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1、石油地质学,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质 第二章 现代油气成因理论 第三章 储集层和盖层 第四章 石油和天然气的聚集 第五章 含油气盆地与含油气系统,目 录,第一节 石油沥青类概述,石油沥青类（Petroleum asphalts, Petroleum bitumens) 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,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,可燃有机矿产的主要元素： 碳和氢，还会有少量的氧、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：即天然气。 2液态可燃矿产：以石油为代表。 3固态可燃矿产：种类较多，包括煤、油页岩
2、、硫磺及石油衍生物：地沥青、地蜡、石沥青等。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,油气藏中的流体石油、天然气、油田水,任一个油气藏或油藏中都存在石油、天然气、油田水三种流体，而纯气藏中只有天然气和油田水。这些流体在圈闭范围内按重力分异，在垂向上呈层状分布，天然气最轻居圈闭顶部，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、油-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孔隙裂缝系统中。,第二节 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，呈液态和稠态的油脂状天然可燃有机矿产。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质
3、,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（Crude oil）：采至地表的液态石油。,烃类（Hydrocarbons） 由碳和氢两种元素构成的化合物。,基本概念,（一）元素组成 (Elemental composition),元素组成： C、H、O、 S 、N 和微量元素（灰分） C、H两元素主要呈烃类化合物存在，是石油组成的主体。 S、O、N元素组成的化合物大多富集在渣油或胶质和沥青质中。,一、石油的化学成份,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,H：1114% 平均13%,C：8487% 平均:84.5%,S +N+O+微量元
4、素：14%,S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 （半咸咸水）S高（） 内陆相（淡水）S低（）。,按氮组成可分为： N 0.25%： 高氮原油,按硫组成可分为： S %： 高硫原油,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,利用发射光谱法和中子活化分析法在石油灰分中已发现种微量元素，按其含量多少和常见程度列举如下种元素：铁(Fe)、钙(Ca)、镁(Mg)、硅(Si)、铝(Al)、钒(V)、镍(Ni)、铜(Cu)、锑(Sb)、锰(Mn)、锶(Sr)、钡(Ba)、硼(B)、钴(Co)、锌(Zn)、钼(Mo)、铅(Pb)、锡(Sn)、钠(Na)、钾(K)、磷( P)、锂(Li
5、）、氯(Cl)、铋(Bi)、铍(Be)、锗(Ge)、银(Ag)、砷(As)、镓(Ga)、金(Au)、钛(Ti)、铬(Cr)、镉(Cd)。 特征：这些元素与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。 用途：其中V、Ni含量及其比值（V/Ni）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。 如V、Ni高且V/Ni1-海相；V/Ni1陆相,石油的灰分微量元素,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,（二）石油的馏分,石油的馏分组分,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。
6、,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,（三）石油的组分,石油的组分：石油化合物的不同组分对有机溶剂和吸附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，每一部分就是一个组分，分别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质。,油质（Oily)：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。 苯胶质(Benzene gum)：能溶解于中性有机溶剂，被硅胶所吸附，主要溶于苯，属暗色的油状物。 洒精苯胶质(Alcohol-benzene gum)：溶于酒精和苯，同时也被硅胶所吸附。 沥青质(Asphaltum;Pitch)：用石油醚分离，得到一种不溶于石油醚的物质暗黑
7、色-黑色沥青状无定形的固体。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,（四）石油的化合物组成,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,在近代实验室中，用色谱可将石油划分为：烃类和非烃类化合物 A烃类化合物： a、饱和烃：烷烃（正构烷烃、异构烷烃）、环烷烃 b、芳烃：芳烃和环烷芳烃 B非烃化合物：胶质和沥青质：为含S、N、O化合物。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,1、烷烃（Paraffin alkane),石油中已鉴定出的正烷烃有C1C46，个别报导曾提及见到C60正烷烃，但大部分正烷烃碳数C35。石油中多数占15.5%（体积），轻质石油可达30%以上，而重质石油可小于15%。
8、在常温常压下： C1C4 （甲烷丁烷）气态 C5C16 （戊烷十六烷）液态 C17 的高分子烷烃皆呈固态。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,A. 正构烷烃（N-alkane）,不同碳原子数的正构烷烃相对含量呈一条连续的曲线。,不同类型的正构烷烃分布曲线,这说明正烷烃同系物是一个连续渐变系列.,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,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C15，且主峰区较窄；主峰大于C25，且主峰区较宽；主峰在C15-C25之间，且主峰区较宽。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。,主峰碳数 曲线上极大
