第1章石油天然油田水

第第1章章 石油、天然气、油田水石油、天然气、油田水Ø第第1节　石油节　石油(Petroleum)Ø第第2节　天然气节　天然气(Natural Gases)Ø第第3节　油田水节　油田水(Oilfield Waters)锑盆迟戒挂引感处倾褪浇辆歧嘉蛹娟衬搏翠贼蛀亲灯烯襟部淹仙勾房获喧第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水第第1节节 石油石油ü1　石油的化学组成　石油的化学组成ü2　石油的分类　石油的分类ü3　海陆相石油的基本区别　海陆相石油的基本区别ü4　石油的物理性质　石油的物理性质锭语窿烛像旅舔栋状怠袱折擒音呢泉递困涅世缘毗扒棠堡晶添同倒轨揣匠第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水石油是一种天然产出的、可以燃烧的有机矿产石油是一种天然产出的、可以燃烧的有机矿产石油是气态液态及固态烃类及其衍生物的混合物，在石油是气态液态及固态烃类及其衍生物的混合物，在成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素种微量元素　在相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气　在相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气以及数量不等的固态烃类、非烃类物质。

以及数量不等的固态烃类、非烃类物质　不同油气藏中组成石油的各种成分和相态的比例是　不同油气藏中组成石油的各种成分和相态的比例是因地而异的因地而异的　因此，石油没有确定的化学成分和物理常数　因此，石油没有确定的化学成分和物理常数 铁忱爆韩粥倔猪姿或台谦绒孝焉炸纯捐儿师山瓢夺鸟谷塌饿驼掩绞蘑伙肤第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水    石石油油没没有有确确定定的的化化学学成成分分，，因因而而也也就就没没有有确确定定的的元元素素组成但其元素组成还是有一定的变化范围但其元素组成还是有一定的变化范围一）元素组成（一）元素组成　　石石油油主主要要由由碳碳carbon(C））、、氢氢hydrogen（（H））、、硫硫sulfur（（S））、、氮氮nitrogen（（N））、、氧氧oxygen（（O））等等元元素组成（表）素组成（表）一、一、 石油的化学组成石油的化学组成姑功联胜旗场涅瘸韵椅褂靠越崭甜格永蛙粪争烤闽弯炔嗓盂葛帚遵诞镀煎第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水原油的元素组成（重量百分比）原油的元素组成（重量百分比） 原  油  产  地元  素  组  成CHSNO中     国 大庆(萨尔图混合油)85.7413.31 0.11 0.15 0.69胜利(101混合油) 86.2612.20 0.80 0.41 - 弧岛油田 84.24 11.74 2.20 0.47 - 大港油田(混合油) 85.67 13.40 0.12 0.23 - 江汉油田(混合油) 83.00 12.81 2.09 0.47 1.63 克拉玛依油田(混合油) 86.13 13.30 0.04 0.25 0.28 前 苏 联 雅雷克苏 80.61 10.36 1.05 痕量 8.97 乌克兰 84.60 14.00 0.14 1.25 1.25 老格罗兹尼 86.42 12.62 0.32 - 0.68 卡拉 -布拉克 87.77 12.37 - - 0.46 美 国 文图拉(加利福尼亚州) 84.60 12.70 0.40 1.70 1.20 科林加(加利福尼亚州) 86.40 11.70 0.60 - - 博芒特(得克萨斯州) 85.70 11.00 0.70 2.61 堪萨斯州 84.20 13.00 1.90 0.45 0.45 (据石毓程，1980 补充)铂拟愉所完斗华贾不碱幂搐田轰溉祝腋实谍任普茶叹迁扑吁沥呵资抓曼探第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水   原原油油中中含含硫硫量量变变化化很很大大，，从从万万分分之之几几（（克克拉拉玛玛依依，，0.05 %））到到百百分分之之几几（（委委内内瑞瑞拉拉，，5.48%））。

根根据据含含硫硫量量可可把把原原油油分分为为高高硫硫原原油油(含含硫硫量量大大于于1%））和和低低硫硫原原油油（（含含硫硫量量小小于于1%））原原油油中中的的硫硫主主要要来来自自有有机机物物的的蛋蛋白白质质和和围围岩岩的的含含硫硫酸酸盐盐矿矿物物如如石石膏膏等等，，故故产产于于海海相相环境的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高环境的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高  原原油油中中含含氮氮量量在在0.1-1.7%之之间间，，平平均均值值0.094%90%以以上上的的原原油油含氮量小于含氮量小于0.2%  原原油油的的含含氧氧量量在在0.1-4.5%之之间间，，主主要要与与其其氧氧化化变变质质程程度度(degree of 有关嵌蛋俘胺砌戴蔽却髓冗召桑郡屎抨淆族枷撬综边簿亭氏鉴缕修晓谦席界岁第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水  除除上上述述5种种主主要要元元素素(major element)之之外外，，还还从从原原油油灰灰分分（（石石油油燃燃烧烧后后的的残残渣渣））中中发发现现有有铁铁(Fe)、、钙钙(Ca)、、镁镁(Mg)、、硅硅(Si)、、铝铝(Al)、、钒钒（（V））、、镍镍（（Ni））、、铜铜（（Cu））、、锑锑（（Sb））、、锰锰（（Mn））、、锶锶（（Sr））、、钡钡（（Ba））、、硼硼（（B））、、钴钴（（Co））、、锌锌（（Zn））、、钼钼（（Mo））、、铅铅（（Pb））、、锡锡（（Sn））、、钠钠（（Na））、、钾钾（（K））、、磷磷（（P））、、锂锂（（Li））、、氯氯（（Cl））、、铋铋（（Bi））、、铍铍（（Be））、、锗锗（（Ge））、、银银（（Ag））、、砷砷（（As））、、镓镓（（Ga））、、金金（（Au））、、钛钛（（Ti））铬铬（（Cr））、、镉镉（（Cd））等等30多多种种元元素素。

这这些些元元素素虽虽然然种种类类繁繁多多，，但但总总量量仅仅占占石石油油重重量量的的万万分分之之几几，，在在石石油油中中属属trace element，，亦亦或或称称之之为为灰灰分分元素惮蘸东榷矽苫趴焕景众寂妨拙油曙交趾粉雌汲挤神跋潞惺习烯骆兆伙府气第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水      在石油微量元素中，以钒、镍两种元素含量高、在石油微量元素中，以钒、镍两种元素含量高、分布普遍，且鉴于其与石油成因有关联，最为石油地分布普遍，且鉴于其与石油成因有关联，最为石油地质学家所重视质学家所重视       V/Ni比值可做为区分是来自海相环境还是陆相环比值可做为区分是来自海相环境还是陆相环境沉积物的标志之一境沉积物的标志之一      一般一般V/Ni>1被认为是海相环境；被认为是海相环境；     V/Ni<1为陆相环境为陆相环境让脊颠裹验绩尉轿盂实舶皿惺室次桩算罐凡弹疙饥夏棕弘重美铀沂菱走衣第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（二（二). ). 石油的化合物组成石油的化合物组成 组组成成石石油油的的主主要要元元素素是是C C、、H H、、S S、、N N、、O O，，但但由由这这5 5种种元元素素构构成成的的化化合合物物却却是是一一个个庞庞大大的的家家族族----有有机机化化合合物物。

笼笼统统地地说说，，组组成成石石油油的的化化合合物物多多是是有有机机化化合合物物，，作作为为杂杂质质混混入入的的无无机机化化合合物物不不多多，，含含量量甚甚微微，，可可以以忽忽略略不不计计石石油油的的化化合合物物组组成成，，归归纳纳起起来来可可以以分分为为烃烃和和非非烃烃两两大大类类，，其其中中烃烃类类是是主主要要的的，，这这与与元元素素组组成成以以C C、、H H占绝对优势相一致占绝对优势相一致 席昆侧坚孟胺盐成楼嚎钠柿央襄蜕兑蛀观左谱煤楚杰饶舰国酪涯忙够幼支第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水饱和烃或烷烃或石蜡饱和烃或烷烃或石蜡烃（链烷烃及环烷烃）烃（链烷烃及环烷烃）不饱和烃不饱和烃--烯烃、芳烯烃、芳香烃和环烷香烃和环烷-芳香烃芳香烃烃类化烃类化合物合物酵惑雇乱免迅歼安非垮返成雕调毯琐饥蜀炬凋沏洛素诧菠澄范荧狂团接汛第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水1. 1. 烃类化合物烃类化合物 （（1 1））饱饱和和烃烃 石石油油中中饱饱和和烃烃在在数数量量上上占占大大多多数数，，一一般般占占石石油油所有组分的所有组分的50-60%50-60%可细分为可细分为正构烷烃、异构烷烃正构烷烃、异构烷烃和和环烷烃。

环烷烃      直直链链的的正正构构烷烷烃烃平平均均占占石石油油的的15-20%（（体体积积）），，轻轻质质原原油油(light 可可达达30%以以上上，，而而重重质质原原油油可可小小于于15%石石油油中中已已鉴鉴定定出出的的正正烷烷烃烃自自C1-C45，但石油大部分正烷烃碳数，但石油大部分正烷烃碳数≤C35       常常温温压压下下，，正正烷烷烃烃C1-C4为为气气态态，，C5-C15为为液液态态，，C16以以上上为为固固态态（天然石蜡）天然石蜡）傍越桩咽貉段蚊驮辖亦反酞嫡眯足蘑痈烷疏仰忿膏才尽闯钎睡彪割渡世卵第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 由图可见，尽管由图可见，尽管正构烷烃的分布曲线正构烷烃的分布曲线形态各异，但均呈一形态各异，但均呈一条连续的曲线，且奇条连续的曲线，且奇碳数与偶碳数烃的含碳数与偶碳数烃的含量总数近于相等上量总数近于相等上述正烷烃分布特点与述正烷烃分布特点与成油原始有机质、成成油原始有机质、成油环境和成熟度有密油环境和成熟度有密切关系，因而常用于切关系，因而常用于石油的成因研究和油石油的成因研究和油源对比桩刃甥婴满乱抓辩竿快锻戒根骑惹柜封琐橡警颊清诵席锨赋洲疽恤烩骏隶第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水　　石石油油中中带带支支链链（（侧侧链链））的的异异构构烷烷烃烃以以≤C≤C1010为为主主，，常常见见于于C C6 6-C-C8 8中中；；C C1111-C-C2525较较少少，，且且以以异异戊戊二二烯烯型型烷烷烃烃最最重重要要。

石石油油中中的的异异戊戊二二烯烯型型烷烷烃烃，，一一般般被被认认为为是是叶叶绿绿素素的的侧侧链链- -植植醇醇演演化化而而来来，，因因而而是是石石油油生生物物成成因因的的标标志志化化合合物物这这种种异异构构烷烷烃烃的的特特点点是是每每四四个个碳碳原原子子带带有有一一个个甲甲基基支支链链现现已已从从石石油油中中分分离离出出多多种种异异戊戊二二烯烯型型化化合合物物，，其其总总量量达达石石油油的的0.5%0.5%其其中中研研究究和和应应用用较较多多的的是是2,6,10,14-2,6,10,14-四四甲甲基基 十十 五五 烷烷 （（ 姥姥 鲛鲛 烷烷 ）） 和和2,6,10,14-2,6,10,14-四四甲甲基基十十六六烷烷（植烷）异戊二烯烃同系列立体化学结构图异戊二烯烃同系列立体化学结构图 腾浇经琢炊泌于变登渤伐栽蒋臭培魏涤哀段陷琉冲剁纱炎掐椎肄剃值暴猩第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水   环环烷烷烃烃在在石石油油中中所所占占的的比比例例为为20-40%，，平平均均30%左左右右低低分分子子（（＜＜C10））的的环环烷烷烃烃，，尤尤以以环环戊戊烷烷(C5-五五员员环环））和和环环己己烷烷（（C6-六六员员环环））及及其其衍衍生生物物是是石石油油的的重重要要组组成成部部分分，，且且一一般般环环巳巳烷烷多多于于环环戊戊烷烷(。

中中等等到到大大分分子子量量（（C10-35））的的环环烷烷烃烃(可可以以是是单单环环到到六六环环石石油油中中环环烷烷烃烃以以单单环环和和双双环环为为主主，，占占石石油油中中环环烷烷烃烃的的50-55%，，三三环环约约占占20%，，四四环环以以上上占占25%左左右右在在石石油油中中多多环环环环烷烷烃烃的的含含量量随随成成熟熟度度增增加加而而减减少少，，故故高高成成熟熟原原油油中中1-2环环的的环环烷烷烃显著增多烃显著增多常常温温压压下下，，环环丙丙烷烷（（C3H6））和和甲甲基基环环丙丙烷烷（（C4H8））为为气气态态，，除除此此之之外外所所有有其其它它单单环环环环烷烷烃烃均均为为液液态态，，两两环环以以上上（（＞＞C11））的的环环烷烃为固态烷烃为固态碌昧屈胚惹瘟直孔捏秉磋货寺九闹橇边葫夯润濒咀滦逃琅税拆笺兆识劝郸第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 （（2 2）不饱和烃）不饱和烃  石石油油中中的的不不饱饱和和烃烃主主要要是是芳芳香香烃烃和和环环烷烷-芳芳香香烃烃，，平平均均占占原原油油重重量的量的20-45%  石石油油中中已已鉴鉴定定出出的的芳芳香香烃烃，，根根据据其其结结构构不不同同可可以以分分为为单单环环、、多多环和稠环三类。

环和稠环三类   单环芳烃包括苯单环芳烃包括苯、甲苯、二甲苯、甲苯、二甲苯等   多环芳烃有多环芳烃有联苯、三苯甲烷联苯、三苯甲烷等  稠稠环环芳芳烃烃包包括括萘萘（（二二环环稠稠合合）），，蒽蒽和和菲菲（（三三环环稠稠合合））以以及及苯苯并并蒽和屈（四环稠合）蒽和屈（四环稠合）缨莽杖追罚逼牌夯圭飘型虽蹬鹰禄奶摇纂歉间每钳祖焰疫翅蓖橙筷沼批霄第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 芳香烃在石油中以苯、萘、菲三种化合物含量最多，其主要芳香烃在石油中以苯、萘、菲三种化合物含量最多，其主要分子也常常是以烷基的衍生物出现如前者通常出现的主要是分子也常常是以烷基的衍生物出现如前者通常出现的主要是甲苯，而不是苯甲苯，而不是苯      环烷环烷-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在一起石油中最丰富的环烷稠合在一起石油中最丰富的环烷-芳香烃是两环构成的茚满和芳香烃是两环构成的茚满和萘满以及它们的甲基衍生物而最重要的是四环和五环的环烷萘满以及它们的甲基衍生物而最重要的是四环和五环的环烷-芳烃，其含量及分布特征常用于石油的成因研究和油源对比。

