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1、第一节 石油,第二章 油气藏中流体成分和性质,重点：石油与天然气的物理化学性质及碳氢 同位素特征。,第二节 天然气,第三节 油田水,第四节 油气的碳氢稳定同位素,第一节 石油,一、石油的化学组成 二、石油的分类 三、海陆相石油的区别 四、石油的物理性质,重点：石油的分类及海陆相石油的区别。,石油：存在于地下岩石孔隙中的以液态烃为主体的可燃有机矿产，又称原油。,1、元素组成 元素组成 ：碳（C）和氢（H）为主；其次为氧 （O）、氮（N）、硫（S）。 C：80%-88%；H：10%-14%； N、S、O总量 在0.37%，一般低于23%，个别含硫达10%。 C和H重量比5.77.7，平均6.5；原
2、子比平均为 0.57。,一、石油的化学组成,化学成分：是一种成分十分复杂的天然有机化合物的混合物，主要成分是烃类。 元素、化合物、馏分和组分。,S平均为0.65%，具双峰型，1%为交叉点；大于1%为高硫原油，小于1%为低硫原油。海相石油含硫量高于陆相石油。,N在0.011.7%之间，平均0.094%，绝对多数原油小于0.2%；大于0.25%为富氮，小于0.25%为贫氮。 O在0.14.5%之间，与其氧化程度有关。 此外，50多种其它元素，如钒、鎳等。,2、化合物组成 烃类组成占97%-99%，少量非烃。 烃类组成：烷烃、环烷烃、芳香烃等。 非烃组成：含S、N、O等杂原子化合物。,（1）烃类 饱
3、和烃 烷烃：CnH2n+2，占石油组分5060%，气态烃的碳14个，甲烷；第一种液态烃是正戊烃，液态烃的碳原子516；第一种固态烃是正十七烷烃，固态烃碳原子17以上。 正构烷烃：占石油体积1520%，轻质油达30%，重质油小于15%。一般C1C45，个别有C60，大部分小于C35。 异构烷烃：以小于C10为主，常见C6C8。,环烷烃：CnH2n， 由碳的数目决定名称，三员环、四员环和五员环等，占石油比例为2040%。以单环和双环为主，其次为三环，四环以上较少。, 不饱和烃 占原油重量的2045%，偶见有直链烯烃。 芳香烃：具有苯环，含量高的石油沸点高，不易燃。 单环芳烃：苯、甲苯等； 多环芳烃
4、：联苯、三苯甲烷等； 稠环芳烃：萘、蒽和菲等。,环烷芳香烃：包含一个或几个缩合芳环，并与饱和环及链烷基稠合。主要的是两环构成的茚满和萘满；重要的是四环和五环芳烃，包括甾族和萜族化合物。,（2）非烃, 含硫化合物 硫是石油中的有害物质，产生有毒气体和酸类，硫的含量是评价石油质量的一项重要指标。100多种化合物，多呈硫醇、硫醚及硫化物等，重质油较多。 高硫石油：S2%； 低硫石油：S0.5%； 含硫石油：S =0.52%。 一般含硫量较高的石油多产自碳酸盐岩系和膏盐岩系含油层。,大庆：低硫；胜利：含硫；辽河：高硫。, 含氮化合物 含量小于0.1%，30多种，主要以含氮杂环化合物存在。碱性：吡啶、喹
5、啉、异喹啉等；非碱性：卟啉、吲哚和咔唑等。, 含氧化合物 50多种，包括有机酸、酚和酮类化合物。有机酸：C2-24的脂肪酸，C5-10的环烷酸，C10-15的类异戊二烯酸。有机酸和酚（酸性）统称石油酸，其中以环烷酸最多，占石油酸的95；但含量变化较大，在0.031.9之间。 环烷酸易与碱金属作用生成环烷酸盐，环烷酸盐又特别易溶于水。地下水中环烷酸盐的存在是找油的标志之一。,3、石油的馏分组成 馏分就是利用组成石油的化合物各自具有不同沸点的特性，通过对原油加热蒸馏，将石油分割成不同沸点范围的若干部分。 温度区间（馏程）：馏分有所差异。,汽油： C5C10 煤油： C11C13 柴油： C14C1
