石油地质学第一章 石油沥青类的成份和性质课件

绪论第一章石油沥青类的成份和性质第二章石油和天然气的成因第三章储集层和盖层第四章石油和天然气运移第五章油气藏的形成基本条件第六章构造圈闭与构造油气藏第七章地层圈闭与地层油气藏第八章温度、压力与油气藏形成的关系第九章油气田及类型第十章地壳上油气聚集的分布规律第十一章石油和天然气的资源评价石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质第一章石油沥青类的成份和性质第一节石油沥青类的概念和组份第二节石油的成份和性质第三节天然气的成份和性质第四节固体沥青的成份和性质石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质第一节石油沥青类的概念和组份一、概念：天然气、石油及其固态衍生物，统称为石油沥青类。石油沥青类、煤类、油页岩，一部分硫，都是自然界常见的可燃矿产，因它们由古生物演变而来，故统称为可燃有机矿产。油页岩煤三类：气态固态液态可燃有机矿产石油沥青类—石油地质学研究内容有机质：由古代动物、植物遗体演变而来，在有机溶剂中选择性溶解，分类：1、氯仿沥青“A”2、酒精—苯沥青3、腐殖酸：存在于有机质转化的早期。C,H,O,N4、殘留物质石油沥青：干酪根油质：溶于石油醚胶质：溶于石油醚，且硅胶吸附沥青质：不溶于石油醚加酸处理，氯仿抽提。氯仿沥青“C”不加酸处理，氯仿抽提。第一章石油沥青类的成份和性质第一节石油沥青类的概念和组份第二节石油的成份和性质第三节天然气的成份和性质第四节固体沥青的成份和性质石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质第二节石油的成份和性质石油的概念石油：以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。成分上以烃类为主，并含有非烃化合物及多种微量元素；相态上以液态为主，并溶有大量烃气和少量非烃气以及固态物质。石油没有固定的化学成分和元素含量，但元素含量有一定的范围。石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质

一个油气藏中的流体按重力分异，气居顶部，油居中，水在下面。三者共存于储集层的孔隙系统中。石油天然气油田水稳定同位素第二节石油的成份和性质石油一种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组成可分为元素组成、馏分组成、组分组成和化合物组成，三者有相互关系；依据石油中各种结构类型化合物的含量，可对石油进行分类；不同环境下生成的石油，比如海陆相石油的特征有明显的区别；石油没有固定的成分，因此石油没有确定的物理参数，石油的物理性质取决于它的化学组成。石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质石油的元素组成主要元素碳（84%）、氢（13%）、氧、氮、碳氢硫石油的元素组成硫是一种有害元素。一般小于1%，平均0.65%；对石油管具有强的腐蚀作用，另外硫化氢气体有剧毒，对石油开发十分不利。含硫量小于1%的为低硫原油,含硫量大于1%的为高硫原油。

硫在油田发中是有害的元素轮南油田的油管客被腐蚀情况2003年重庆天然气井喷事故造成重大损失石油的元素组成微量元素已发现的33种微量元素。他们是铁、钙、镁、硅、铝、钒、镍、铜、锑、锰、锶、钡、硼、钴、锌、钼、铅、锡、钠、钾、磷、锂、氯、铋、铍、锗、银、砷、镓、金、钛、铬、镉。石油的馏分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（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分组成石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质图1-10

原油组成分析流程图(据陈荣书，1994，有改动石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质石油的组分利用石油在不同的有机溶剂中的溶解、吸附情况，选用不同的有机溶剂和吸附剂将石油分成不同的部分，以便进一步研究。组成石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质石油的化合物组成降解油海相油陆相油正构烷烃异构烷烃芳烃非烃化合物（O、S、N）环烷烃

属饱和烃，在常温常压下，1～4个碳原子（C1～C4）的烷烃为气态，5～16个碳原子（C5～C16）的烷烃为液态，17个碳原子以上（C17＋）的高分子烷烃皆呈固态。轻质石油中正构烷烃可达30%以上，而重质石油可小于15%。其含量主要取决于：