芳烃，其含量及分布特征常用于石油的成因研究和油源对比因为它们大多与甾族和萜族化合物有关，因为它们大多与甾族和萜族化合物有关，而甾族和萜族化合物而甾族和萜族化合物是典型是生物成因标志化合物是典型是生物成因标志化合物米埔可塔琉释佑土暖鹅凤滥宰蚂缄酚裴势箍绞知撼匈棚必澳宵踢侗琼拄溯第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水2 2、石油中的非烃化合物、石油中的非烃化合物 石石油油中中的的非非烃烃化化合合物物是是指指除除C C、、H H两两种种主主要要元元素素外外，，还还含含有有硫硫或或氮氮或或氧氧，，亦亦或或金金属属原原子子（（主主要要是是钒钒和和镍镍））的的一一大大类类化化合合物物石石油油中中这这些些元元素素的的含含量量不不多多，，但但含含这这些些元元素素的的化化合合物物却却不不少少，，有有时时可可达达石石油油重重量量的的30%30%其中又主要是含硫、氮、氧的化合物其中又主要是含硫、氮、氧的化合物尸粘永吹绣穴堑凭槽五享沃筑恭桃篓磊赔柿浙秒匹递锄然瘟碟茵久辊触没第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（（1 1）含硫环合物）含硫环合物 硫是碳和氢之后的第三个重要元素，含硫的化合物也硫是碳和氢之后的第三个重要元素，含硫的化合物也最为多见。

目前石油中已鉴定出的含硫化合物将近最为多见目前石油中已鉴定出的含硫化合物将近100100种，种，多呈硫醇、硫醚、硫化物（多呈硫醇、硫醚、硫化物（H H2 2S S）和噻吩（含硫的杂环化）和噻吩（含硫的杂环化合物的形式存在，在重质石油中含量较为丰富合物的形式存在，在重质石油中含量较为丰富 鸿庶蓑摄衰湖轰量曰率维滞歪浇触壬蓟厦撰烘搔失腆禽挣组钎漠胁过帕擒第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（（2 2）含氮化合物）含氮化合物 石油中含氮化合物较为少见，平均含量小于石油中含氮化合物较为少见，平均含量小于0.1%0.1%目前从石油中分离出来的含氮化合物有目前从石油中分离出来的含氮化合物有3030多种，主要是多种，主要是以含氮杂环化合物形式存在以含氮杂环化合物形式存在其中以含钒和镍的金属卟其中以含钒和镍的金属卟啉化合物最为重要啉化合物最为重要 原油中的卟啉类型与沉积环境有密切关系，海相石原油中的卟啉类型与沉积环境有密切关系，海相石油富含钒卟啉，而陆相石油富含镍卟啉油富含钒卟啉，而陆相石油富含镍卟啉令它咋诫板秀麦悟翅镜搽迅屋齐踊芳拢审粉舔瞥旭鬼锁烂玉帜妻浊讣恼藻第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水叶绿素（叶绿素（A）与原油中的卟啉（）与原油中的卟啉（B）、植烷（）、植烷（Ph）、姥鲛）、姥鲛烷烷(Pr)结构比较图结构比较图（（G.D.Hobsoh  etc.,1981））协荆莲俩孙葫敲计罕堕农秋案高滓弊宴肿赵墒半纲尉熊地匣轩武乓背娱超第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（（3 3）含氧化合物）含氧化合物 石石油油中中含含氧氧化化合合物物已已鉴鉴定定出出5050多多种种。

包包括括有有机机酸酸、、酚酚和和酮酮类类化化合合物物其其中中主主要要是是与与酸酸官官能能团团－－COOHCOOH有有关关的的有有机机酸酸，，有有C C1-241-24的的脂脂肪肪酸酸，，C C5-105-10的的环环烷烷酸酸，，C C10-1510-15的的类类异异戊戊二二烯烯酸酸石石油油中中的的有有机机酸酸和和酚酚（（酸酸性性））统统称称石石油油酸酸，，其其中中以以环环烷烷酸酸最最多多，，占占石石油油酸酸的的95%95%，，主主要要是是五五员员酸酸和和六六员员酸酸几几乎乎所所有有石石油油中中都都含含有有环环烷烷酸酸，，但但含含量量变变化化较较大大，，在在0.03-1.9%0.03-1.9%之之间间环环烷烷酸酸易易与与碱碱金金属属作作用用生生成成环环烷烷酸酸盐盐，，环环烷烷酸酸盐盐又又特特别别易易溶溶于于水水因因此此地地下下水水中中环环烷烷酸酸盐的存在是找油的标志之一盐的存在是找油的标志之一猩技允挤函斩库敛暑赚疑槐菊扳饶候涂危非甥程郁渊几滴请罚纺诞樟邻若第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（三）、石油的馏份（三）、石油的馏份 石石油油是是数数以以百百计计的的若若干干种种烃烃类类和和非非烃烃有有机机化化合合物物的的混混合合物物，，每每种种化化合合物物都都有有自自己己的的沸沸点点和和凝凝点点。

石石油油的的馏馏分分就就是是利利用用组组成成石石油油的的化化合合物物各各自自具具有有不不同同沸沸点点的的特特性性，，通通过过对对原原油油加加热热蒸蒸馏馏，，将将石石油油分分割割成成不不同同沸沸点点范范围围的的若若干干部部分分，，每每一一部部分分就就是是一一个个馏馏分分分分割割所所用用的的温温度度区区间间（（馏馏程程））不不同同，，馏馏出出物（馏分）有所差异（表）物（馏分）有所差异（表） 叛荷刽送窒蜀坐谤舟狙坷绩曼隅咳峻哗戒聘擞巳油啼塔阑襟放讲繁只左吃第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The approximate distillation range of petroleum products  馏馏分分轻馏分轻馏分(低沸馏分低沸馏分)中馏分（中沸馏分）中馏分（中沸馏分）重馏分（高沸馏分）重馏分（高沸馏分）石油气石油气(醚醚)汽油汽油煤油煤油柴油柴油重瓦重瓦斯油斯油润滑油润滑油渣油渣油温温度度(℃)＜＜35（＜（＜40））35-190（（40-180））190-260（（180-230））260-320（（230-405））320-360360-530（（405-515））＞＞530（＞（＞515））     嗅筹犁菱配舞誉册镭钠午硝锥比攀品拴楔羹钙旦桐贰言吕谓光睛源驯蹋丢第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（四）、（四）、 石油的组份石油的组份 石石油油组组分分分分析析是是过过去去在在石石油油研研究究中中曾曾广广泛泛使使用用的的一一种种方方法法。

它它是是利利用用有有机机溶溶剂剂和和吸吸附附剂剂对对组组成成石石油油的的化化合合物物具具有有选选择择性性溶溶解解和和吸吸附附的的性性能能，，选选用用不不同同有有机机溶溶剂剂和和吸吸附附剂，将原油分成若干部分，每一部分就是一个组分剂，将原油分成若干部分，每一部分就是一个组分掂启杉夸诊腰吗炬货将诚婿萎呐呵盆嚼渐峨浆在章坡吐蟹专躯萝肄敌晓劣第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 一般在作组分分析之前，先对原油进行分馏，去掉低于一般在作组分分析之前，先对原油进行分馏，去掉低于210℃210℃的轻馏分，切取＞的轻馏分，切取＞210℃210℃的馏分进行组分分析的馏分进行组分分析 凡能溶于氯仿和四氯化碳的组分称为油质，凡能溶于氯仿和四氯化碳的组分称为油质，它们是石油中极性它们是石油中极性最弱的部分，其成分主要是饱和烃和一部分低分子芳烃最弱的部分，其成分主要是饱和烃和一部分低分子芳烃 溶于苯的组分称为苯胶质，溶于苯的组分称为苯胶质，其成分主要是芳烃和一些具有芳环其成分主要是芳烃和一些具有芳环结构的含杂元素的化合物（主要为含结构的含杂元素的化合物（主要为含S S、、N N、、O O的多环芳烃）。

的多环芳烃） 用酒精和苯的混合液（或其它极性更强的如甲醇、丙酮等）作用酒精和苯的混合液（或其它极性更强的如甲醇、丙酮等）作溶剂，可以得到酒精溶剂，可以得到酒精- -苯胶质（或其它相应组分），此类胶质的成苯胶质（或其它相应组分），此类胶质的成分主要是含杂元素的非烃化合物分主要是含杂元素的非烃化合物 用石油醚分离，用石油醚分离，溶于石油醚的部分是油质和胶质剩下不溶于溶于石油醚的部分是油质和胶质剩下不溶于石油醚的组分（但可溶于苯、二硫化碳和三氯甲烷等中性有机溶剂，石油醚的组分（但可溶于苯、二硫化碳和三氯甲烷等中性有机溶剂，呈胶体溶液，可被硅胶吸附）为沥青质；呈胶体溶液，可被硅胶吸附）为沥青质；后者是渣油的主要组分，后者是渣油的主要组分，其主要成分是结构复杂的大分子非烃化合物其主要成分是结构复杂的大分子非烃化合物户涩镁窍拼竿剖酒腊皮浪睹忆沸曙仅镀餐疼已氏排牺成诲蹿燎达院宏胆唁第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水组分(溶剂分离) 族分(热色谱鉴定) 馏份(热分裂)u油质油质u苯胶质苯胶质u酒精苯胶质酒精苯胶质u沥青质沥青质u饱和烃饱和烃 u芳香烃芳香烃u非烃非烃u沥青质沥青质u汽油汽油u煤油煤油u柴油柴油u重油沥青重油沥青篱菱朽如涩腰幕涡园渣凯书绘败歪酚华踊做溶瘴果峻冶株芳蒜坊催咖塔柞第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 石石油油的的分分类类常常因因目目的的（（用用途途））不不同同而而采采用用的的参参数数各各异异。

目目前前石石油油地地质质学学上上较较为为流流行行的的是是蒂蒂索索和和威威尔尔特特（（19781978））提提出出的的分类下面对该分类作一简单介绍下面对该分类作一简单介绍 该该分分类类主主要要是是依依据据原原油油中中各各烃烃类类的的含含量量比比例例关关系系，，以以烷烷（（石石蜡蜡））烃烃、、环环烷烷烃烃、、芳芳烃烃+S+S、、N N、、O O化化合合物物三三个个参参数数作作为为三三个个端端元元，，采采用用三三角角图图解解来来划划分分原原油油类类型型注注意意该该方方案案中中所所用用参数是原油中沸点＞参数是原油中沸点＞210℃210℃馏分的分析数据馏分的分析数据     该该方方案案是是考考虑虑到到饱饱和和烃烃含含量量对对于于石石油油性性质质有有重重大大影影响响，，且且饱饱和和烃烃分分布布上上在在50%处处为为两两个个众众数数的的最最小小值值，，可可以以明明显显地地将将芳香型原油与石蜡型芳香型原油与石蜡型-环烷型原油分开（图）环烷型原油分开（图）二、二、 Classification of petroleum Classification of petroleum医化矿岁鸡亏躁闰社给玩描欢粕鲸孔暑氖眺比笨寄背原逝的姻赚延爷几赖第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水  熟邯喊朵屉忧联通忌锡铡嚏雅劝滨措渊潭疹蚁干帅敝体须洋蒙秽逞候啤薯第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水在＞在＞210℃石油馏分中的浓度石油馏分中的浓度石油类型石油类型石油中硫的含量石油中硫的含量（近似值）（近似值）每一类样品的每一类样品的数目数目S＞＞50% AA＜＜50%P＞＞N 且且P＞＞40%石蜡型石油石蜡型石油＜＜1%100P≤40%且且N≤40%石蜡石蜡-环烷型石环烷型石油油217N＞＞P且且N≥40%环烷型石油环烷型石油21S≤50% AA≥50%P＞＞10%芳香芳香-中间型石中间型石油油＞＞1%126P≤10%N≤25%芳香芳香-沥青型石沥青型石油油41The classification table of The classification table of petroleumpetroleumS=饱和烃饱和烃   AA=芳香烃芳香烃+胶质胶质+沥青质沥青质    P=石蜡烃石蜡烃N=环烷烃环烷烃样品总数样品总数=541 骗帅漆舱钝瞄撅喜蝎蹲逾继息择婚计猿再追话酪索稻荤露踏鹊否训挥未号第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 海陆相石油的特征有着明显的区别，主要有如下几个方面：海陆相石油的特征有着明显的区别，主要有如下几个方面： 石油类型石油类型(type of petroleum)(type of petroleum) 含蜡量含蜡量(wax content)(wax content) 含硫量含硫量(sulfur content)(sulfur content) 钒、镍含量与比值钒、镍含量与比值(content and ratio(content and ratio Vanadium and Nickel Vanadium and Nickel）） 碳稳定同位素的分布碳稳定同位素的分布(distribution of(distribution of carbon stable isotope) carbon stable isotope) 三、三、 Basic distinguish of marine and continental petroleum拴昧肯段苹窝睫毯唆焦倍嘉校登啤沾悟均陈骄陕即书缴旋愤是翁息琶芥哉第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（一）、（一）、The types of petroleumThe types of petroleum 海相石油以芳香海相石油以芳香- -中间型和石蜡中间型和石蜡- -环烷型为主环烷型为主(Marine (Marine petroleum gives priority to the types of aroma-middle petroleum gives priority to the types of aroma-middle and paraffin-naphthene) and paraffin-naphthene) ，饱和烃占石油的，饱和烃占石油的25-70%25-70%，芳烃，芳烃占总烃的占总烃的25-60%25-60%。

陆相石油以石蜡型为主，部分为石蜡陆相石油以石蜡型为主，部分为石蜡- -环烷型环烷型(Continental petroleum gives priority to paraffin (Continental petroleum gives priority to paraffin type and acts paraffin-naphthene in part)type and acts paraffin-naphthene in part)，饱和烃占石，饱和烃占石油的油的60-90%60-90%，芳烃占总烃的，芳烃占总烃的10-20%10-20% 皆翁洪防疲柔垣肖虽茸泻屏傣锭悬拄羚椰棒钉旭窜惜七感塑盗挺灼久痊抛第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（二）、（二）、Wax contentWax content 含蜡量高是陆相石油的基本特征之一含蜡量高是陆相石油的基本特征之一(The high wax (The high wax content is one of basic characters in continental content is one of basic characters in continental petroleum) petroleum) 。

In the worldIn the world，，高蜡石油都产于陆相环境中高蜡石油都产于陆相环境中   In our countryIn our country，根据陆相石油的分析资料，含蜡量（，根据陆相石油的分析资料，含蜡量（wax wax content)content)普遍大于普遍大于5%5%，一般为，一般为10-30%10-30%，个别可达，个别可达40%40%以上，以上，而而海相石油含蜡量均小于海相石油含蜡量均小于5%5%，一般仅，一般仅0.5-3%(It is less than 0.5-3%(It is less than 5% in marine petroleum5% in marine petroleum，，commonly only 0.5-3%)commonly only 0.5-3%) 插喊光膘浦消恩扭拘壹焕惟办簇烹拎接千信佬皿持脐渊铱蔼憾讳职妒鞘鸿第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（三）、（三）、Sulfur contentSulfur content 海相石油一般为高硫石油，而陆相石油一般为低硫石海相石油一般为高硫石油，而陆相石油一般为低硫石油油(Marine petroleum is common high sulfur(Marine petroleum is common high sulfur，，but but continental does in contrast)continental does in contrast)。

