于水生生物，富含脂链、脂环、肽链。第28页第28页不溶于NaOH水溶液胡敏素 腐殖(泥)物质溶于NaOH水溶液腐植酸伴随埋藏深度增长，最后完全转化成胡敏素，与周围矿物质络合，稳定保留下来，它们就是干酪根前身物。伴随埋藏深度进一步增长，胡敏素缩合，官能团损失，演变成干酪根。 第29页第29页Tissot和Durand依据H/C原子比和O/C原子比将干酪根分成型、型、型、型。化学分类第30页第30页三种类型干酪根特性对比表有机第31页第31页型：H/C原子比在0.50.6之间，O/C原子比不小于0

11、.25，无生油能力。 第32页第32页反应三种类型干酪根结构概念性模型（均处于未成熟阶段）型型型第33页第33页1.成岩作用阶段成岩作用是在浅埋条件下使(大量水、矿物、死亡有机质和活着微生物构成不平衡)体系趋于平衡，并在正常条件下促使其固结一个作用。涉及深度较浅(几百米)，温度较低，称未成熟阶段。三、有机质成岩演化与油气生成阶段性第34页第34页 “生物聚合物” “地质聚合物”最主要烃类：甲烷。结束标志：沉积物中可抽提腐殖酸已减小到最小量，并失去大多数羧基。分解蛋白质 碳水化合物 木质素 类脂CO2、CH4、NH3、H2S、H2O氨基酸、糖、 酚、脂肪酸第35页第35页2.深成热解作用阶段 矿

12、物组分和结构方面，主要是粘土矿物发生一些改变(如：蒙脱石-伊利石)。有机质方面，本来作为地质聚合物干酪根开始向低分子地质单体物转化，干酪根通过演化首先生成液态石油，在晚期又生成湿气和凝析油。 石油在性质上更为成熟。 当干酪根中脂肪族C链完全消失时，就标志着深成热解作用结束。第36页第36页3.后成作用和变质作用阶段 后成作用阶段：由于温度升高，有机质热裂解反应快速进行，氢过量消耗，干酪根H/C原子比已经很低，生油潜力逐步枯竭。有机质仅由甲烷和C质不溶残渣构成，一些结晶序列开始发育，同时，先期形成液态烃和湿气也会被裂解成热力学上最为稳定甲烷。 变质作用阶段：残余干酪根成份转变成石墨。第37页第3

13、7页干酪根成熟干酪根原 油甲 烷H/C增长过程H/C减少过程石 墨干酪根裂解过程中H/C改变规律第38页第38页四、生油环境 沉积有机质要向石油转化必须经历一个碳、氢不断增长而氧不断减少过程即去氧、加氢、富集碳过程。1、大地结构条件 当代板块将地球岩石圈划分为六大板块: 欧亚板块、美洲板块、 非洲板块、太平洋板块、 印度-澳大利亚板块、南极洲板块。第39页第39页板块边沿活动带，板块内部裂谷、坳陷，以及造山带前陆盆地、山间盆地等大地结构单位，是在地质历史上曾经发生长期连续下沉区域，是地壳上油气资源分布主要沉积盆地类型。第40页第40页2、岩相古地理环境 无论海相或者陆相，均可具备油气生成岩相古

14、地理条件一关键在于: 是否有助于生物繁殖，有机质埋藏、保留、转化。海相环境中:普通认为浅海区最有助于油气生成;而滨海区和深海区不利于有机保留和油气生成。第41页第41页深水半深水湖泊相是陆相烃源岩发育有利区域: 有一定深度、一定面积稳定水体， 能够汇聚周围河流带来大量陆源有机质， 深水二分之一深水湖区水体底部具备还原环境，尤其近海深水湖盆，由于地势低洼、沉降较快，是陆表水汇集地域，容易长期积水而形成深水湖泊，保安静还原环境，更是最有利生油坳陷。第42页第42页海陆过渡相区 三角洲：陆源有机质源源搬运而来，原地海相生物，致使沉积物中有机质含量尤其高;沉积速率较高，有机质被快速埋藏;三角洲区域是极

15、为有利生油区域。第43页第43页据油源环境分:海相油、陆相油 海湾及泻湖:有半岛、群岛、沙堤或生物礁与大海相隔，该半闭塞无底流环境对有机质保留有利。第44页第44页3、古气候条件古气候条件也直接影响生物发育;年平均温度高、日照时间长、空气湿度大都能明显增强生物繁殖能力。因此，温暖、湿润气候有助于生物繁殖和发育，是油气生成有利外界条件之一。第45页第45页 适宜地质环境为有机质大量繁殖、堆积和保留创造了有利地质条件，但有机质向石油及天然气演化还必须具备适当物理、化学及生物化学条件，如: 温度与时间、细菌、催化剂、放射性等近些年来研究结果证实，温度与时间是在油气生成全过程中至关主要一对原因。其它原