1.生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量多，海相原油含量少。

2.原油的成熟度：可用来判断原油的成熟度。正构烷烃（40%）正烷烃分布曲线成熟原油未成熟过成熟231530正常原油异构烷烃（20%）结构

环烷烃（20%）单双环CnH2nCnH2n-2

一般，单、双环占环烷烃的50—55%；三环占环烷烃的20%；四、五环占环烷烃的25%。原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性，所以没成熟的原油旋光性高。多环环烷烃与四环的甾族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有机成因的主要证据之一。三环CnH2n-4多环塔中111井4489.7m塔中11井4418.4m塔中45井5293.6m伽玛蜡烷25-降藿烷多环环烷烃与四环的甾族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有机成因的主要证据之一。芳香烃（15%）单环在石油的低沸点馏分中，芳香烃含量较少，且多为单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。随沸点升高，芳香烃含量亦增多，除单环芳香烃外，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，蒽的含量较少。多环多环非烃化合物含硫化合物石油中硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等非烃化合物含氧化合物环烷酸（常为环戊烷酸）占酸性物质90%以上，易与碱金属作用生成环烷酸盐，极易溶于水，因此，油田水中环烷酸可作为一种含油气性直接标志。非烃化合物含氮化合物原油中含有具有重要意义的中性含氮化合物，即，卟啉化合物它是石油有机成因的重要生物标志物。碱性含氮化合物非碱性含氮化合物组份（溶剂分分离）族份（色谱）馏份（热分离）油质饱和烃汽油苯胶质芳香烃煤油洒精苯胶质非烃柴油沥青沥青质重质沥青组份、族分、馏分三者关系卟啉的结构与性质哈1井，6161m，桔红色荧光塔中16，3824.8m龙口1，4714.54m吉南1井,5441m,黄绿色荧光塔中62井，4059m龙口1，4717.74m石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质石油的分类陆相油石油的物理性质颜色

千差万别：黄绿色、乳白色、淡黄色、黑色盐霜油苗塔里木盆地杨叶油苗、黑色比重20℃时，一般0.75~1.00

石油的比重与颜色有一定关系，一般淡色石油的比重小，深色石油的比重大。但是，归根到底，石油的比重决定于其化学组成：胶质、沥青质的含量，石油组分的分子量，以及溶解气的数量。塔里木重质油采油方法粘度石油粘度是指石油流动时分子之间运动的内摩擦力所产生的阻力，它表示石油流动的难易程度，石油粘度越大就越不易流动。粘度单位常为帕斯卡秒（Pa·s）或毫帕斯卡秒（mPa·s）。影响1.随温度升高，石油粘度则降低，所以石油在地下深处比在地面粘度小，且易流动。2.压力加大，粘度也随之增加。3.环烷及芳香烃含量高、高分子碳氢化合物含量高的石油，粘度也较大；4.而原油中溶解气量的增加则会使粘度降低。变化1.大庆油田白垩系原油粘度19~22×10-2Pa·s，2.任丘油田中、上元古界原油为53~84×10-2Pa·s，3.克拉玛依油田三叠系原油为50×10-2Pa·s。按物理性质对原油进行分类

荧光性：石油及其产品，除轻汽油和石蜡外，无论其本身或溶于有机溶剂中，在紫外线照射下，均可发光，称为荧光。石油的发光现象取决于其化学结构。石油中的多环芳香烃和非烃引起发光，而饱和烃则完全不发光。轻质油的荧光为浅蓝色，含胶质较多的石油呈绿和黄色，含沥青质多的石油或沥青质则为褐色荧光。水面油污旋光性：是天然石油的一种重要特性。当偏光通过石油时，偏光面会旋转一定角度，这个角度叫旋光角。

引起石油旋光性的原因，在于其有机化合物分子结构中具有不对称的碳原子，如甾醇。石油的旋光性可用旋光仪来测定。它有随含油地层年代的增长而减小的趋势。溶解性：石油是各种碳氢化合物的混合物。由于烃类难溶于水。石油尽管难溶于水，但却易溶于许多有机溶剂，例如氯仿、四氯化碳、苯、石油醚、醇等等。天然气广义的天然气是指自然界中天然存在的所有气体。我们研究的主要是沉积圈中以烃类为主的天然气。组成1.天然气的产出类型按天然气的成因可分为有机成因气和无机成因气依天然气分布特征可分为聚集型和分散型；2.天然气的化学组成3.天然气的物理性质石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质

