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1、第一节 石油 第二节 天然气 第三节 油田水 第四节 油气中的碳氢等同位素,第一章 石油、天然气及油田水的基本特征,石油天然气地质与勘探,第一节 石 油,一、石油的成分 二、石油的分类 三、石油的物理性质 四、重质油、沥青砂和固体沥青概述,馏分：蒸馏原油时按不同沸点范围所分馏(割)的各个组分。常用各馏分的百分含量(重量或体积)表示石油的馏分组成。 石油气，汽油，煤油，柴油，润滑油等,4,石油的馏分，组分，族分,一、石油的成分,5,组分：根据石油中的不同成分在不同有机溶剂中的选择性溶解对石油成分进行的分类。 一般可分为油质、苯胶质、酒精-苯胶质、沥青质等几种组分。,6,7,族分：按石油中化合物组
2、成对石油成分的一种分类。 分为饱和烃、芳香烃、非烃、沥青质,沥青质：石油沥青中一种分子量更高(上千上万，甚至上百万)，结构更复杂的含氧、硫、氮的含碳化合物的混合物。具暗褐色到黑色的沥青状无定形固体。,8,9,（一）石油的组成,10,典型中性石油的馏分和化合物的关系图(据Bestougeff，1967；转自陈荣书，1994),11,国内外某些石油的元素组成,2.微量元素,（二）石油的化合物组成,（1）烷烃 （ Paraffin alkane，石蜡烃，脂肪族烃，CnH2n+2 ）,1.烃类化合物,常温常压下,碳数多数C35，个别可达C200（美国）。一般占石油质量的1525，轻质石油中可达30以上
3、，重质石油中可小于15。,正构烷烃的物理常数（据张厚福等，1999）,正烷烃分布曲线,正烷烃分布曲线特征：,不同类型的石油的正烷烃分布曲线图,常见类异戊二烯型烷烃结构示意图,异烷烃：异戊间二烯型烷烃,不同沉积相 Pr/Ph 的变化情况表,植烷（Phytane）-Ph；姥蛟烷（Pristane）-Pr,四环甾烷和五环萜烷结构示意图,（2）环烷烃（Cycloalkane；Naphthene）,环烷烃的物理常数（据张厚福等，1999）,（3）芳香烃（Aromatic hydrocarbon）和环烷芳香烃,芳烃的基本结构,2.非烃化合物,卟啉和钒卟啉的结构式,二、石油的分类,3、石油的地球化学分类（B
4、.P.Tissot and Welte）,表示六种原油类型的三角图解,（四）海、陆相石油化学成分的基本区别,三、石油的物理性质,1.颜色,2密度、比重和相对密度,（3）石油的相对密度,d,4,20,：,1atm,下,20,单位体积原油与,4,单位,体积纯水的重量比。,37,摄氏度9/5+32=华氏度,比重与API度、波美度的换算表（据张厚福等，1999）,1）化学组成,石油密度与含氢量的关系图 （据潘钟祥，1987）,石油相对密度d420的影响因素,2）溶解气,不同密度石油的膨胀系数（据潘钟祥，1987）,3.粘度：Viscosity,石油的粘滞性,大小用,粘度（,）,来度量。,石油粘度大，即
5、不易流动。,42,1.温度升高，石油粘度降低； 石油在地下深处比在地面粘度小 2.压力增大，粘度也增加； 3.环烷烃及芳香烃含量高，高分子碳氢化合物 含量高的石油，粘度也较大； 4.溶解气量的增加则会使粘度降低。,粘度大的石油往往呈暗色，密度也较大； 轻质石油的粘度比重质油低,4.石油的溶解性：Solubleness, 难溶于水,25时某些烃类在淡水中的溶解度（PPM）,4.石油的溶解性：Solubleness,5.石油的荧光性,（ Fluorescence of petroleum）,常用荧光分析来鉴定岩样中是否含油,6.石油的旋光性,7.石油的凝固点,由于温度下降，由液态石油开始凝固为固态
6、时的温度称为凝固点。,四、重质油、沥青砂与固体沥青概述,1重油和沥青砂的化学成分,2重油和沥青砂的物理性质,我国部分地区重油常规物性参数（据张厚福等，1999）,（二）固体沥青,固体沥青的成因分类,主要固体沥青的物理化学特征,克拉玛依市东北方，有一座高约30米的由沥青类物质和砂石混杂硬化堆积的黑色山丘黑油山沥青丘。,一、天然气的化学组分 二、天然气的产出状态 三、天然气的物理性质,第二节 天然气,一、天然气的化学组分,烃气,：,CH,4,95%,，,重烃气,5%,，,贫气（干气）；,CH,4,95%,，,重烃气,5%,，,富气（湿气）,C,1,4,为主,，,CH,4,最多。,非烃气：,总量不多
7、，但种类不少，,N,2,、,CO,2,、,CO,、,H,2,S,、,H,2,、,微量惰性气体,国内外某些油（气）田气的化学成分（百分含量）（据张厚福等，1999）,二、天然气的产出状态,根据气体在地下存在的状态分：,聚集型：气藏气、气顶气、凝析气 分散型：溶解气、煤层气、固态气水合物,61,1气藏气 圈闭中具有一定规模的单独天然气聚集，即纯气藏中的气体，基本上不与石油伴生。 可为烃气，也可能为非烃气。 绝大多数气藏气以含气态烃为主，含烃量超过80%的气藏约占气藏总数的85%以上；氮气为主的气藏不到10%；以二氧化碳或硫化氢等酸性气体为主的气藏数量更少，低于1%,世界气藏气分布图 出现频率：1-