含硫量主要与蒸发盐或含硫量主要与蒸发盐或碳酸盐母岩的沉积环境（主要是盐度）有关碳酸盐母岩的沉积环境（主要是盐度）有关氮邵轿耕陈星翰亩预檀峡廓跪齿过榨瓤劳祷团搐宾荔玛树庞抬诸擞客恐酮第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（四）、（四）、Content and ratio of trace Content and ratio of trace element Vanadium and Nickelelement Vanadium and Nickel 石油中钒、镍的含量和比值也是海陆相石油的区别之一石油中钒、镍的含量和比值也是海陆相石油的区别之一(Content and ratio of trace element Vanadium(Content and ratio of trace element Vanadium、、Nickel Nickel are one of distinctions for marine and continental are one of distinctions for marine and continental petroleum)petroleum)。

海相石油中钒、镍含量高，且海相石油中钒、镍含量高，且V/NiV/Ni＞＞1 1；而陆；而陆相石油中钒、镍含量较低，且相石油中钒、镍含量较低，且V/NiV/Ni＜＜1 1此外，钒、镍主要此外，钒、镍主要存在于卟啉类化合物中，海相石油富含钒卟啉，而陆相石油存在于卟啉类化合物中，海相石油富含钒卟啉，而陆相石油富含镍卟啉富含镍卟啉篱轩违驰焕寸恍嗣谰捉僚接截馅院仔鉴幂惭摆痒鼓值挪摇波乔胜梁潜和蹋第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（五）、（五）、The Distribution of Carbon The Distribution of Carbon Stable IsotopesStable Isotopes       海陆相石油的碳稳定同位素组成也有明显差别海陆相石油的碳稳定同位素组成也有明显差别      据廖永胜（据廖永胜（1982）统计，）统计，第三系海相石油的第三系海相石油的δ13C值一般值一般大于大于-27‰，而陆相石油的，而陆相石油的δ13C值一般小于值一般小于-29‰不同时代不同时代海、陆相石油的海、陆相石油的δ13C值可有一定幅度的变化，但两者的差值可有一定幅度的变化，但两者的差别仍是基本的。

别仍是基本的街撩挨货慌醚碟乾操熙个瞩核胳燥矫付迸席俄贪喜窄游颂崔添惺纫持研资第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水四、四、 Physical properties of Physical properties of petroleumpetroleum§热值 §导电性§旋光性§萤光性§蒸发与挥发§凝固和液化§溶解性 §粘度§比重和密度§颜色史妖俗画灌狂釉渐抢比秘烹短河斜炼咽沥巩卢情稀爹知扶渭豫学苔蟹芥鸡第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（一）、（一）、ColorsColors 在透射光下石油的颜色可以呈淡黄、褐黄、深褐、淡红、在透射光下石油的颜色可以呈淡黄、褐黄、深褐、淡红、棕色、黑绿色及黑色等色棕色、黑绿色及黑色等色原油颜色的深浅主要取决于胶原油颜色的深浅主要取决于胶质、沥青质的含量其含量愈高，则颜色愈深质、沥青质的含量其含量愈高，则颜色愈深(Colors of (Colors of crude oils lie on the contents of colloidcrude oils lie on the contents of colloid、、pitchpitch。

The more contents areThe more contents are，，the deeper colors are.)the deeper colors are.) 鲍荐詹仅六筏撮汁棋此题膳镭瞎操壮房殿旋蒲创搁申拣汽蔼恳土瞒睦括扬第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（二）、（二）、Specific gravities and densitiesSpecific gravities and densities 液态石油的比重，在我国和前苏联是指在101325Pa下，20℃（或15.5℃）石油与4℃纯水单位体积的重量比欧、美各国则是用101325Pa下，60℉（15.55℃）石油与4℃纯水单位体积的重量比，通常称之为API度在国际石油贸易中常以API度为单位 石油比重一般介于0.75-0.98之间通常把比重大于0.9的称为重质石油，小于0.9的称为轻质石油In the world，原油大多为轻质石油；重质石油居次要地位比重最大的可达1.0以上，这种石油用一般方法难于开采 铸异犬甲坟窖麦污壶霜求羞请觉碌搐灸修昭盖缮造范迂遏餐挎供恫割先代第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水     密度是单位体积物质的质量（density is qualities of substance in a volume)。

密度单位形式上与比重差别不大，一般用g/ml或g/cm3密度与物质本身的成分和体积变化相关液体石油的体积，在常压下随温度升高而增大     地下石油的密度不仅与温度压力有关，还与溶解气量有关，且后者才是影响石油密度的本质因素溶解气量增加则密度降低地表和地下温、压条件不同，不仅影响石油体积，更主要的是由于溶解气量的差异，导致石油物质组成的差异，实质上是改变了石油的质量地下石油含有较多的溶解气，是地下石油密度较地表石油密度低的根本原因(fundament cause) 眉订搏髓袒掳症昧澡拓盾售典面黄鹊见减碴纽方为花弹腆裕艘橡捎至鳃戮第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The expansion coefficient of differ specific gravities petroleum 比重API度平均膨胀系数（体积/单位体积1oF）0.67780.0080.67-0.7278-650.0070.72-0.7764-510.0060.78-0.8550-350.0050.85-0.9734-150.0040.97-1.07814-0堆搽服律经哼扳烃牢植使座替盯钉双暂锗榨舅伊袁菱驳蔑味昌刘魔菜阉豪第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水缉野猿氛小堵酌酵桶捆埠厢哀侮骤砍航趣莲迅悲纲憋沂宇腺谐饯徊恶疗铅第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（三）、（三）、ViscositiesViscosities        粘度是反映流体流动难易程度的一个物理参数。

粘度是反映流体流动难易程度的一个物理参数粘度值实质上粘度值实质上是反映流体流动时分子之间相对运动所引起内摩擦力的大小粘度是反映流体流动时分子之间相对运动所引起内摩擦力的大小粘度大则流动性差，反之则流动性好大则流动性差，反之则流动性好石油粘度是制定石油开发方案、石油粘度是制定石油开发方案、油井动态分析及石油储运都必须考虑的重要参数粘度分为动力粘油井动态分析及石油储运都必须考虑的重要参数粘度分为动力粘度、运动粘度和相对粘度度、运动粘度和相对粘度 石石油油地地质质学学上上通通常常所所用用的的粘粘度度多多指指动动力力粘粘度度石石油油粘粘度度大大小小主主要要取取决决于于其其化化学学组组成成，，小小分分子子的的烷烷烃烃、、环环烷烷烃烃含含量量高高，，粘粘度度就就低低；；而石蜡、胶质、沥青质含量高，粘度就高而石蜡、胶质、沥青质含量高，粘度就高     石石油油粘粘度度随随温温度度升升高高、、溶溶解解气气量量增增加加而而降降低低因因此此，，地地下下石石油油的的粘粘度度常常低低于于地地表表在在地地下下1,500-1,700m处处，，石石油油的的粘粘度度通通常常仅仅为为地地表的一半表的一半  拱吧淳惺遇袖弦识茂决喇缄让奖降像骆晰杂最尘愧公槐控捅壳色曳墟踪催第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（四）、（四）、DissolutionsDissolutions 石石油油能能溶溶于于多多种种有有机机溶溶剂剂。

如如氯氯仿仿、、四四氯氯化化碳碳、、苯苯、、醚醚等等石石油油是是多多种种有有机机化化合合物物的的混混合合物物，，实实际际上上各各种种化化合合物物都都可可以以看看作作是是有有机机溶溶剂剂，，换换言言之之，，各各成成分分之之间间具具有有互互溶溶性性其其中中轻轻质质组组分分对对重重质质组组分分的的溶溶解解作作用用可可能能更更明明显显些些，，也也更更容易理解有可能这种溶解作用正是重质组分得以实现运移的有效途径容易理解有可能这种溶解作用正是重质组分得以实现运移的有效途径 石石油油在在水水中中的的溶溶解解度度一一般般很很低低，，通通常常随随分分子子量量的的增增加加很很快快变变小小，，但但随随不不同同烃烃类类化化学学性性质质的的差差异异而而有有很很大大的的差差别别其其中中芳芳烃烃的的溶溶解解度度最最大大，，可可达达数数百百到到上上千千PPmPPm；；环环烷烷烃烃次次之之，，一一般般为为14-150PPm14-150PPm；；烷烷烃烃最最低低，，仅仅几几个个到到几几十十个个PPmPPm在在碳碳数数相相同同时时，，一一般般芳芳香香烃烃的的溶溶解解度度大大于于链链烷烷如如巳巳烷烷、、环环巳巳烷烷和和苯苯分分别别为为9.59.5、、6060和和1,750mg/l1,750mg/l，差别是非常明显的。

苯和甲苯是溶解度最大的液态烃差别是非常明显的苯和甲苯是溶解度最大的液态烃     当当压压力力不不变变时时，，烃烃在在水水中中的的溶溶解解度度随随温温度度升升高高而而变变大大芳芳香香烃烃更更明明显显但但随随含含盐盐度度和和压压力力的的增增大大而而变变小小（（McAULIFFE，，1979））当当水水中中饱饱和和CO2和和烃烃气气时，石油的溶解度将明显增加时，石油的溶解度将明显增加贷害毋贱锻歇突畔钞湘蜜楼摧赤谈犹风怨叶类弘镑且咀丝娠涯肺牡宅容滚第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（五）、（五）、Solidifications and liquescenceSolidifications and liquescence 石石油油的的凝凝固固和和液液化化温温度度没没有有固固定定的的数数值值在在凝凝固固和和液液化化之之间间可可以以出出现现中中间间状状态态富富含含沥沥青青的的石石油油在在温温度度降降低低时时无无明明显显凝凝固固现现象象石石油油的的凝凝固固点点与与粘粘度度和和重重质质石石蜡蜡的的含含量量有有关关，，尤尤其其与与后后者者关关系系密密切切富富石石蜡蜡的的石石油油在在温温度度下下降降到到结结蜡蜡点点时时，，即即伴伴随随石石蜡蜡晶晶出出而而出出现现凝凝固固现现象象；；高高粘粘度度原原油油一一般般富富含含石石蜡蜡，，10℃10℃左左右右便便会会变变成成粘粘糊糊状状或或固固体体状状；；石石油油凝凝固固点点的的高高低低与与含含蜡蜡量量及及烷烷烃烃碳碳原原子子数数具具有有正正相相关关性性。

凝凝固固点点高高的的原原油油容容易易使使井井底底及及油油管管结结蜡蜡，，给给采采油油增增加加困困难难轻轻质质石石油油凝凝固固点点很很低低，，所所以以一一般般低低凝凝固点的石油为优质石油固点的石油为优质石油 橇札炕沈瞳箩仍磷谎酌去阮迫诬换曹弄礁扰盖岁冲韵饮文要蜀荚通龙拧翘第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（六）、（六）、Evaporations and volatilizationsEvaporations and volatilizations 蒸发和挥发都是指在常温常压下液体表面汽化的现象蒸发和挥发都是指在常温常压下液体表面汽化的现象二二者可视为同义词蒸发侧重于汽化现象本身，而挥发则是侧重者可视为同义词蒸发侧重于汽化现象本身，而挥发则是侧重于表述这种现象的动态过程和结果石油蒸发时轻组分优先逸于表述这种现象的动态过程和结果石油蒸发时轻组分优先逸出；而通常石油的挥发性即指其轻组分以气体形式离开石油散出；而通常石油的挥发性即指其轻组分以气体形式离开石油散发掉的现象和事实；其结果同是使石油的比重增大发掉的现象和事实；其结果同是使石油的比重增大憋笛复拄贾祟拄驭旗阴聋肘详脑指俞奋帅韭驼利烯锻邱睹垮滇报宜淌饲乍第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 （七）、（七）、FluorescencesFluorescences 石石油油在在紫紫外外光光照照射射下下可可产产生生发发萤萤光光的的特特性性称称为为萤萤光光性性。

石石油油中中只只有有不不饱饱和和烃烃及及其其衍衍生生物物具具有有萤萤光光性性这这是是因因为为它它们们能能吸吸收收紫紫外外光光中中波波长长较较短短、、能能量量较较高高的的光光子子，，随随后后放放出出波波长长较较长长而而能能量量较较低低的的光光子子，，产产生生萤萤光光饱饱和和烃烃不不发发萤萤光光萤萤光光性性可可能能与与存存在在双双键键有有关关萤萤光光色色随随不不饱饱和和烃烃及及含含双双键键的的非非烃烃浓浓度度和和分分子子量量增增加加而而加加深深芳芳烃烃呈呈天天蓝蓝色色，，胶胶质质为为黄黄色色，，沥沥青青质质为为褐褐色色利利用用石石油油具具有有萤萤光光性性，，可可以以用用紫紫外外灯灯鉴鉴定定岩岩石石中中微微量量石石油油和和沥沥青青类类物物质质的的存存在在在在有有机机溶溶剂剂中中只只要要含含有有10-510-5沥沥青青类类物物质质即即可可被发现 恕煽佛坛簿锰敷趴忿控耶蒲琴扶杉尧变刊押示蚀暑缸育云氦绷冈芦唾孰盆第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（八）、（八）、Rotary polarizationRotary polarization           大多数石油都具有旋光性，即石油能使偏振光的振动面旋转大多数石油都具有旋光性，即石油能使偏振光的振动面旋转一定角度的性能。

石油的旋光角一般是几分之一度到几度之间一定角度的性能石油的旋光角一般是几分之一度到几度之间绝大多数石油的旋光角是使偏振面向右旋移而成，仅有少数为左绝大多数石油的旋光角是使偏振面向右旋移而成，仅有少数为左旋石油的旋光性主要与组成石油的化合物结构上存在不对称碳旋石油的旋光性主要与组成石油的化合物结构上存在不对称碳原子（又称原子（又称手征碳原子或手征中心手征碳原子或手征中心）有关    而通常存在而通常存在手征手征碳碳原子的甾、萜类化合物是典型的生物成因标志化合物因此原子的甾、萜类化合物是典型的生物成因标志化合物因此旋光旋光性可以作为石油有机成因的重要证据之一（性可以作为石油有机成因的重要证据之一（Rotary polarization acts one of importance evidences as organic cause of petroleum)镣镣媚瞒唉蛰缅饥檀追憋纵灭隋钮鼠述垮等糜绽秉乐插绣邮辖腾描宗随窥第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（九）、（九）、ConductionsConductions 石石油油及及其其产产品品具具有有极极高高的的电电阻阻率率(Petroleum (Petroleum and and its its products products are are high high than than kite kite conductions)conductions)，，石石油油的的电电阻阻率率为为109-1016Ω109-1016Ω·m m，，与与高高矿矿化化度度的的油油田田水水（（电电阻阻率率为为0.02-0.02-0.1Ω0.1Ω·m m））和和沉沉积积岩岩（（1-104Ω1-104Ω·m m））相相比比，，可可视视为为无无限限大大。