有机成因气体：如石油气、煤成气和菌解气等，是有机质在温度、压力、生物以及无机催化剂等综合作用下演化而成的天然气，其成份以烃类为主。

无机成因气体：是地壳深部高温下围岩分解，主要与岩浆岩、变质岩、火山作用有关的气体。天然气分类

生物气与热成因气的主要区别是它富含甲烷，且甲烷的碳同位素很轻。聚集型天然气分散型天然气元素的构成：C、H(99.9%)。另有少氮、氧、硫及其它微量元素。化合物组成：以甲烷（CH4）为主，次为乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）。含有数量不等的N2、CO2、H2S及其它惰性气体。根据甲烷的含量天然气可分为干气（>95%）和湿气（<95%）。天然气的化学组成天然气的物理性质比重在标准状态下，单位体积天然气与同体积空气的重量比，即天然气的比重。一般为0.65—0.75，高者可达1.5，湿气的比重大于干气。粘度天然气的粘度随分子量增加而减小，随温度、压力增大而增大（0.001—0.09mpa.s）。蒸气压力气体液化时所需施加的压力称蒸气压力。蒸汽压力随温度升高而增大。在同一温度条件下碳氢化合物的分子量越小，则其蒸气压力越大。溶解性在相同的条件下，天然气在石油中的溶解度远大于在水中的溶解度。当天然气重烃增多(丙烷的溶解性远大于乙烷，重烃含量多时溶解度高)，或者石油中的轻馏份较多时（低碳数烃含量多时，天然气易溶解），都可增加天然气在石油中的溶解度。

天然气在水中的溶解度与与压力成正比天然气在水中的溶解远远小于在石油中的溶解度1、气体低于泡点压力条件下，随压力增加而增加，高于泡点压力时，气体溶解度不变。2、天然色中的重烃含量愈高，溶解度应愈大，丙烷的溶解度比乙烷大得多。3、低碳数烃含量高的轻质原油比重质原油的溶解度要高得多。蒸气压力随温度升高而增大。在同一温度下，碳氢化合物的分子量越小其蒸气压力越大，这也是甲烷等轻质碳氢化合物含量在天然气中较高的原因。蒸气压力：将气体液化时所需施加的压力，称为该气体的饱和蒸气压力。临界点泡点线表示气体已达饱和，低于这个该压力，气体将开始从液体中逸出露点线表示液体开始凝结而脱离气体的线气区油藏区（含溶解气）凝析气藏区气液两相共存的最高凝析温度气液两相共存的最高凝析压力多组份烃气系统中，液相和气相的关系比较复杂。当油气藏较深时，当温度介于临界温度与最高凝析温度之间时，烃类可形成凝析气藏油田水

指油田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水。组成

5096油田水的产状油田水的来源和形成

油田水的化学组成油田水的矿化度油田水的类型石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质油层水底水边水非油层水上层水夹层水下层水

油田水的来源和形成来源沉积盆地的沉积水，大气的渗入水，粘土矿物的初生水和地球深处的深成水最初，雨水与风化岩石、土壤和有机物质反应，多余的水不断渗入土壤而引起岩石和土壤侵蚀，形成槽沟以后，水通过它们更易流动，重力使水从高势区向低势区流动，随着水的流动，水中的溶解固体的浓度逐渐增加，某些水汇集后流向湖泊和大海，由于矿物溶解度的不同，改变了原来水的离子组合，水和油气的相互作用，也使得油田水具有一地下水中不常见的组分。

油田水的化学组成溶解气有机组成无机组成

油田水的矿化度

油田水的类型同位素指元素周期表中原子序数相同，原子量不同的元素。稳定同位素是指原子核的结构不会自发改变的同位素组成1.稳定同位素分馏机理

2.稳定同位素在自然界的分布、比值符号和标准3.稳定同位素值的计算

4.油气中碳同位素的组成5.不同成因类型的石油同位素类型曲线有着明显的差别。6.油气中碳同位素和氢同位素之间的关系不太明显。石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质

稳定同位素分馏机理

稳定同位素在自然界的分布、比值符号和标准

稳定同位素计算

油气中碳同位素的组成石油中的碳同位素石油中一般为-22‰～-33‰，平均值为-25‰～-26‰。海相原油值较高，为-27‰～-22‰；陆相原油值偏低，为-29‰～-33‰。可用碳同位素类型曲线分析成油环境、油源对比等。天然气的碳同位素生物成因气较低，为≤-60‰～-95‰

；热解成因气较高，为-50‰～-20‰

；天然气成份中：随分子量增加碳同位素比值增大。油气中碳同位素和氢同位素之间的关系不太明显。

碳同位素类型曲线石油中不同组分的碳同位素一般随组分分子量的增大而大，烷烃<芳烃<胶质<沥青质，烷烃<环烷烃，正构烷烃<异构烷烃，芳烃随环数增加值增大，可溶沥青<干酪根。把石油不同组分的碳同位素值连成曲线，称为碳同位素类型曲线。不同地区、不同成因类型的石油同位素类型曲线有着明显的差别。