16、因，如细菌、催化剂、放射性物质等也有一定影响。第46页第46页第三节 天然气成因（自学）一、生物成因气二油型气三煤型气四无机成因气第47页第47页油气水：流体矿产盖层： 制止逸散烃源岩：生烃储集岩：储存和渗入圈闭：容留场合汇集成藏油 气 运 移（hydrocarbon migration）第四节 石油运移与富集第48页第48页 油气运移能够造成石油和天然气在储集层适当部位 (圈闭)富集，形成油气藏，这叫做油气汇集。也能够造成油气分散，使油气藏消失，此即油气藏被破坏。第49页第49页烃源岩(生油气母岩)-能够生成石油和天然气岩石。烃源岩层(生油层)-由能够生成石油和天然气岩石构成岩层。抱负生油岩

17、主要为粘土岩类和碳酸盐岩类，普通是暗色、细粒岩石，富含有机质和微体古生物化石，常含批示还原环境黄铁矿，偶见原生油苗，为低能环境下产物。 第50页第50页储集岩和储集层含有一定储集空间，能够储存和渗滤流体岩石称为储集岩。由储集岩所构成地层称为储集层，简称储层。储集层(岩)中含有工业价值油(气)流油(气)层第51页第51页一、地下油气运移证据 1.地表渗出油气苗（阐明从地下地表运移）；克拉玛依：黑油山 油泉第52页第52页2.采油时很小井孔能够流出大量油气（阐明至少在开采时是四周八方汇集结果）； 3.采出石油中能够找到比储层时代老孢粉（由老生油层储层）； 注水井与采油井分布三角形开发井网第53页第

18、53页4.生油岩多为细粒岩石如泥岩、页岩，而当前产油层多为粗粒砂岩等岩性（生储）； 5.油藏中油气水按比重分异，从上到下分别为气、油、水（层内运移结果）。第54页第54页二、油气运移阶段划分 油气运移油气在地下流动，或在地下因自然原因所引起位置移动。按油气运移所发生场合可分为初次运移和二次运移。 初次运移油气自生油层向储集层（运载层）中运移。第55页第55页二次运移油气进入储集层/运载层之后一切运移。初第56页第56页三、油气运移基本方式扩散:分子运动，使浓度梯度达到均衡。 扩散方向从高浓度向低浓度。渗滤:机械运动，整体流动，遵守能量守恒定律， 流体由机械能高地方向机械能低地方流动。第57页第

19、57页油气藏油气田油气汇集带含油气区含油气盆地含油气盆地:地壳中含有统一地质发展史，发生过油气生成、运移、汇集过程，并存在工业性油气藏沉积盆地。第58页第58页西部含油气大区 由于印度板块向北推挤，挤压聚敛作用明显，造成地壳增厚，造成一系列北西西向挤压造山带与大型盆地相间排列，在造山带前缘前陆盆地与中何地块或陆块构成大型复合型盆地，油气资源丰富，如准葛尔、塔里木、柴达木及藏北羌塘等盆地，在造山带内部则形成山间盆地，如吐哈盆地、河西走廊盆地群。第59页第59页东部含油气大区由于太平洋板块向西俯冲和中国大陆仰冲，地壳减薄，地幔上拱，热力结构作用明显，基性岩浆活动频繁，形成一系列北北东向或北东向岩浆

20、弧为主扩张隆起带和扩张沉降带，在这些沉降带中发育了松江、渤海湾、江汉等含油气盆地及南黄海-苏北、北部湾、莺歌海、琼东南、珠江口、东海、台湾西部、南海中央、太平-礼乐滩等东南沿海大型沉积盆地。形成了大庆、胜利、辽河、大港、华北等大油田或主要含油气区，是我国主要石油基地。第60页第60页中部含油气大区自北向南有二连、陕甘宁、四川、楚雄等大型盆地，由于印度洋板块向北推挤，在这些盆地西缘形成了一系列近南北向挤压推覆结构带，如贫兰山、龙门山、哀牢山等。发觉了陕甘宁中部大气田和川东五百梯、外龙河等大气田。是我国大气田分布较多区域。第61页第61页问题：石油是如何开采？茫茫大地何处找石油？寻找盆地生油凹陷油气聚积区圈闭探井油田第五节 油气田开发和开采第62页第62页圈闭：适合于油气汇集，形成油气藏地质场合。第63页第63页第64页第64页让石油从地下流出来地质勘探定井位钻井电测射孔试油采油集输炼制加工钻前地质录井井下作业完井第65页第65页一、钻井 石油钻机是一部复杂联动机械，通过40米高井架、天车等提升系统，由柴油机驱动转盘，带动钻杆、钻头钻入地下，还要从钻杆中心泵入泥浆进行循环，以冷却钻头和带回钻碎岩屑。 第66页第66页 取心钻井获取地下岩心。通过它能够测定岩石各种性质，直观地研究地下结构和岩石沉积环境，理解其中流体性质等。如油、气层分布规律、厚度、岩性、孔隙度、渗入率