石石油油及及其其产产品品都都是是非非导导体体(So (So petroleum petroleum and and its its products products are all non-conductors)are all non-conductors)昆自阶踊烫间孝瑚消侦兜陈烽鼓琉巡乍泼窍慷眼屠座型忙忆凶喜舟恐较疡第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（十）、（十）、Thermal valuesThermal values 石油作为重要的能源，其主要经济价值就在于它的热能石油作为重要的能源，其主要经济价值就在于它的热能(As important energy sources(As important energy sources，，the main economic the main economic values rest with thermal values of petroleum)values rest with thermal values of petroleum)石油的石油的热值因石油的品质差别而有所差异，比重在热值因石油的品质差别而有所差异，比重在0.7-0.8kg/l0.7-0.8kg/l的原的原油为油为44.5-47MJ/kg44.5-47MJ/kg；比重为；比重为0.8-0.9kg/l0.8-0.9kg/l的原油为的原油为43-43-44.5MJ/kg44.5MJ/kg；比重为；比重为0.9-0.95kg/l0.9-0.95kg/l的原油为的原油为42-43MJ/kg42-43MJ/kg。

与煤与煤比较（煤的热值为比较（煤的热值为22-32MJ/kg22-32MJ/kg），大约），大约1.51.5吨煤的热值才相当吨煤的热值才相当于于1 1吨石油拳襄刘交氢钟描坎珠悠赚久号利错恿象田辅必特惮裙檀钩日仁游吻娄妹烽第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水Section 2 Natural Gases 天天然然气气是是一一种种高高效效、、高高能能、、低低污污染染的的特特殊殊能能源源，，从从广广义义上上理理解解，，是是指指自自然然界界天天然然存存在在的的一一切切气气体体（（Natural Natural gases gases is is one one of of special special energy energy sources sources having having high high effecteffect、、high high powerpower、、low low contamination;in contamination;in broad broad sense sense ,it ,it includes wholeness gases existing in the nature)includes wholeness gases existing in the nature)。

根根据据其其存存在在的的环环境境，，索索柯柯洛洛夫夫（（В.А.СΟКΟЛΟВВ.А.СΟКΟЛΟВ，，19711971）将天然气分为八类）将天然气分为八类( (表表) ) 馅钨痹拄图逝追廷蚀亡咐土椎稠塞绰烂饥墨垛广芯蜗眯适炕珊铺移庆炉洪第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The classification of natural gases气体类型（按存在环境分类）基本化学成分Ⅰ、大气N2，O2Ⅱ表层沉积物中气a.土壤及底土气CO2，N2，O2b.沼泽及泥炭中气CH4，CO2，N2c.海底沉积中的气CO2，CH4，N2d.气水合物CH4（C2H6，C3H8）·nH2OⅢ沉积岩的气a.油田气CH4，C2+，N2，CO2b.气田气CH4，N2，CO2c.煤油气CH4d.分散吸附气CO2，CH4e.地层水中的溶解气（水溶气）CO2，CH4                                      Ⅳ、海洋中溶解气CO2，N2Ⅴ、变质岩中气CO2，N2，H2Ⅵ、岩浆岩中气CO2，H2Ⅶ地幔排出气a.熔岩喷出气CO2，H2，SO2，HCl，HFb.大洋中脊喷出气CO2，H2，H2S，SO4，CH4c.深断裂气CH4，H2d.温泉气CO2，CH4Ⅷ、宇宙气H2，H，He廉兔危猜笛伎津疲所木禾缠福扼昨热藏私轴绿先吃诗妻膜昔怔颤稠舵硬镜第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水       实际上实际上(In practice)，目前研究较为充分的是以沉，目前研究较为充分的是以沉积岩为主体的地壳上部岩石圈中的天然气，特别是以积岩为主体的地壳上部岩石圈中的天然气，特别是以烃类为主的气藏和油气藏中的天然气（偶然发现的非烃类为主的气藏和油气藏中的天然气（偶然发现的非烃气藏仅作为附带）。

因此，在石油及天然气地质学烃气藏仅作为附带）因此，在石油及天然气地质学中研究的主要对象是中研究的主要对象是地壳上部岩石圈中地壳上部岩石圈中(in lithosphere  of the top earth’s crust)以烃类为主的天然气以烃类为主的天然气房舟斟闹堡讼娜切妥当穷坍像但穆龚隶凳捏迄疹官迁账些掺癌仿阮穴桥册第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水一、一、 Type of natural Gases Type of natural Gases天天然然气气的的类类型型存在的相态存在的相态分布特点分布特点与石油产与石油产出出的关系的关系游游离离气气溶溶解解气气吸吸附附气气固固体体水水溶溶气气聚集型聚集型分散型分散型伴生气伴生气非伴生气非伴生气游游离离气气气气藏藏气气气气顶顶气气凝凝析析气气油油溶溶气气水水溶溶气气煤煤层层气气致致密密地地层层气气 气气水水合合物物匈碧划醉俺硅谦其遭蝗焕擦谊厌蔽驹握淆蔽哆车禹疑挝韩遏耻客赔刃冀幸第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水　　　　Hydrocarbons are main components of natural gases in natural gas (petroleum) pools)。

通常以甲烷占优势，并有数量不通常以甲烷占优势，并有数量不等的重烃气（等的重烃气（C2+）在某些石油伴生气（气顶气和油溶气）中，在某些石油伴生气（气顶气和油溶气）中，重烃气含量可以超过甲烷非烃气在绝大多数气藏气中为次要成重烃气含量可以超过甲烷非烃气在绝大多数气藏气中为次要成分，常见的非烃气有分，常见的非烃气有N2、、CO2、、H2S、、CO、、SO2、、H2、、Hg等，以等，以及痕量到微量的惰性气体如氦（及痕量到微量的惰性气体如氦（He）、氖（）、氖（Ne）、氩（）、氩（Ar）、氪）、氪（（Kr）、氙（）、氙（Xe）、氡（）、氡（Rn）等在某些气藏中非烃气体也可）等在某些气藏中非烃气体也可以成为主要成分，如以成为主要成分，如N2气藏、气藏、CO2气藏、气藏、H2S气藏等二、二、Chemical component of natural gases砚注甲松跑姬路萌傲励继廉犊量肄倦缆职羚夺羚就祭凹赋柠芋概桂摇德启第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 据据雅雅库库琴琴尼尼（（В.П.ЯКУЧеНИВ.П.ЯКУЧеНИ，，19761976））对对世世界界上上不不同同时时代代，，不不同同构构造造单单元元的的2,0002,000个个气气藏藏、、15,00015,000个个分分析析数数据据的的统统计计结结果果表表明明，，世世界界上上绝绝大大多多数数气气藏藏的的成成分分是是以以烃烃气气为为主主( (In In the the worldworld，，hydrocarbons are main components of natural gases in bulk natural gas pools)。

烃烃含含量量高高于于80%80%的的气气藏藏数数占占总总数数的的85%85%以以上上，，90%90%以以上上的的天天然然气气储储量量集集中中于于烃烃含含量量在在90%90%以以上上的的气气藏藏中中氮氮气气为为主主的的气气藏藏占占气气藏藏总总数数的的百百分分之之几几，，含含量量在在90%90%以以上上的的不不到到1%1%以以COCO2 2和和H H2 2S S为为主主的的气气藏藏也也不不足足气气藏藏总总数数的的1%1%世世界界上上若若干干有有代表性的地区和油气田中的天然气成分如表所示代表性的地区和油气田中的天然气成分如表所示 阂施豪止峰恼袋扬籍脆镀砸底再影僻吠戈束绑狗袭巨缓埃她刽万拳蔗烂劲第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The simple component table of natural gases in some petroleum and gas fields all over the world地区及油气田名称时代成              分CH4C2+CO2H2SN2其它前苏联西西北利亚气田K97.8-99.91痕量到0.8550.1-0.680-0.0040.45-1.690-.07阿塞拜疆凝析气田N91.3-97.931.58-8.660-0.5奥伦堡凝析气田P1—C381.55-91.0-3.21.3-4.52.4-7.4罗马什金油田D40.049.90.109.0美国胡果顿气田P74.311.40014.0潘汉得油气田Ar+P91.36.380.101.0中　国圣灯山气田P194.570.990.2402.430.02大庆油田K183.8213.00.110.58老君庙油田N64.935.00.1荷兰格罗宁根气田P181.33.50.3014.0北海英国赫威特气田本塔尔砂岩(T）83.198.390.080.028.4赫威特砂岩（T）92.135.490.0202.32.366法国拉克气田J3— K168.665.579.9215.520.33渡寇夕赌锤瘤砷断晦球轮呀屠对拙埋诣柱晦铭铱引令癸咨胯闲刨迁邮于侩第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水( (一）、一）、The hydrocarbon constituents ofThe hydrocarbon constituents of natural gases natural gases　　　　 天天然然气气的的烃烃类类组组成成一一般般以以甲甲烷烷为为主主，，重重烃烃气气次次之之(methane (methane in in first first placeplace，，weight weight hydrocarbon hydrocarbon in in second second place)place)。

重重烃烃气气以以C C2 2H H6 6和和C C3 3H H8 8最最为为常常见见；；>C>C4 4者者较较少少见见In In most most situationsituation，，含含量量随随碳碳数数增增加加而而减减少少；；但但在在有有的的气气藏藏中中也也可可见见C C3 3H H8 8和和C C4 4H H1010异异常常高高的的现现象象重烃气中重烃气中C C4 4-C-C7 7除正构烷烃外，有时还有少到微量环烷烃和芳烃除正构烷烃外，有时还有少到微量环烷烃和芳烃 一一般般常常根根据据重重烃烃气气的的含含量量将将天天然然气气划划分分为为湿湿气气和和干干气气(wet (wet gases gases and and dry dry gases)gases)但但不不同同学学者者所所用用的的参参数数、、量量值值及及具具体体的的划划分分方方案案不不尽尽相相同同在在天天然然气气地地质质学学上上常常用用重重烃烃气气含含量量5%5%作作为为划划分分干干气气和和湿湿气气的的界界限限，，C C2+2+≥5%≥5%称称为为湿湿气气，，C C2+2+＜＜5%5%称称为为干干气气典典型型的的湿湿气气和和干干气气以以及及欧欧、、非非、、美美洲洲若若干干有有商商业业价价值值的的天天然然气气烃烃类类组组成成如如表表所所示。

示县彬洗篙盾篆甜姻纯蒲蔗趁改匠违补炸否厦遍硅犬那隅更街斌血倪嗜尧耀第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水    天然气组成天然气组成% %（体积）（体积）资料资料来源来源CHCH4 4C C2 2H H6 6C C3 3H H8 8C C4 4H H9 9>C>C5 5H H1212非烃非烃 典型典型湿气湿气84.684.66.46.45.35.32.62.61.11.1  　　HeronHeron(964)(964)干气干气96.096.02.02.00.60.60.30.31.11.1利曼（英，北海）利曼（英，北海） 94.8 94.8 3.0 3.0 0.6 0.6 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 TiratsooTiratsoo(1979) (1979) 非洲非洲 利比亚利比亚 71.4 71.4 16.0 16.0 7.9 7.9 3.4 3.4 1.3 1.3 / / 阿尔及利亚阿尔及利亚 86.5 86.5 9.4 9.4 2.6 2.6 1.1 1.1 0.1 0.1 0.3 0.3 尼日利亚尼日利亚 88.1 88.1 6.3 6.3 2.1 2.1 0,3 0,3 1.1 1.1 2.1 2.1 圣弗朗西斯科圣弗朗西斯科（美，加州）（美，加州） 88.59 88.59 7.01 7.01 1.93 1.93 0.28 0.28 0.03 0.03 2.06 2.06 洛杉矶（美，加州）洛杉矶（美，加州） 86.5 86.5 8.0 8.0 1.9 1.9 0.3 0.3 0.2 0.2 3.1 3.1 华盛顿特区华盛顿特区 95.15 95.15 2.84 2.84 0.63 0.63 0.24 0.24 0.1 0.1 1.04 1.04 The hydrocarbon constituents of type dry gasThe hydrocarbon constituents of type dry gas、、wet gas and wet gas and natural gases in some area of Europenatural gases in some area of Europe、、AfricaAfrica、、AmericaAmerica奇杠漱村混徊厨翼觅诅滔弗供浆腾远酉脐饭扯亿桓沁白叙展报卡暖勒漱班第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 天然气的烃类组成变化很大天然气的烃类组成变化很大（（The hydrocarbon The hydrocarbon constitutions of natural gases change largely)constitutions of natural gases change largely)，，如我国如我国柴达木盆地聂中的气藏气，甲烷含量为柴达木盆地聂中的气藏气，甲烷含量为99.5%99.5%，重烃（，重烃（C C2 2H H6 6）含）含量仅量仅0.035%0.035%，，C C1 1/C/C2+2+为为28432843，，H/CH/C原子比为原子比为3.9993.999；而俄罗斯格罗；而俄罗斯格罗兹尼的石油伴生气，甲烷含量仅兹尼的石油伴生气，甲烷含量仅30.8%30.8%，重烃（，重烃（C C2 2H H6 6-C-C5 5H H1212）含量）含量却高达却高达69.2%69.2%，且其中，且其中C C3 3H H8 8-C-C5 5H H1212各占各占20%20%左右，相应地，左右，相应地，C C1 1/C/C2+2+为为0.4450.445，，H/CH/C原子比为原子比为3.023.02。

这两个例子可作为天然气烃类组成这两个例子可作为天然气烃类组成两个极端的代表，其差别是显而易见的两个极端的代表，其差别是显而易见的鹰回鲸榷溺斋跟抡抽俭塑缝聪氦乙岂勤驹救告广位祷抑甜敏谁赘蚁民凶魁第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水        影响天然气烃类组成的因素很多，成气原始有机质类型影响天然气烃类组成的因素很多，成气原始有机质类型(the type of organic source material for gas occurs)、、成气演化成气演化阶段阶段(the evolvement phase of gas occurs)、、产状类型产状类型( the mode of occurrence)、、保存条件保存条件( the preserve condition)以及次生变化以及次生变化(the secondary change)等都能影响其烃类组成等都能影响其烃类组成但从统计的角但从统计的角度来看，纯气藏的重烃气含量一般较低，多数不超过度来看，纯气藏的重烃气含量一般较低，多数不超过10%，石，石油伴生气的重烃气含量相对较高，凝析气居中前苏联学者油伴生气的重烃气含量相对较高，凝析气居中。