6、7 重质油：C18C25 润滑油：C26C35,4、石油的组分组成 石油组分分析：有机溶剂和吸附剂对化合物进行选择性溶解和吸附，分离出不同部分。 油质：溶于氯仿和四氯化碳。 胶质：溶于苯和酒精，能被硅胶吸附，主要是杂原子化合物。 沥青质：溶于氯仿、不溶于石油醚。,二、石油的分类,1、分类原则 石油化学家：侧重于各馏分含量及其化学组成和物理性质；地球化学家和地质学家：注意原油组成与生油岩及其演化作用关系。 2、Tissot和Welte的分类 指标：烷烃（石蜡）、环烷烃、芳香烃和含硫、氮、氧化合物（胶质和沥青质）的含量。,三、海陆相石油的基本区别,石油类型、含蜡量、含硫量、微量元素（钒和镍）及碳稳
7、定同位素。,四、石油的物理性质,1、颜色 淡黄色、黄褐色、棕色、深褐色、黑绿色至黑色。胶质和沥青含量越高，颜色越深。 2、相对密度和密度,（1）密度 单位体积物质的质量（g/cm3）。 本身的成分和体积变化相关; 温度、压力及溶解气量有关。 液体石油体积，常压下随温度升高而增大。,膨胀系数：温度每增加1oF，单位体积所增加的体积数。,（2）相对密度 105Pa,20oC石油与4oC纯水的密度比值。 国际上通常用API(60oF)表示。 一般介于0.751.00之间，相对密度大于0.93为重质石油，小于0.90为轻质石油。,3、粘度 反映流体流动难易程度。粘度大则流动性差，反之则流动性好。 动力
8、粘度：即绝对粘度，u=kFP/QL (Pa.s)； 运动粘度：动力粘度/密度，m2/s； 恩氏粘度:即相对粘度，石油粘度/水的粘度。 与温度、压力、组成有关。 地下粘度小于地面；当粘度大于10Pa.s, 则归于天然沥青类。 4、溶解性 石油难溶于水，而易溶于有机溶剂，如：氯仿、四氯化碳、苯和石油醚、醇等。,若以碳数相同的分子进行比较，烷烃溶解度最小，芳香烃最大，环烷烃居中。 各族烃类在水中的溶解度均随分子量增大而减小。,C（碳数）,影响因素： 温度：降低而降低； 压力：只与气态馏分相关，对其它烃类的影响甚微； 含盐量：水中无机组分和含盐量增加时，烃类的溶解 度会降低。,5、荧光性 在紫外线照射
9、下发出荧光，是一种冷发光现象，常用于检测岩芯是否含油。饱和烃不发光，芳香烃和非烃发光。轻质油发浅兰色，含胶质多一般发绿或黄色，含沥青多一般发褐色。 6、旋光性 当偏光通过石油时，偏光面会发生旋转，这个角叫旋光角，多数为右旋，一般随含油地层年代的增长而减小。,第二节 天然气,一、天然气的概念及产状 二、天然气的化学组成 三、天然气的物理性质 四、天然气与石油的差别,重点：天然气的产状及物理性质。,一、天然气的概念及产状,1、天然气的概念 广义：自然界所有天然形成的气体。 狭义：指气态烃和非烃气。 2、天然气的产状类型 相态：游离气、溶解气、吸附气和固体水溶气； 分布特点：聚集型和分散型； 与石油
10、产出关系：伴生气和非伴生气。 （1）聚集型 气藏气：不与石油伴生，单独聚集成藏，为纯天然气气藏。甲烷占气藏气体成分的95%以上。,气顶气：与石油共生，位于油气藏的顶部，重烃气含量可达百分之几或几十，仅次于甲烷，属于湿气。 凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发（可逆裂解）为气体，称为凝析气。一旦采出后，由于地表压力、温度降低而凝结为轻质油，即凝析油。,（2）分散型 油溶气：油藏内溶解的天然气。一般从几立方到上千立方都存在。 水溶气：溶解在水中的天然气；包括低压水溶气和高压地热型水溶气。 天然气在水中的溶解度是石油的百倍。,与温度、压力、矿化度等有关。 温度不变时，溶解度与压力成正
11、比。 较高压力：温度80时，随温度升高， 溶解度上升。,煤层气：煤层中所含的吸附和游离状态的天然气。与煤的变质作用和煤层顶板透气性相关。 全球煤层气地质储量为68238*1012m3，中国为3035*1012m3。 吸附气：通过分子吸附作用而附着在岩石颗粒表面的气体。与岩性、温度、压力、热变质程度等因素有关。 游离气：煤层孔隙或裂隙中储存的气体。,致密地层气：致密砂岩和裂缝性含气页岩中的天然气。美国日产气达1.5*1012m3。,吸附能力随地层压力增高而增大；但与变质程度正相关性不明显。,18号代表褐煤到无烟煤。,固态气体化合物：在海洋底特定压力和温度条件下，甲烷气体分子天然地被封闭在水分子的