8、50%，2-10%50%，3-1%10%， 4-0.1%1%，5-0.1%,氧化物气体浓度,63,2.气顶气 系指与石油共存于油气藏中、呈游离气顶状态的天然气。 它在成因和分布上均与石油关系密切，重烃气含量高，属于湿气（富气）。,凝析气：,三、天然气的物理性质,1. 天然气密度和相对密度,2. 天然气粘度,与其化学组成，温度，压力有关。 随相对分子质量增加而减小， 随温度和压力增高而增大,3蒸气压力,常见天然气组成的基本物理常数（据陈荣书，1994；有改动）,4.溶解性,-溶于石油和水,一、地下水的赋存状态 二、油田水的来源 三、油田水的矿化度 四、油田水的化学组成 五、油田水的类型,第三节
9、油田水,（二）油田水的产状,74,1、按油田水与油气藏平面分布范围关系分（图2-15左）：（1）底水；（2）边水。,图1-15 油田水与油气藏在分布上的相互关系 A、尖灭型油气藏中的油田水 B、背斜型油气藏中的油田水,2、按油田水与油气藏上下位置关系分（图2-15右）（1）上层水；（2）夹层水；（3）下层水。,一、地下水的赋存状态,地,壳,岩,石,中,的,水,岩石骨架中的水,（矿物结合水）,岩石空隙,中的水,沸石水,结晶水,结构水,气态水,液态水,固态水,毛细水,重力水（自由水）,地,壳,岩,石,中,的,水,岩石骨架中的水,（矿物结合水）,岩石空隙,中的水,沸石水,结晶水,结构水,吸附水,气态
10、水,液态水,固态水,毛细水,重力水（自由水）,3、按油田水在岩石中存在状态分,76,（1）吸附水：吸附在矿物表面的水。包括薄膜水、胶体水、毛细管水。 （2）结晶水：参与矿物晶体格架中水。 （3）结构水（或化合水）：参与矿物晶体格架中的OH、H、H3O，不是水分子。 （4）沸石水：介于结晶水和吸附水之间的中性水。它的释放不引起矿物结构破坏。 （5）层间水：类似沸石水，存在于层状硅酸盐中的中性水。 （6）自由水：在重力作用下可以自由流动的水。 石油与天然气地质学中主要研究（1）和（6）类水。,沉积水 渗入水 深成水 转化水,二、油田水的来源,（一）油田水来源,78,主要来源有： （1）沉积水：早期
11、沉积物孔隙水保留下来的水。 （2）渗入水：大气降雨渗入地下形成的水。 （3）转化水：沉积物在成岩过程中或有机质成烃作用中产生的水。 （4）深成水：由岩浆作用或变质作用形成的水，或称内生水、原生水。,（二）油田水的形成,79,是上述各种水混合而成，以转化水和沉积水为主（但是，由于地下水的循环，常常难以保留原来转化水和沉积水的组成特征）。油田水演化过程中，矿化度一般增高。,三、油田水矿化度,三、油田水的化学组成,原苏联某些凝析气田的产层和非产层水中的苯、酚含量对比,苯,酚,产层的苯、酚含量比非产层高,四、油田水的类型,苏林的天然水成因分类表,天然水成因图解,CaCl2型： （Cl-Na）/Mg 1
12、 深成水、油田水,Mg Cl2型： （Cl-Na）/Mg 1 海水、盐湖水,NaHCO3型： （Na-Cl）/SO4 1 油田水（高矿化度）地表淡水（低矿化度）,Na SO4型： （Na-Cl）/SO4 1 地表淡水,苏林的成因分类：,第四节 油气中的碳、氢稳定同位素,一、油气中的稳定碳同位素 二、油气中的稳定氢同位素,同位素： 在化学元素周期表上占同一位置，具相同质子数(Z)和不同中子数(N)的元素的原子，称为该元素的同位素。 即： 原子核内具相同数量质子而中子数不同的原子。,在碳稳定同位素中质子、中子和电子构型示意图,原子核结构不会自发地改变的同位素。,即不稳定同位素，系指那些能自发进行蜕
13、变(即改变自己的原子量)，形成质子数不同的新原子的同位素。,稳定同位素：,放射性同位素：,石油和天然气中主要元素的同位素特征（据张厚福等，1999）,一、油气中的碳稳定同位素,1. 丰度表示法：,2.在油气中的分布特点,年代越老的原油，12C越富集，13C越少,二、油气中的稳定氢同位素,1. 丰度表示法：,2.在油气中的分布特点,1. 石油的元素组成和化合物组成有什么特点？ 2.什么是生物标志化合物？常见的生物标志化合物有哪些？ 3.石油的地化分类的依据和方案是怎样的？海陆相石油化学成分上有何区别？ 4.影响石油的相对密度、粘度和溶解性的因素主要有哪些？ 5.什么是石油的荧光性和旋光性？石油具有荧光性和旋光性的原因是什么？ 6.什么是固体沥青？重质油和沥青砂与常规原油的区别主要体现在哪些方面？ 7.根据产出状态，天然气有哪些类型？什么是气藏气、气顶气、凝析气？ 8.什么是油田水？其化学组成和物理性质有何特点？请介绍苏林的水型划分方案。 9.油气中的碳、氢同位素的分布有何特点？,思考题,