前苏联学者А.М.МaМИДОВ（（1967）曾对巴库及邻近地区大量天然气烃类）曾对巴库及邻近地区大量天然气烃类组成作过统计：石油伴生气组成作过统计：石油伴生气C2+平均含量为平均含量为10.2%，凝析气为，凝析气为5.47%，气田气为，气田气为2.25% 法内撒忿抛墅吁暑舌健贬诽醛梭章暂介处畏蛛深将茫葵羞府耗障豫把咕滩第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（（二二 ）） 、、 The The non-hydrocarbon non-hydrocarbon constituents constituents of of natural gasesnatural gases　　　　在在以以烃烃类类为为主主的的天天然然气气聚聚集集中中，，一一般般将将非非烃烃气气体体成成分分视视为为杂杂质质( (impurityimpurity) )但但有有的的非非烃烃气气体体含含量量达达到到一一定定的的品品位位也也具具有有很很高高的的经经济济价价值值，，应应予予以以足足够够的的重重视视；；同同时时，，研研究究非非烃烃气气体体，，对对了了解解天天然然气气的的形形成成、、运运移移等等也也有有重重要要意意义义。

因因此此我我们们有有必必要要对对天天然然气气中中的的非非烃烃气气体体有有所所认认识识天天然然气气（（主主要要是是气气藏藏气气））中中常常见见的的非非烃烃气气有有N2、、CO2、、H2S、、CO、、SO2、、H2、、Hg蒸蒸气气及及惰惰性性气气体体，，有有时时还还有有少少量量含含硫硫、、氮氮、、氧氧的的有有机机化化合合物物非非烃烃气气的的含含量量一一般般小小于于10%10%，，但但亦亦有有少少量量气气藏藏非非烃烃气气体体含含量量可可超超过过10%10%，，极极少少数数是是以以非非烃烃气气体体为为主主的的气气藏藏，，如如N N2 2气藏，气藏，CO2气藏，气藏，H2S气藏省色腺鼻桃镜涧渍啼埠甸葵掩跺顾评疮镣亢兜软龄颁碉睬行菏濒揉翰量逗第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 1.Carbon dioxide 1.Carbon dioxide（（COCO2 2）） COCO2 2是是一一种种无无色色、、无无臭臭、、略略带带酸酸味味、、有有一一定定毒毒性性的的气气体体大大多多数数气气藏藏几几乎乎总总含含有有COCO2 2 ，，我我们们总总希希望望COCO2 2含含量量越越低低越越好好。

但但COCO2 2可可以以为为主主形形成成气气藏藏聚聚集集起起来来的的COCO2 2也也有有其其经经济济意意义义世世界界上上已已发发现现的的COCO2 2气气藏藏，，大大部部分分在在地地史史上上或或近近代代为为火火山山活活动动地地带带在在美美国国、、俄俄罗罗斯斯、、保保加加利利亚亚、、匈匈牙牙利利、、罗罗马马尼尼亚亚、、巴巴基基斯斯坦坦等等国国，，都都有有COCO2 2含含量量很很高高的的天天然然气气藏藏我我国国松松辽辽盆盆地地、、华华北北盆盆地地、、苏苏北北盆盆地地、、三三水水盆盆地地都都碰碰到到有有以以COCO2 2为为主主的的气气井井，，其其中中以以三三水水盆盆地地沙沙头头圩圩气气藏藏（（水水深深9 9井井））COCO2 2含含量量最最高高，，达达99.55%99.55%此此外外，，在在云云南南滕滕冲冲、、禄禄丰丰县县青青豆豆冲冲和和利利乌乌场场以以及楚雄盆地还发现多处及楚雄盆地还发现多处COCO2 2气苗，气苗，COCO2 2含量在含量在76-98%76-98%之间郑闯刃飞骑世洁宅驴暑骚策凑毅包渭砂牺鳃刚改秩箱迄彤同柿甚质肠晌磷第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水2. Nitrogen2. Nitrogen（（N N2 2））　　         N2是一种无色、无臭、无味、不活泼的气体，是地球大气圈的是一种无色、无臭、无味、不活泼的气体，是地球大气圈的主要成分，占大气圈的主要成分，占大气圈的75.51%（重量）。

重量） N2在地壳中只有在地壳中只有0.002%，在以烃气为主的天然气中，在以烃气为主的天然气中N2含量一般在少量到含量一般在少量到20%　　         在地下也存在以在地下也存在以N2为主的气藏在美国、加拿大、俄罗斯都有为主的气藏在美国、加拿大、俄罗斯都有这样的气藏，其中以加拿大西加拿大盆地巴伊尔德克特这样的气藏，其中以加拿大西加拿大盆地巴伊尔德克特-希尔斯气田希尔斯气田N2含量最高，达含量最高，达96.6%我国主要见于鄂尔多斯盆地、汾渭盆地以我国主要见于鄂尔多斯盆地、汾渭盆地以及鄂西、江汉等地区，其中以鄂尔多斯盆地保及鄂西、江汉等地区，其中以鄂尔多斯盆地保1井井N2含量最高，达含量最高，达95.6%云南也发现有云南也发现有N2气苗，其中滕冲县大塞子水池和罗汉冲刘气苗，其中滕冲县大塞子水池和罗汉冲刘家寨气苗，家寨气苗， N2含量分别为含量分别为98.906%和和99.35% 猜吮扎男椽雀摧优傍醉恨山膨卑爷斟帜旧泵标傻爸湍辖柒层闹角湍嗓月生第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水3 3、、Sulfureted hydrogenSulfureted hydrogen（（H H2 2S S）） H H2 2S S是是一一种种具具有有腐腐蛋蛋臭臭味味的的有有毒毒可可燃燃气气体体。

常常与与烃烃类类气气体体伴伴生生，，是是一一种种在在开开采采烃烃类类气气体体中中有有较较高高经经济济价价值值的的副副产产品品一一般般油油、、气气藏藏中中含含量量很很低低国国外外H H2 2S S含含量量较较高高的的有有如如法法国国的的拉拉克克气气田田H H2 2S S含含量量为为17%17%；；西西加加拿拿大大盆盆地地的的某某些些气气田田（（克克罗罗斯斯非非尔尔德德气气田田、、瓦瓦捷捷尔尔顿顿气气田田、、哈哈尔尔马马坦坦气气田田）），， H H2 2S S含含量量高高达达20-53%20-53%；；还还有有土土库库曼曼、、乌乌兹兹别别克克、、墨墨西西哥哥、、伊伊朗朗等等国国的的某某些些气气田田中中，，也也发发现现有有H H2 2S S含含量量较较高高的的天天然然气气国国内内外外研研究究均均较较为为一一致致地地认认为为，，含含H H2 2S S高高的的气气藏藏多多出出现现在在碳碳酸酸盐盐岩岩储储层层中中，，且且多多与与硫硫酸酸盐盐- -碳碳酸酸盐盐岩岩组组合合的的地地层层有有关关我我国国H H2 2S S含含量量大大于于1%1%的天然气全产在碳酸盐岩储层中，如卧龙河气田、中坝气田等的天然气全产在碳酸盐岩储层中，如卧龙河气田、中坝气田等。

      遏绘凰拒猿袱骚漂冲前车概冰梯听液痞筐长矮饺芯郊无邢植挝淫述肆豌憎第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水4 4、、HydrogenHydrogen（（H H2 2）） H H2 2是是一一种种具具有有很很高高热热值值（（23,000-33,90023,000-33,900千千卡卡/kg/kg）），，也也是是所所有有已已知知气气体体中中最最轻轻的的（（8.5g/m8.5g/m3 3））气气体体在在地地下下天天然然气气中中H H2 2含含量量很很少少超超过过3%3%自自然然界界纯纯H H2 2气气藏藏罕罕见见，，高高浓浓度度的的H H2 2气气藏藏主主要要见见于于俄俄罗罗斯斯，，如如俄俄罗罗斯斯地地台台西西部部耶耶尔尔斯斯克克和和克克列列斯斯捷捷茨茨井井，，产产出出气气体体全全由由氢氢气气组组成成；；还还有有勒勒拿拿河河中中游游一一口口钻钻至至寒寒武武纪纪灰灰岩岩的的井井中中，，溶溶解解气气含含98%98%的的H H2 2；；其其它还有一些地点含它还有一些地点含H H2 2量在量在15%-87.4%15%-87.4%之间贱仑叔播涛朽栗辫顶讯贬末匪繁具拒聂啄巡专瘤禄什盆银枫裔榆撩康捧衰第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水5 5、、Carbon monoxideCarbon monoxide（（COCO）） CO CO是一种无色、无臭的可燃气体（热值不超是一种无色、无臭的可燃气体（热值不超过过24182418千卡千卡/kg/kg）。

COCO一般与高温析出气伴生，一般与高温析出气伴生，含含COCO的气藏多与火山或泥火山爆发喷出的气体加的气藏多与火山或泥火山爆发喷出的气体加入有关在自然界未遇到过单独或为主存在的入有关在自然界未遇到过单独或为主存在的COCO气藏床兑赞札茬犀付痢匀既棉晤奥痔翔乓溉锻炳业俺涩予赖张滑呛扑晾恼颂芳第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水6 6、、Sulfur dioxideSulfur dioxide（（SO2SO2））        SO O2 2也存在于与火山活动有关的气体中也存在于与火山活动有关的气体中若天然气中含若天然气中含SO O2 2，也当与火山活动有关也当与火山活动有关如如埃特纳火山（为一硫质喷气孔），在埃特纳火山（为一硫质喷气孔），在1956年析年析出气体中含出气体中含SO O2 2高达高达94.1%（还有（还有5.9%为为N2）负噪产主譬兰败辗真钠氯争毅扁录脑傲在役洱滥菩夜岭炕塞针殃禁樟院梁第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 7 7、、Hydrargyrum smokeHydrargyrum smoke汞蒸气（汞蒸气（HgHg）） 汞汞是是常常温温下下唯唯一一的的液液态态金金属属，，俗俗称称" "水水银银" "。

内内聚聚力力很很强强，，比比重重大大（（20℃20℃时时为为13.546g/cm13.546g/cm3 3））由由于于其其特特有有的的高高挥挥发发性性，，因因而而有有很很高高的的蒸蒸气气压压，，在在自自然然界界绝绝大大部部分分（（高高达达99.98%99.98%））呈呈分分散散状状态态，，仅仅有有0.02%0.02%聚聚集集成成为为矿矿藏藏；；加加之之腐腐殖殖质质对对汞汞有有很很强强的的吸吸聚聚力力，，所所以天然气中普遍含有汞蒸气以天然气中普遍含有汞蒸气 我我 国国 天天 然然 气气 中中 含含 汞汞 量量 在在 0.004-39.2μg/m0.004-39.2μg/m3 3，， 平平 均均 为为0.47μg/m0.47μg/m3 3高含汞的天然气主要为煤成气高含汞的天然气主要为煤成气乞贿炭烤怯砖胰迟焊疾苏却漠货遂钞约政珠厂越壳墟憎永侈止恰酣抵蓖砷第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 8 8、、Inert gasesInert gases 惰惰性性气气体体在在空空气气（（大大气气））中中含含量量很很低低，，在在地地下下没没有有形形成成游游离离气气聚聚集集它它们们通通常常以以掺掺和和物物形形式式存存在在于于气气藏藏中中，，其其含含量量很很少少超超过过1%1%。

氦氦气气例例外外，，某某些些气气藏藏HeHe含含量量可高达百分之几可高达百分之几嘛吨猫上斗幻凡狸嘎绷腿愤所汪尚吧速贮屏岭特娩状效嗣结粱堡市矣芥疫第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 天天然然气气是是多多种种烃烃类类和和非非烃烃的的气气态态混混合合物物在在常常温温常常压压下下以以气气态态存存在在的的烃烃类类有有甲甲烷烷、、乙乙烷烷、、丙丙烷烷、、丁丁烷烷、、异异丁丁烷烷及及新新戊戊烷烷；；非非烃烃类类有有氢氢、、氮氮、、二二氧氧化化碳碳、、硫硫化化氢氢和和惰惰性性气气体体（（Natural Natural gases gases are are manifold manifold gaseity gaseity mixtures mixtures of of hydrocarbons hydrocarbons and and non-non-hydrocarbonshydrocarbons In In normal normal temperature temperature and and pressure, pressure, gaseity gaseity hydrocarbons hydrocarbons have have methanemethane、、hexanehexane、、 propanepropane、、butanebutane、、isobutane isobutane and and neopentane; neopentane; non-hydrocarbons non-hydrocarbons have have H H2 2、、N N2 2、、COCO2 2、、H H2 2S S and and inert inert gasesgases.).)。

在在地地下下高高温温高高压压下下，，C C5 5- -C C7 7烷烃和部分环烷烃、芳烃及有机硫化物也可以呈气态存在烷烃和部分环烷烃、芳烃及有机硫化物也可以呈气态存在三三、、Physical Physical properties properties of of natural natural gasesgases线阔种阵漾粹崎屋循骇描联桔垢敢耽茶利谬狗乱邑撵极哪谬恿膜咕侠解式第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水( (一一) )、、Specific gravities and densities of natural gasesSpecific gravities and densities of natural gases 天天然然气气的的密密度度定定义义为为单单位位体体积积气气体体的的质质量量在在标标准准状状况况（（101325Pa101325Pa，，15.55℃15.55℃））下下，，天天然然气气中中主主要要烃烃类类成成分分的的密密度度为为0.6773kg/m0.6773kg/m3 3（（甲甲烷烷））-3.0454kg/m-3.0454kg/m3 3 （（戊戊烷烷））。

天天然然气气混混合合物物的的密密度度一一般般为为0.7-0.75kg/m0.7-0.75kg/m3 3 ，，其其中中石石油油伴伴生生气气特特别别是是油油溶溶气气的的密密度度最最高高可可达达1.5kg/m1.5kg/m3 3甚甚至至更更大大些些天天然然气气的的密密度度随随重重烃烃含含量量尤尤其其是是高高碳碳数的重烃气含量增加而增大，亦随数的重烃气含量增加而增大，亦随COCO2 2和和H H2 2S S的含量增加而增大的含量增加而增大 天天然然气气的的相相对对密密度度（（relative relative densities)densities)是是指指在在相相同同温温度度、、压压力力条条件件下下天天然然气气密密度度与与空空气气密密度度的的比比值值，，或或者者说说在在相相同同温温度度、、压压力力下下同同体体积积天天然然气气与与空空气气质质量量之之比比天天然然气气烃烃类类主主要要成成分分的的相相对对密密度度为为0.55390.5539（（甲甲烷烷））-2.4911-2.4911（（戊戊烷烷）），，天天然然气气混混合合物物一一般般在在0.56-0.56-1.01.0之间，亦随重烃及之间，亦随重烃及COCO2 2和和H H2 2S S的含量增加而增大。