碳、氢同位素之间的关系第一节石油元素CHSNO

TraceElements含量变化（%）83-8711-140.01-100-1.70.1-4.5几十种平均含量（%）84.5130.650.50.5<n/10000备注>1%高硫石油<1%低硫石油>0.25%高氮石油<0.25%贫氮石油海相石油V/Ni>1陆相石油V/Ni<1一、石油的概念及组成（一）石油的概念石油：以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。成分上以烃类为主，并含有非烃化合物及多种微量元素；相态上以液态为主，并溶有大量烃气和少量非烃气以及固态物质。石油没有固定的化学成分和元素含量，但元素含量有一定的范围。（二）石油的元素组成石油的元素组成主要是C、H，其次是S、N和O，并含有几十种微量元素。石油元素的组成，不同学者统计有所不同，但差别不大。根据Hunt(1979)，石油元素含量如下表：石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质

石油中硫含量，根据TissotandWelt(1978)的9347个样品统计，其含量平均为0.65%，大多数含量小于1%，属于低硫石油；海相环境和陆相蒸发岩环境中的沉积有机质形成的石油硫含量高，可达5%，被严重降解的石油硫含量可高达10%（图1-2）。图1—2不同时代和成因的9347个石油样品中含硫分布（据Tissot&Welte,1978）

石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质（三）石油的馏分组成

石油的馏分：原油在一定沸点区间蒸馏产生的各烃类化合物的混合物。

因研究目的不同，切割馏分的温度区间有所不同。石油炼制上为人们所常用（表1-1）。表1-1石油的馏分（据Hunt，1979；潘钟祥，1986）

馏分轻馏分中馏分重馏分石油气汽油煤油柴油重瓦斯油润滑油渣油温度（oC）<3535-190190-260260-320320-360360-530（500）<530（500）各馏分体积（%）（35度API）0271312102018石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质思考题1.解释下列名词：油气藏、石油、石油馏分、生物标志化合物、相对密度和API，恩氏粘度，石油荧光性。2.石油由哪些元素组成的？其含量如何？3.石油有哪几个组分？各组分化合物类型有那些？4.简述馏分和化合物组成关系（可用图表示）。5.论石油分类。6.海相与陆相石油的基本区别。7.石油的主要颜色是什么。石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质思考题1.解释下列名词：干气、湿气、固态气水合物、天然气表观分子量、泡点和露点、临界温度、临界压力。

2.简述天然气产状。

石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质思考题1.解释下列名词：油田水。2.简述油田水的产状。3.简述油田水的来源。4.简述油田水的SULIN成因分类和一般分布规律。石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质思考题1.解释下列名词：同位素效应、同位素分馏作用、δ13C和δ13D。

2.简述石油和天然气碳、氢同位素的基本特征。石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质第六节油气显示一、油气显示的概念和成因类型（一）油气显示的概念油气显示：油、气石油矿物在地表天然露头或钻井的人工露头。

（二）油气显示的成因类型

1.与地下油气藏有关的显示可能有多种成因（如图1-23）。

图1—23与地下油气藏有关的油气显示（据Соколов图修改，转引自潘钟祥等，1986）1—4为与断裂破坏和刺穿现象有关的油气显示；5—7为与不整合有关的油气显示；8为与裂缝带、孔隙带有关的油气显示；X为油气显示产地石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质图1—24含油岩层出露地表的两种可能（据潘钟祥，1986，补充）

a引抬升剥蚀而暴露；b引侵蚀而暴露；c引错断而暴露图1—25云塔盆地绿河组沥青脉和沥青砂岩（据Hunt，1963）3.与生油层出露有关的显示生油层出露地表也可以产生石油显示（如图1-25）此外，钻井过程中钻与的油气流或含油气岩石是人工成因。

2.与含油层出露有关的显示含油层出露有各种原因出露地表（如图1-24）

石油地质学第一章石油沥青类的成份和性质二、油气显示主要类型的特征

1.油气苗：油、气（流）的地表天然露头。油气苗是最可靠、最直接的油气显示类型之一。油苗可以从出露的油层中直接渗出，也可以从地下油层中沿断层面