12、扩大晶格中，形成固态气体化合物，成为“天然气冰”，或“天然气水合物”。前苏联在西伯利亚北极永久冻土带发现气体水合物气田-“麦索亚卡气田”。,在标准温度压力下，每立方米水合物约含标准状态甲烷60172m3；良好的盖层。 气体水合物的形成同压力、温度关系密切。当温度为0OC时，形成水合物的压力约为2.6MPa;当温度为300OC时，形成水合物的压力约为100MPa。 气水化合物中甲烷总量约20*1015m3，较常规天然气大23个数量级。 将产生大量氮气和硫化物等，引起温室效应。,300-600m深的水柱静压力足以形成水合物所需的压力；主要存在于海底沉积物下部300-1000m。,二、天然气的化学成
13、分 主要为烃类，以甲烷为主，含少量C2-C5类重烃气；非烃气为次要成分，以N2、CO、CO2、H2S、H2，Ar等居多。 重烃气5%称湿气，5%称干气。,气态烃：甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等； 非烃气：氢、氮、二氧化碳、硫化氢等。,高温高压下，C5-C7烷烃和部分环烷烃、芳烃及有机硫化物也可呈气态。,三、天然气的物理性质,1、密度和相对密度 密度：单位体积气体的质量。烃类一般为0.6773.045g/cm3，混合物为0.70.75g/cm3，随重烃含量增加而增加。 相对密度：同温同压下天然气密度与空气密度比值。烃类为0.5542.49，混合物为0.561.0。 天然气的地下密度随温度的增加而减小，
14、随压力的增大而加大。 2、粘度 与化学组成及环境有关，在0oC时，为0.31*10-3mPas，在20oC时，为12*10-3mPas。,3、临界温度和压力 临界温度：指气相纯物质能维持液相的最高温度。 临界压力：在临界温度时，气态物质液化所需的最低压力。,逆蒸发：在地下较高温度（烃类物系的临界温度与临界凝结温度之间）的特定条件下，随着压力增加，液态烃可转化为气态。,一般随相对分子质量增加而减小，随温度和压力增加而增大。,4、溶解性 天然气溶于石油和水。天然气在石油中的溶解度远远大于在水中的溶解度。 5、热值 每立方米天然气燃烧时发出的热量（KJ/m3）。 天然气的热值一般4000010000
15、0 KJ/m3 ，石油为41840 KJ/m3 ，煤仅为16736KJ/m3。,四、天然气与石油的区别,1、成分 石油复杂，天然气简单。 2、物理性质 相态不同，在密度、粘度、溶解度、吸附性等方面也区别较大。,第三节 油田水,一、油田水的概念 二、油田水的产状 三、油田水的来源 四、油田水的化学组成 五、油田水的类型 六、油田水的物理性质,重点：油田水的产状及化学组成。,一、油田水的概念 广义：油气田区域内的地下水。 狭义：油气田范围内直接与油气层连通的地下水。 二、油田水的产状 状态：吸附水、毛细管水和自由水。 产状：底水、边水,三、油田水的来源 四、油田水的化学组成 指溶于油田水中的溶质的
16、化学组成，包括无机组成、有机组成、溶解气等。 1、无机组成 离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-等。,来源：沉积水、渗入水、成岩水等。,2、有机组成 烃类：气态烃和液态烃。 酚：邻甲酚和甲酚为主。 有机酸：环烷酸、脂肪酸和氨基酸等。 3、溶解气 气体成分：O2、N2、CO2、H2S、CH4等。,五、油田水的类型 以离子含量及其组合关系进行划分： 大陆水：Cl-Na+Ca2+、Cl- Na+（当量），海水则相反。 Sulin分类根据Na/Cl、(Na-Cl)/SO4、(Na-Cl)/Mg分四类。,六、油田水的物理性质,1、颜色和透明度 颜色：淡青绿色（H2S），褐色或淡红色（Fe3+）。 透明度：不透明或混浊状。 2、气味和味道 气味：刺鼻的臭鸡蛋味、汽油或煤油味。 味道：咸味、苦味。 3、相对密度 一般大于1，随含盐度增加而增大。 4、粘度 大于纯水，随盐分增加而增大。 5、导电性 离子越多，导电性越强。,第四节 油气的碳