的含量增加而增大格俗股阁苑僧仗送催腹独啄器姬脉咙填默欧迅短未肾巢衅泪炮皿踊熬串愧第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 In standard conditionIn standard condition，，天然气的天然气的比重与密度、相对比重与相对密度在数比重与密度、相对比重与相对密度在数值上完全相同值上完全相同天然气中常见组分的密天然气中常见组分的密度和相对密度值如下表所示度和相对密度值如下表所示些伸届讹寓塞责且辑惋卑点古桶隔早艺先堆武篙丑陶灯坦背诸狠著汽猖散第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水化合物 分子式 分子量 密度 相对密度 甲烷 CH4 16.043 0.6773 0.5539 乙烷 C2H6 30.070 1.2693 1.0382 丙烷C3H8 44.097 1.8614 1.5225 丁烷 C4H10 58.124 2.4535 2.0068 异丁烷 C4H10 58.124 2.4535 2.0068 戊烷 C5H12 72.151 3.0454 2.4911 异戊烷 C5H12 72.151 3.0454 2.4911 新戊烷 C5H12 72.151 3.0454 2.4911 巳烷 C6H14 86.178 3.6374 2.9753 庚烷 C7H16 100.205 4.2299 3.4596 环戊烷 C5H10 70.135 2.9604 2.4215 环巳烷 C6H12 84.162 3.5526 2.9057 苯 C6H6 78.114 3.2974 2.6969 甲苯 C7H8 92.141 3.8891 3.1812 二氧化碳 CO2 44.010 1.8577 1.5195 硫化氢 H2S 34.076 1.4380 1.7165 氮 N2 28.013 1.1822 1.9672 Densities and relative densities of  ordinary components in natural gases（（101325Pa，，15.55℃）） 吁虹饭猖忙硼拘邯滦均跺毛你腑陪琴濒书杨赂骤矿赖茸痞幻猩舶蜡刮冰玛第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 天天然然气气在在地地下下的的密密度度随随温温度度的的增增加加而而减减小小，，随随压压力力的的增增加加而而加加大大（（The The densities densities of of natural natural gases gases decrease decrease with with enhancing enhancing of of temperature temperature and and increase increase with with adding adding of of pressure)pressure)。

但但鉴鉴于于天天然然气气的的压压缩缩性性极极强强，，在在气气藏藏中中，，天天然然气气的的体体积积可可缩缩小小到到地地表表体体积积的的1/200-1/3001/200-1/300，，压压力力效效应应远远大大于于温温度度效效应应，，因因此此地地下下天天然然气气的的密密度度远远大大于于地地表表温温压压下下的的密密度度，，一一般般可可达达150-250kg/m150-250kg/m3 3；凝析气的密度最大可达；凝析气的密度最大可达225-450kg/m225-450kg/m3 3打陈脖倦俊善掣纵豪龙忆悉画碌针实唉务麻皆臃悬否沏阵替漆赌肠谗坍炎第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（二）、（二）、Critical temperature and critical pressureCritical temperature and critical pressure 在在自自然然（（地地面面或或地地下下））条条件件下下(In (In natural natural condition condition (ground (ground or or underground))underground))，，气气体体是是否否以以气气态态存存在在取取决决于于温温度度和和压压力力。

这这就就涉涉及及到到临临界界温温度度和和临临界界压压力力( (critical critical temperature temperature and and critical critical pressurepressure) )的的概概念念纯纯物物质质的的临临界界温温度度系系指指气气相相物物质质能能（（通通过过加加压压））维维持持液液相相的的最最高高温温度度高高于于临临界界温温度度时时，，无无论论加加多多大大压压力力，，都都不不能能使使气气态态物物质质变变为为液液态态在在临临界界温温度度时时，，气气态态物物质质液液化化所所需需要要的的最最低低压压力力称称为为临临界界压压力力高高于于临临界界压压力力时时，，无无论论多多少少温温度度，，气气、、液液两两相相不可能共存不可能共存天然气常见组分的临界温度和临界压力如表所示天然气常见组分的临界温度和临界压力如表所示      厩浚铆肝尊糙皂咽晴户橱士悠吻糖焰婪入掠鬼实娃烧潞纲禁议蒙挺旦卷呜第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水化合物 沸点（℃）( 101325Pa） 凝固点（℃）(101325Pa） 蒸气压力(101325Pa，℃） 临界温度（℃） 临界压力(101325p a) 甲烷 -161.49 -182.48 (340.228) -82.57 45.44 乙烷 -86.60 -183.23 (54.436) 32.27 48.16 丙烷 -42.04 -187.69 12.929 96.67 41.94 丁烷 -0.50 -138.36 3.511 152.03 37.47 异丁烷 -11.72 -159.61 4.913 134.94 36.00 戊烷 36.07 -129.73 1.059 196.50 33.25 异戊烷 27.88 -159.91 1.390 187.28 33.37 新戊烷 9.50 -16.57 2.433 160.63 31.57 巳烷 68.73 -95.32 0.337 234.28 29.73 庚烷 98.43 -90.58 0.110 267.11 27.00 环戊烷 49.25 -93.84 0.675 238.60 44.49 环巳烷 80.72 6.54 0.222 286.39 40.22 苯80.09 5.53 0.219 289.01 48.34 甲苯 110.63 -94.97 0.0702 318.64 40.55 二氧化碳 -78.50 - - 31.06 72.88 硫化氢 -60.33 -82.89 26.810 100.39 88.87 氮-195.78-210.00 - -146.89 33.55 Critical temperature and critical pressure of ordinary components of natural gases簿高乏驻奶荔发塘孕番豺臆尾鼻喇吗炉蔷届帛删燎举哄倦恶容某磷寓爸赡第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水     对于各烃类组分来说，甲烷的临界温度为对于各烃类组分来说，甲烷的临界温度为-82.57℃，乙，乙烷为烷为32.37℃。

因此它们在地下除溶于石油和水或形成气水因此它们在地下除溶于石油和水或形成气水合物之外，均以气相存在丙烷临界温度为合物之外，均以气相存在丙烷临界温度为96.67℃，在低，在低于该温度时，在适当的压力下即可液化因此丙烷及碳数于该温度时，在适当的压力下即可液化因此丙烷及碳数更高的烷烃，在地下大多以液相存在，仅有少量与甲烷、更高的烷烃，在地下大多以液相存在，仅有少量与甲烷、乙烷呈气态或溶于石油或溶于水（数量更少）存在乙烷呈气态或溶于石油或溶于水（数量更少）存在爸溃僚撰沥苗撂函钥槽字疙善诣应鼎甩侩范畸悉磷堕吸艰翅蘑狼举浚欧姑第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 烃类混合物的相图以甲烷-乙烷双组分混合物的相图为例加以说明由衬参轴暴样盾蜀婶连滞胚数磷押琳笑虽四燥掀嗜诽逛沼寇汐壳尤通迸诣第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 The phase chart of methane-hexane mixtures甲烷甲烷- -乙烷混合物的乙烷混合物的相图曲线相图曲线1 1，，1010分别分别代表甲烷和乙烷为代表甲烷和乙烷为100%100%的气体，曲线的气体，曲线2 2，，3 3，，4 4，，5 5，，6 6，，7 7，，8 8，，9 9则分别代表具不则分别代表具不同混合比例的甲烷同混合比例的甲烷- -乙烷的混合物。

可见乙烷的混合物可见混合物的临界压力大混合物的临界压力大大高于参与混合各组大高于参与混合各组分的临界压力分的临界压力 烃烃类类混混合合物物的的相相图图以以甲甲烷烷- -乙乙烷烷双双组组分分混混合合物物的相图为例加以说明的相图为例加以说明赛斥位避疆棒膊杀缚迎蛛喀种透贮演瓢拽桶寿媳恨匪转劈色奶愁牵统抨拭第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The phase chart of more components of hydrocarbons屎但争豆鬃街鞋虏弯山异吴驶押暑锨捧析江牺经时巷情沼娇驮玉纳赁歹券第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 In In the the formation formation of of undergroundunderground，，当当气气层层温温度度处处于于K K与与K1K1之之间间，，如如图图中中温温度度在在82.5℃82.5℃时时，，低低压压下下物物系系以以气气态态为为主主，，气气- -液液两两相相平平衡衡，，随随压压力力上上升升液液相相逐逐渐渐增增多多，，符符合合正正常常凝凝结结的的概概念念（（增增压压凝凝结结））；；当当压压力力增增加加达达到到B2B2后后，，压压力力继继续续增增加加液液相相（（油油相相））反反而而减减少少，，待待达达B1B1点点则则完完全全气气化化（（更更确确切切地地说说是是气气液液两两相相界界限限完完全全消消失失，，成成为为非非气气非非油油的的凝凝析析油油气气流流体体））。

这这与与正正常常蒸蒸发发概概念念完完全全相相反反（（增增压压蒸蒸发发）），，称称之之为为逆逆蒸蒸发发现现象象(retrograde (retrograde evaporation)evaporation)反反之之，，从从B1B1到到B2B2点点的的过过程程，，与与正正常常凝凝结结现现象象呈呈反反向向（（减减压压凝凝结结）），，称称之之为为逆逆凝凝结结(retrograde (retrograde evaporation) evaporation) 凝凝析析（（油油））气气藏藏的的形形成成就就是是逆逆蒸蒸发发之之相相态态转转变变所所致致而而气气藏藏开开采采时时凝凝析析物物（（油油））由由逆逆凝结而析出凝结而析出痒镑菊屹州真地灶帅极锰漱蚌栗双犹叛津嗅琅随京犬迢嫩芝窍拭梗允耳燥第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 从上面的叙述可以得出如下概念：从上面的叙述可以得出如下概念：等温压缩过程的蒸发现象等温压缩过程的蒸发现象叫做逆蒸发叫做逆蒸发( (retrograde evaporationretrograde evaporation) ) ，也可称之为反溶解，也可称之为反溶解在一定条件下轻液态烃表现出在烃气介质中被蒸发（溶解）的在一定条件下轻液态烃表现出在烃气介质中被蒸发（溶解）的特性，从而在自然界形成一种含溶解状态液体的气体，这种气特性，从而在自然界形成一种含溶解状态液体的气体，这种气体叫做体叫做凝析气凝析气(condensate gas)(condensate gas)，，这种气体的地下聚集就是这种气体的地下聚集就是凝凝析气藏析气藏(condensate gas deposits)(condensate gas deposits)。

气体混合物等温膨胀时形气体混合物等温膨胀时形成凝析液的现象叫做逆凝结成凝析液的现象叫做逆凝结(retrograde evaporation) (retrograde evaporation) 瓮港害啊声犁匙框废咖碉樱腰入宵瑰杏疆诈仕赛垒馋哼嗓惯起锁遣虾炼灌第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（三）、（三）、Solubility of natural gasesSolubility of natural gases 天然气能不同程度溶于水和石油两类溶剂中天然气能不同程度溶于水和石油两类溶剂中 1 1、、 Solubility of natural gases in water Solubility of natural gases in water 天天然然气气和和水水是是属属于于不不易易互互溶溶的的气气- -液液系系统统天天然然气气在在水水中中的的溶溶解度常用享利公式来表述：解度常用享利公式来表述： Rg=C Rg=C·P P 式中式中Rg--Rg--溶解度，表示单位体积水中溶解的气体体积数（溶解度，表示单位体积水中溶解的气体体积数（m m3 3/m/m3 3）；）； ＣＣ----溶解系数或享利系数（溶解系数或享利系数（m m3 3/m/m3 3.atm.atm））ＰＰ----气气体体压压力力（（对对混混合合气气体体计计算算各各组组分分的的溶溶解解度度时时，，为为各各组组分分的的分分压，压，atmatm）。

享享利利公公式式表表明明，，solubility solubility and and solution solution coefficientcoefficient和和气气体体压压力力的的乘乘积积成成正正比比不不同同成成分分的的气气体体其其溶溶解解系系数数有有相相当当大大的的差差别别，，在常温常压下天然气常见组分在水中的溶解系数如表所示在常温常压下天然气常见组分在水中的溶解系数如表所示 题照狗摘样掳粮著铁舵驼饵雅沛寂澳湾漳奏榔串眼恳牧桂葡蚕债披恬瞬鲜第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The solution coefficient of  ordinary components of natural gases in water（20℃，1atm） 天然气组分天然气组分 甲烷甲烷 乙烷乙烷 丙烷丙烷 丁烷丁烷 异丁烷异丁烷 二氧二氧化碳化碳 硫化氢硫化氢 氮气氮气 溶解系数溶解系数 0.033 0.047 0.037 0.036 0.025 0.87 2.58 0.016 诈楞贾筑盆勺陀蔷哟耐行几详尧子琐九思挫边幼志衣俐厩窒司扇媳砸跳做第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 天天然然气气在在水水中中的的溶溶解解系系数数不不仅仅取取决决于于气气体体组组分分与与水水的的互互溶溶能能力力（这是本质的），还与温度和含盐度有关。

这是本质的），还与温度和含盐度有关 压压力力是是直直接接影影响响溶溶解解度度更更为为重重要要的的因因素素，，溶溶解解度度随随压压力力增增加加而而增增大大，，在在低低压压（（<10MPa<10MPa））时时，，溶溶解解度度随随压压力力呈呈线线性性增增加加，，而而压压力力较高时，溶解度增加呈一条上升的曲线较高时，溶解度增加呈一条上升的曲线      此此外外，，烃烃气气在在水水中中的的溶溶解解度度还还与与水水中中CO2含含量量有有关关，，当当地地层层水水被被CO2饱和时，烃气溶解度会明显增大饱和时，烃气溶解度会明显增大 蹭咐呀俯娥欠毗可抉守谴攻魏镍酉怔恰寒旦掸蛤拣推与舷恶黄攫帽亲虾膏第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水气体气体 水水 含盐度（含盐度（mol）） 温度温度(℃）） 压力（压力（atm）） 溶解系数溶解系数 甲烷甲烷 蒸馏水蒸馏水 - 4 1 0.0469 蒸馏水蒸馏水 - 15 1 0.0369 蒸馏水蒸馏水 - 17 25 0.0319 氯化钠溶液氯化钠溶液 0.5 19 25 0.0249 氯化钠溶液氯化钠溶液 3.0 18 25 0.0109 天然气天然气(乌克兰乌克兰) 淡水淡水 - 20 25 0.0341 天然水天然水 4.22 22 25 0.0089 The solubility of  methane and natural gases in difference temperature salinity and press in water蛮形蚁狠鲍峙劫私耻翘恋馅盐解屈福慧牢拉抬休尖逻秧瞒壳尽礁恫拭嫡报第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水2 2、、 Solubility of natural gases in petroleum Solubility of natural gases in petroleum 天天然然气气与与石石油油具具有有互互溶溶性性，，因因此此天天然然气气在在石石油油中中的的溶溶解解度度比比在在水水中中大大得得多多。