9、值,正构烷烃分布特征： a. 陆相有机质形成的石油：高碳数（C22）正烷烃多； 海相有机质（菌藻类）形成的石油：低碳数（C21）正烷烃含量多。 b.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； 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，一般含量较低，低碳数的更少。,石油中正构烷烃的来源： 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）。 有机质的演变、分解。,B、异构烷烃（Isoalkane）,来源：有人认为是植物的叶绿素的侧链植醇或色素演变而来，为生物标志化合物。因此，同源的石油所含异戊间二
10、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（指纹化合物），近来也用于沉积环境研究。,石油中的异构烷烃以C20为主，且以异戊间二烯烷烃最重要。其特点是在直链上每4个碳原子有一个甲基支链。在沉积物和原油中以植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。研究和应用最多的是植烷和姥鲛烷。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,、环烷烃（Cycloalkane）,由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组成环的碳原子数可以是大于3的任何数，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。 其含量与成熟度有关： 成熟度低高，由多环双、单环。 一般，单、双环占环
11、烷烃的50.5%；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。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,、芳香烃（Aromatic hydrocarbon）,含有苯环结构，属不饱和烃。根据其结构不同可分为单环（苯、甲苯）、多环（联苯等）、稠环（萘、菲等）三类芳香烃。 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
12、现稠环芳香烃，如萘和菲，蒽的含量较少。 随着石油成熟度增加，芳烃系列向低环演化。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,、非烃化合物 （Non-hydrocarbon chemical compound）,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。 含硫化合物：最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中。主要有硫醇（-SH）、硫化物（-S-）（包括硫醚 R-S-R、环硫醚）、二硫化物（-S-S-）以及噻吩衍生物。此外，还有元素硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等 含氮化合物：主要集中在胶质沥青质中。石油中含氮化合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化
13、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，即卟啉化合物，它是石油有机成因的重要生物标志物。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,卟啉和矾卟啉的结构式,卟啉是以4个吡咯环为基本结构，由4个次甲基（-CH）桥键连接的含氮化合物。在石油中卟啉常与金属、i络合形成有机络合物，它比较稳定，易保存，具有极强的吸光性和荧光性。卟啉本身在高温或氧化条件下易分解，说明石油是在温度不高（250）的还原环境下形成，卟啉还易被粘土吸附，可应用于油气运移研究。,吡咯环,次甲基,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,含氧化合物：主要有酸性和中性 酸性含氧化合物中有环烷酸
14、、脂肪酸及酚，总称石油酸；中性含氧化合物有醛、酮等，其含量较少。 酸性含氧化合物中环烷酸最多，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示。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,（五）馏分、组分和化合物组成三者的关系,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,二、石油的物理性质,(一) 颜色： 从无色、淡黄、黄褐、深褐、墨绿色至黑色。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,原油颜色深浅与芳烃、非烃含量有关。 芳烃、非烃含量高，颜色深；反之，颜色浅。 无色或浅色石油：运移过程中，胶质和沥青质被岩石吸附，剩下浅色油质部分。
15、高温裂解，使高分子低分子烃，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:如胜利、克拉玛依。,(二) 比重：是指atm下，20石油与4纯水单位体积的重量比，用d420表示（中国和前苏联） 一般介于0.750.98之间，变化大。 0.9重质油；0.9轻质油。 美国通常用API度、西欧用波美度来表示石油的比重。,关系如下： API=141.5/15.5C时比重 -131.5 波美度=140/15.5C时比重 -130,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,API度、波美度与d420在数值上正好相反， 前者越大，后者越小，油质也轻,(三) 石油的粘度(Viscosi
16、ty)：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。 三种表示方式： 动力粘度（绝对粘度t），单位（Pa.s)。 运动粘度（Vt=t / (比重)，单位 (m2/s)， 相对粘度(称恩氏粘度Et)， 是在恩氏粘度计中200ml原油与20同体积蒸馏水流出时间的比值。,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,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。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：,第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质,化学成分： 烃C数或芳烃、含S、N、O化合物(非烃) ：d420 ， 同C数烃的d420 ，：烷烃环烷芳烃。,溶解气量：d 420， 温度： （地下石油远小于地面石油）； d420 。 压力P：随Depth,P,气溶于油， d 420，,(四) 溶解性（Solubleness）： a