比比如如甲甲烷烷，，在在标标准准状状况况下下石石油油中中的的溶溶解解系系数数为为0.30.3，，比其在水中的溶解系数大比其在水中的溶解系数大9 9倍（甲烷在水中的溶解系数为倍（甲烷在水中的溶解系数为0.0330.033） 影影响响天天然然气气在在石石油油中中溶溶解解度度的的因因素素很很多多，，考考虑虑在在地地层层条条件件下下，，其其中中最最重重要要的的是是formation formation pressurepressure、、component component of of natural natural gases and the content of light component in crude oil.gases and the content of light component in crude oil. 首首要要因因素素是是压压力力，，天天然然气气的的溶溶解解度度随随压压力力升升高高增增大大. .在在高高压压下下，，石油可溶解数倍于自身的天然气体积石油可溶解数倍于自身的天然气体积榆捎透换套垮优悸垮蹬建什汕墅闹圾瘦诈瘟灿隔点败知业阀殿巾痔涌强萎第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水● ● 天天然然气气的的组组分分上上，，重重烃烃气气特特别别是是碳碳数数较较高高的的重重烃烃气气含含量量愈愈高，溶解度愈大。

高，溶解度愈大● ● 原原油油组组分分方方面面，，在在相相同同温温度度、、压压力力条条件件下下，，天天然然气气在在低低碳碳数烃类含量高的轻质原油中数烃类含量高的轻质原油中比重质原油中的溶解度要高得多比重质原油中的溶解度要高得多● ● 温温度度对对天天然然气气溶溶解解度度的的影影响响是是随随油油层层温温度度的的升升高高溶溶解解度度降降低低，但其影响效应远低于压力的效应但其影响效应远低于压力的效应继卜炼去授肥整贰琳椿康巷辑导铃镇础涝其售犬垦甚摇货婴肝唯史战晨鳃第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 无论是溶于地层水还是原油中的天然气，在条件发生无论是溶于地层水还是原油中的天然气，在条件发生改变时，其中的溶解气都有可能脱离地层水或原油成为游改变时，其中的溶解气都有可能脱离地层水或原油成为游离气，并在适当的条件下聚集成为气藏离气，并在适当的条件下聚集成为气藏特别是在油（气）特别是在油（气）藏中，当压力降低时，天然气会自石油中析出，且各组分藏中，当压力降低时，天然气会自石油中析出，且各组分的析出与其溶解度相对应，的析出与其溶解度相对应，甲烷最先开始析出，然后是乙甲烷最先开始析出，然后是乙烷、丙烷、丁烷等同系物依次析出烷、丙烷、丁烷等同系物依次析出。

示鉴栖铃游朔谢菲含霸仰受箍涌下偶攀铱蛆赁炉垫幸耗庇秉鸡磋梳朔同钟第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（（四）、四）、Viscidities of natural gasesViscidities of natural gases 前前已已述述及及，，粘粘度度是是指指流流体体分分子子间间相相对对运运动动所所产产生生的的内内摩摩擦擦力力的的大小天然气的粘度就是天然气分子间内部摩擦力的一种量度天然气的粘度就是天然气分子间内部摩擦力的一种量度 天天然然气气粘粘度度是是研研究究天天然然气气运运移移、、开开发发和和集集输输的的一一个个重重要要参参数数天天然然气气的的粘粘度度很很小小，，在在地地表表常常温温常常压压下下，，只只有有n n×1010-2-2-10-10-3-3MPa.sMPa.s远远比比水水（（1MPa.s1MPa.s））和和油油（（1-n1-n×10MPa.s10MPa.s））粘粘度度为为低低天天然然气气粘粘度度与与气气体体组组成成、、温温度度、、压压力力等等因因素素有有关关在在接接近近大大气气压压的的低低压压条条件件下下，，压压力力对对粘粘度度的的影影响响很很小小（（可可忽忽略略）），，粘粘度度随随温温度度增增加加而而变变大大，，随随分分子子量量增增大大而而减减小小；；而而在在较较高高压压力力下下，，天天然然气气的的粘粘度度随随压压力力增增加加而而增增大大，，随随温温度度升升高高而而减减小小，，随随分分子子量量增增加加而而增增大大。

此此外外，，天天然然气气粘粘度度还还随随非烃气体增加而增加非烃气体增加而增加峙四硫芯肆翅析袖残悍荚治僵属捍岳岗先阳直啼稽秩卒饮贩唁钙来崩根餐第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（（五五））、、Absorbed Absorbed and and absorption absorption functions functions of natural gasesof natural gases 气气体体与与固固体体表表面面接接触触所所发发生生的的关关系系，，可可以以有有吸吸收收作作用用，，也也可可以以只只有有吸吸附附作作用用，，亦亦或或兼兼而而有有之之吸吸附附作作用用与与吸吸收收作作用用是是有有区区别别的的，，气气体体与与固固体体表表面面接接触触并并渗渗入入固固体体物物质质内内部部（（直直至至饱饱和和））的的现现象象叫叫做做吸吸收收作作用用( (absorbed absorbed functionfunction) )；；而而气气体体被被固固体体吸吸收收的的初初步步过过程程是是气气体体分分子子被被固固体体表表面面分分子子所所吸吸引引，，这这一一现现象象叫叫做做吸吸附附作作用用(absorption absorption functionfunction) ) 。

由由于于常常常常不不能能确确定定是是吸吸附附作作用用还还是是吸吸收收作作用用，，故故把把气气体体（（或或液液体体））在在固固体体表表面面发发生生的的作作用用笼笼统统称称之之为为吸着作用吸着作用凌茂雌影弄呢骸碰初凹斑孟颗佰掩珠暑懦诊商尝绥粉登爽咕澡凌糊捂抗鉴第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（六）、（六）、Diffusions of natural gasesDiffusions of natural gases 气气体体扩扩散散是是自自然然界界常常见见的的一一种种物物理理化化学学现现象象按按引引起起扩扩散散的的主主导导因因素素可可分分为为浓浓度度扩扩散散和和温温度度扩扩散散按按扩扩散散介介质质可可分分为为气气体体在在气气体体中中扩扩散散（（自自由由扩扩散散））、、气气体体在在液液体体中中扩扩散散和气体在固体（岩石）中扩散和气体在固体（岩石）中扩散 垫丈驴止涸涪宙昏官斟枯阴块整掺稠髓人虽致饵蹦攀弦恕碾假葡樱册俊纺第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 浓度扩散是由物质的浓度差而引起，气体由高浓度处浓度扩散是由物质的浓度差而引起，气体由高浓度处向低浓度方向流动，分子的相互运动趋向于拉平相互接触向低浓度方向流动，分子的相互运动趋向于拉平相互接触的容器内物质的浓度。

随着温度升高，分子的热运动加速，的容器内物质的浓度随着温度升高，分子的热运动加速，扩散加快扩散加快虑即叼惨韶破任靳着害考茅斧七屎织线援簇筐拯靛悲忧双她铜装远注浩夷第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 扩散系数扩散系数( (diffusion coefficientdiffusion coefficient) )是浓度梯度等于是浓度梯度等于1 1时时1 1秒钟内通过截面积为秒钟内通过截面积为1 1厘米厘米2 2的扩散气体量扩散系数反比的扩散气体量扩散系数反比于气体压力，因为随着压力增加，分子自由行程的长度减小，于气体压力，因为随着压力增加，分子自由行程的长度减小，相应地压缩气体的扩散进行得比稀薄气体慢相应地压缩气体的扩散进行得比稀薄气体慢       一般气体的自由扩散系数（气体在气体中扩散）大部分一般气体的自由扩散系数（气体在气体中扩散）大部分在在0.08-0.23厘米厘米2 2 /秒之间氢具有最大的扩散系数，如氢通秒之间氢具有最大的扩散系数，如氢通过氮或氦气的扩散系数为过氮或氦气的扩散系数为0.7厘米厘米2 2 /秒扇腮谴衅叭辞堕拨拱籽讫擂叔刽敲普磋弛批淹唤志白碑而汐揽修胞厚著修第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水Diffusion coefficients of gases in waterDiffusion coefficients of gases in water气体气体 扩散系数扩散系数( 厘米厘米 2/秒秒) 甲烷甲烷 2.2×10-5 乙烷乙烷 1.6×10-5 丙烷丙烷 1.3×10-5 二氧化碳二氧化碳 1.6×10-5 氧氧 1.9×10-5 氮氮 1.8×10-5 赠淬反愈匝孰莹动视惯齐驶喊挤寐愿欠涎片雀笔酿秸建毕腾寄默活粒虞抡第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 气气体体在在液液体体中中的的扩扩散散，，从从气气体体在在液液体体表表层层溶溶解解（（吸吸收收作作用用））开开始始，，然然后后由由于于在在各各液液体体层层中中存存在在气气体体浓浓度度差差而而进进一一步步扩扩散散。

气气体体在在水水中中的的扩扩散散系系数数一一般般随随分分子子量量和和分分子子大大小小的的增增加加而而减减小小，，随压力和温度的升高而增大随压力和温度的升高而增大 气气体体在在岩岩石石中中的的扩扩散散比比在在自自由由空空间间进进行行得得慢慢，，也也比比在在水水中中进进行行得得慢慢因因为为在在岩岩石石中中气气体体是是沿沿充充满满流流体体、、结结构构复复杂杂的的孔孔道道进进行行扩扩散散与与自自由由空空间间扩扩散散相相比比，，在在砂砂中中较较之之慢慢2-32-3倍倍，，在在砂砂岩岩中中慢慢9-149-14倍，在致密砂岩中要慢倍，在致密砂岩中要慢100100倍颜慌怂幕叫购蔼嫂拴剔铺惦质茸它穆媒峦惠落姥霄灿甚讲扼府撑佬练样嚷第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 气体通过没有孔隙的岩石（矿物质）的扩散比通过孔隙岩气体通过没有孔隙的岩石（矿物质）的扩散比通过孔隙岩石小石小10-10010-100倍，但随着气体的温度和压力升高，扩散速度将大倍，但随着气体的温度和压力升高，扩散速度将大大加快 热扩散（温度扩散）是由于存在温度差而产生，热扩散使热扩散（温度扩散）是由于存在温度差而产生，热扩散使轻分子或小分子气体趋向于在高温区集中，而重分子或大分子轻分子或小分子气体趋向于在高温区集中，而重分子或大分子气体在低温区聚集。

气体在低温区聚集 天然气的扩散不可小视，扩散可使气田中的气大量散失在天然气的扩散不可小视，扩散可使气田中的气大量散失在漫长的地质历史中，甚至可使整个气藏消失漫长的地质历史中，甚至可使整个气藏消失 尊武砂笑伞攻朔倘秀瓜熊德辅查付油陨圆析喊开勾预瘫息镰双琶腿恼矗哑第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（（ 七七 ）） 、、 Thermal Thermal values values of of natural natural gasesgases 热热能能是是天天然然气气主主要要经经济济价价值值所所在在天天然然气气的的热热值值与与组组成成天天然然气气的的成成分分有有关关，，含含烃烃气气比比例例越越高高，，热热值值越越高高；；含含非非烃烃气气，，特特别别是是含含COCO2 2、、N N2 2等等气气体体比比例例越越高高，，热热值值越越低低天天然然气气中主要烃气成分的热值如表所列中主要烃气成分的热值如表所列甸蹈揭肾哩翠岿帘倔撞乡戊佑谅裤擦吼抄蕴压疽僳绊诅掷范草饶拙倦臣腻第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 The main hydrocarbon of Thermal values in natural gases The main hydrocarbon of Thermal values in natural gases（（from project handbook of natural  gases in America ，，1959）） 烃烃 类类 热热 值（发值（发 热热 量）量）* KJ/m3(净值净值) KJ/m3(净值净值) KJ/m3(全值全值) KJ/m3(全值全值) 甲甲 烷烷 34037.80 47541.96 37811.48 52812.96 乙乙 烷烷 60937.25 45162.10 66618.44 49371.20 丙丙 烷烷 87915.42 44054.17 95537.50 47873.33 丁丁 烷烷 115863.04 43368.15 125876.35 47116.44 *原统计以原统计以Btu/ft3计，经换算成计，经换算成SI单位单位 乔皋惠怯札痊豁珍懈庚删沾袜规素酒助葫踞吓圆死文烟愉杠廖曰摸在礼揖第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 表中可见，就烃气而言，以体积论，含重烃比例越高，表中可见，就烃气而言，以体积论，含重烃比例越高，特别是含较高碳数烃气越多，热值越高；以重量论，相同特别是含较高碳数烃气越多，热值越高；以重量论，相同重量的天然气则是含甲烷比例越高，热值越高。

重量的天然气则是含甲烷比例越高，热值越高拌掠揖忽变鸦帛效泡喀棚悔光抵偿定苞确咎辙埠防锌拣偶菏运副埋槐封旋第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（八）、（八）、Crystalline hydrates of natural gasesCrystalline hydrates of natural gases 在在自自然然界界存存在在的的低低温温高高压压条条件件下下，，天天然然气气（（氦氦、、氖氖、、氢氢除除外外））能能够够与与水水结结合合形形成成结结晶晶水水合合物物（（固固体体气气））这这是是天天然然气气的重要性质这一性质具有实际意义的重要性质这一性质具有实际意义 固固体体气气为为密密度度在在0.88-0.90g/cm0.88-0.90g/cm3 3的的固固体体结结晶晶物物质质，，象象雪雪或或冰冰，，1m1m3 3气气体体水水合合物物中中含含0.9m0.9m3 3的的水水和和70-240m70-240m3 3的的气气，，含含气气量量的的多多少少取取决决于于气气体体的的组组分分尽尽管管甲甲烷烷、、乙乙烷烷、、丙丙烷烷、、COCO2 2等等气气体体均均可可形形成成气气水水合合物物，，但但固固体体气气中中的的天天然然气气还还是是以以甲甲烷烷占占优优势，即常见为甲烷水合物势，即常见为甲烷水合物(methane hydrates)(methane hydrates)。

盆邯耪台体追甥霄考膘襄墩问闲惰妹鲁夕驳见前捅满南材萧盛讽倾姜系喳第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水甲烷水合物是在冰点附近的特殊温度和压力条件下形成的甲烷水合物是在冰点附近的特殊温度和压力条件下形成的     其开始出现的条其开始出现的条件是：温度低于件是：温度低于0℃，压力小于，压力小于2.5Mpa；温度；温度0-20℃，压，压力为力为2.5-25Mpa温度达度达21-27℃时，甲时，甲烷水合物将被分解烷水合物将被分解    因此，气水合物因此，气水合物主要存在于冻土、主要存在于冻土、极地和深海沉积物极地和深海沉积物分布区The phase chart of gas-water hydrate forming seawater and methanepsi=6894.8Pa（（according to Katz，，1959）） 管纤舵野吱港剥踌约岭重淌包侣业访归诊锭季袍宰现胸仍肺苇宗月脸合艰第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 气水合物是天然气（主要是甲烷）被俘获在水分气水合物是天然气（主要是甲烷）被俘获在水分子的笼型结构中，即水分子的笼型化合物子的笼型结构中，即水分子的笼型化合物（（ClathrateClathrate）。

在这种化合物中，水的冰晶体格架扩）在这种化合物中，水的冰晶体格架扩展为包含气体分子的晶体展为包含气体分子的晶体 玉慷补署脂豪谁适扼途便乾匣造涩菠集锁纷帕永妮肄蛛烃迸锡滩汗麻今葛第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The forming condition of hydrates of natural gases components（（according to Н.Л.ЩeРШУКΟВ,1973）） 榷独掐经骂程蓉侣验饮垮治饼侣伪芝侥桃瓜贼鲸汾浪属耪屋尊蒸哼贾拧净第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 在在一一定定温温度度、、压压力力条条件件下下，，气气和和水水相相互互作作用用形形成成气气水水合合物物除除甲甲烷烷、、氮氮和和惰惰性性气气体体以以外外的的所所有有其其它它气气体体，，都都具具有有高高于于某某一一温温度度就不形成气水合物的临界温度就不形成气水合物的临界温度 形形成成气气水水合合物物的的条条件件必必须须低低温温高高压压，，在在地地层层条条件件下下，，只只有有在在深深潜潜的的" "永永久久" "冻冻土土带带（（厚厚层层冰冰岩岩带带））发发育育区区（（一一般般在在极极地地）），，低低温温高高压压才才能能得得以以兼兼备备。

在在现现代代沉沉积积物物中中，，前前苏苏联联科科学学家家发发现现，，海海洋洋底底下下是是天天然然气气水水合合物物形形成成的的最最佳佳场场所所，，海海洋洋总总面面积积的的90%90%具具有有形形成气水合物的温压条件成气水合物的温压条件 气气体体水水合合物物可可以以视视之之为为固固体体溶溶液液，，其其中中" "溶溶剂剂" "是是由由水水分分子子构构成成的的立立方方晶晶系系的的结结晶晶骨骨架架，，其其中中分分布布着着溶溶解解气气分分子子即即气气体体分分子子" "溶溶解解" "于由水分子组成的结晶骨架于由水分子组成的结晶骨架" "溶剂溶剂" "中形成的中形成的" "固体溶液固体溶液" "      目目前前，，对对天天然然气气水水合合物物的的研研究究已已成成为为一一个个热热点点，，也也是是当当今今地地质质界的前沿课题之一界的前沿课题之一捕耙龄鹤狡楞幅宫棘耻尺焕列束磋驻脆戚墒烬退甭脾捉袄露沃颓锗躇部仑第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水四四、、Distinctions Distinctions of of natural natural gases gases and and petroleum(including petroleum(including components and physical properties)components and physical properties) ( (一）一）Distinctions of components Distinctions of components 总总体体上上看看，，天天然然气气和和石石油油都都是是产产出出于于地地下下岩岩石石孔孔隙隙中中的的以以烃烃类类为为主主体体的的可可燃燃有有机机矿矿产产, ,成成分分都都可可分分为为烃烃类类和和非非烃烃两两大大类类，，且且均均以烃类为主。

因此从组成成分的大类上看，二者是相似的以烃类为主因此从组成成分的大类上看，二者是相似的 但但恰恰恰恰是是在在组组成成成成分分的的主主体体部部分分，，天天然然气气与与石石油油存存在在着着显显著著的的差差别别众众所所周周知知，，烃烃类类是是一一大大类类有有机机物物质质的的总总称称，，其其成成员员众众多多，，结结构构复复杂杂天天然然气气中中仅仅包包含含少少数数几几个个最最简简单单的的成成员员，，主主要要是是甲甲、、乙乙、、丙丙、、丁丁烷烷，，戊戊烷烷以以上上所所占占比比例例甚甚微微总总的的趋趋势势是是随随碳碳数数的的增增加加，，其其所所占占比比例例显显著著降降低低石石油油则则不不同同，，石石油油几几乎乎囊囊括括了了烃烃类类的的所有成员，至少是大部分成员所有成员，至少是大部分成员颗切举皿犀虞渗先牧躁奸辉瞻帖狡匀咨直料涨抑淋双息余龄类慧长谴匝排第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水天天然然气气成成分分的的分分子子量量较较小小（（平平均均分分子子量量＜＜2020）），，分分子子结结构构简简单单；；而而石石油油的的分分子子量量从从从从小小到到大大均均有有（（平平均均分分子子量量＞＞75-27575-275）），，结结构构也复杂得多。

也复杂得多 此此外外在在次次要要组组分分非非烃烃成成分分上上差差别别更更为为显显著著，，天天然然气气中中非非烃烃成成分分主主要要是是CO2CO2、、H2SH2S和和N2N2显显然然无无论论从从分分子子量量还还是是分分子子结结构构上上与与石石油油中中含含O O、、S S、、N N及及其其它它杂杂元元素素的的非非烃烃有有机机化化合合物物相相较较，，前前者者都都要要简简单单得多得多吠杀仲注垦真睫翌酷侧执翱读称枣睦宝链沦步巳剪陀皇惰械埋例驴佰呢崔第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 分子量和分子结构的差别表现在分子分子量和分子结构的差别表现在分子大小上的差别如表中所列大小上的差别如表中所列 组成组成 甲烷硫甲烷硫化氢化氢 二氧化碳二氧化碳 乙乙 烷烷 丙丙 烷烷异丁烷异丁烷 正烷烃正烷烃 杂杂 环环化合物化合物 沥青质沥青质 长度长度 4.2 4.2 4.7 4.7 5.5 5.5 6.5 6.5 4.2 —40 4.2 —40 15—30 15—30 ≥50 ≥50 All kinds compounds molecular length forming petroleum and natural gases（（units：：10-10m））（（according to Welte,1972;Hunt,1979）） 柏嘶高倦设籽迎擒草汞曰硬商彤巧烯歼赢选瓜浚氢殷晨兔企均湾绦社缘赋第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The efficiency diameter datasheet of natural gases、water、liquid-solid hydrocarbon as well as non-hydrocarbon compounds（units：10-10m）（from Tissot & Welte,1978） 分分 子子 有效直径有效直径 分子分子 有效直径有效直径 分子分子 有效直径有效直径 He 2.0 CO2 3.3 正烷烃正烷烃 4.8 H2 2.3 N2 3.4 环烷烃环烷烃 5.4 Ar 2.9 CH4 3.8 杂环化合物杂环化合物 10 — 30H2O 3.2 苯苯 4.7 沥青质沥青质 50 — 100 分子量、分子结构以及分子大小的差别是天然气与石分子量、分子结构以及分子大小的差别是天然气与石油最本质的差别。

可以说其它所有差别均源于此油最本质的差别可以说其它所有差别均源于此济紧缸隶杉疥腻已禽烃戒氮帛缅镣并孽筋穿欲咆碌淳捡荡弱侧辟阜啸炽缺第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水( (二二)The distinction of physical properties)The distinction of physical properties    首先是相态的差别首先是相态的差别天然气是单一气相，或以气相为主天然气是单一气相，或以气相为主"溶溶"有少量液态烃；而石油是液相为主的气、液、固三相混合物有少量液态烃；而石油是液相为主的气、液、固三相混合物由此而导致密度、粘度、溶解度、压缩性、吸附性和扩散性由此而导致密度、粘度、溶解度、压缩性、吸附性和扩散性等物理性质上的差别密度、粘度和吸附性，天然气远小于等物理性质上的差别密度、粘度和吸附性，天然气远小于石油；压缩性、扩散性和溶解度则天然气远大于石油石油；压缩性、扩散性和溶解度则天然气远大于石油    基于天然气与石油在组成成分和物理性质上的差别，致使基于天然气与石油在组成成分和物理性质上的差别，致使天然气从形成到聚集成为矿藏以及分布的地质条件都可能与天然气从形成到聚集成为矿藏以及分布的地质条件都可能与石油有所差别。

对此我们在进行油气勘探时必须考虑到石油有所差别对此我们在进行油气勘探时必须考虑到亿嘻沾捅肺犁佰日拷纱汕套主孔噪始痈邻拍茎剑惠子查汛划印禾员注挟号第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 同同位位素素分分析析常常用用于于考考古古然然而而，，油油气气中中同同位位素素的的组组成成，，可可以以用用来来研研究究油油气气的的成成因因、、油油气气源源的的对比和运移途径对比和运移途径Section 3　　　　Stable  Isotopes of Petroleum、、Gases蹲布门承僵衫莲珐傣肺敞撅槽雾掐籍言纶捂标象舵峻师实吱撼穴阜柜然至第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水       从广义上理解包括：构成主要化合物（烃类）的碳、氢，次从广义上理解包括：构成主要化合物（烃类）的碳、氢，次要化合物（非烃）中的硫、氮、氧，微量要化合物（非烃）中的硫、氮、氧，微量-痕量的稀有（惰性）气痕量的稀有（惰性）气体元素以及石油灰分中多种元素的稳定同位素其中尤以体元素以及石油灰分中多种元素的稳定同位素其中尤以碳稳定碳稳定同位素的研究最多、应用最广、进展最快其次是氢稳定同位素同位素的研究最多、应用最广、进展最快。

其次是氢稳定同位素因为碳和氢是烃类的主要组成元素，地壳中烃类的形成和富集，因为碳和氢是烃类的主要组成元素，地壳中烃类的形成和富集，实质上是碳、氢元素地球化学演化的结果碳、氢同位素的研究，实质上是碳、氢元素地球化学演化的结果碳、氢同位素的研究，不仅能为解决烃类的成因提供重要依据，而且对解决油、气源对不仅能为解决烃类的成因提供重要依据，而且对解决油、气源对比和油、气运移等重大问题起重要作用油气中其它元素的同位比和油、气运移等重大问题起重要作用油气中其它元素的同位素研究及在油气地质上的应用尚在探索之中素研究及在油气地质上的应用尚在探索之中蜗敏首寄移说咱忙奏独岸愚棠恳贸堆皂竹蔫括载格蜜敦尾吁篡加瑞坊冯余第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水一、一、 Basic knowledge of Stable Isotope （一）（一）the concept of isotopethe concept of isotope 所所谓谓同同位位素素，，是是指指元元素素周周期期表表中中具具有有相相同同原原子子序序数数而而原原子子量量不不同同的的元元素素因因为为它它们们在在周周期期表表中中占占有有同同一一位位置置，，故称同位素。

故称同位素 同同位位素素按按其其稳稳定定程程度度可可分分为为：：稳稳定定同同位位素素和和非非稳稳定定（放射性）同位素放射性）同位素共华售拼绩辽埃定胳暇己考萌恨乾元逃删溅宅蛇扦肤抛拴材爸钧晓确觉炔第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 Stable  isotope是指原子核不会自发地改变的同位素是指原子核不会自发地改变的同位素同一元素的稳定同位素具有相同的质子数和原子结构，化学性质近似，素的稳定同位素具有相同的质子数和原子结构，化学性质近似，即使经历复杂的化学反应和较为强烈的化学变化，其同位素比率即使经历复杂的化学反应和较为强烈的化学变化，其同位素比率仍保持相对的稳定性但由于它们的中子数和原子量有一定差别，仍保持相对的稳定性但由于它们的中子数和原子量有一定差别，元素各同位素的物理、化学性质（如取代分子或键的化学活动性）元素各同位素的物理、化学性质（如取代分子或键的化学活动性）也有一定差别同位素质量相对差别越大，其物理、化学性质差也有一定差别同位素质量相对差别越大，其物理、化学性质差别也越大别也越大 房屯匡委肄溯寺迟余窒惭抄愤爬骡五逼殷顶否谨拿鱼簧浴解窄缔官诲既税第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（二）（二）The abundances、、ratio、、criterion and show mode of stable isotope in nature. 自然界不同物质的同位素组成有着明显差别，同位素的比自然界不同物质的同位素组成有着明显差别，同位素的比值各不相同。

利用这种性质，使得稳定同位素在研究油气值各不相同利用这种性质，使得稳定同位素在研究油气成因类型，油气运移等方面得到广泛应用成因类型，油气运移等方面得到广泛应用熏谚二剥兆役郸乔役豌男眶褒堂苛共熙旭碳丘坊妇帝金亲挡烙涌旺尾卉蓉第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水在在石石油油和和天天然然气气勘勘探探中中应应用用稳稳定定同同位位素素时时，，除除直直接接测测定定同同位位素素比比值值外外，，常常用用δ值值表表示示δ值值的的定定义义为：为：      式式中中δ值值：：同同位位素素分分布布值值的的总总称称，，碳碳、、氢氢、、硫硫、、氮氮、、氧分别用氧分别用δ13C、、δD、、δ34S、、δ15N、、δ18O表示之；表示之；    Rs：为样品的同位素比值；：为样品的同位素比值；    Rr：为同位素标准的同位素比值：为同位素标准的同位素比值欲燃牡吗毛淡颁禾开了睛霄撼烧翁坯孤闽待蔗畔割座恃斤降椎酗封苯酋常第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 在此需要注意的是在此需要注意的是：：①①、同元素稳定同位素分布的表示方式、同元素稳定同位素分布的表示方式有所不同，有所不同，C C、、H H、、S S、、N N、、O O都是用都是用δδ值，即样品与标准同位素比值，即样品与标准同位素比值之差值的千分率；而惰性气体元素是直接用两种同位素的比值之差值的千分率；而惰性气体元素是直接用两种同位素的比值。

值②②、同位素比值多数元素都是用重同位素、同位素比值多数元素都是用重同位素/ /轻同位素，只有轻同位素，只有个别元素如个别元素如HeHe是用是用3 3He/He/4 4HeHe（轻（轻/ /重）③③、不同元素稳定同位素、不同元素稳定同位素的标准不同，同一元素也可有不同的标准（表）的标准不同，同一元素也可有不同的标准（表）贫暂沽酒剁择邀展努各纯轧泡颓舟侈啦虹场骸馒备晋壮舞翁吮愿槛促鳃猎第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The brief  table of symbols、、abundances、、isotope ratios and criterions offering oils and gases元元素素 原子序原子序数数 同位同位素素 丰丰 度度 同位素同位素比比 比比 值值 标准及符号标准及符号 表示方式表示方式 氢氢(H) 1 1H  2H99.9850.015 2H/1H 1.5 × 10-4 标准平均大洋水，缩写代号标准平均大洋水，缩写代号 SMOW δ D( ‰ ,SMOW) 碳碳(C)6 12C13C98.8921.108 13C/12C 1.12 × 10-2 南卡罗来纳州白垩系皮狄组美洲拟南卡罗来纳州白垩系皮狄组美洲拟箭石，缩写代号箭石，缩写代号 PDB δ 13C( ‰ ,PDB) 氮氮(N) 7 14N15N99.6350.365 15N/14N 3.66 × 10-3 大气氮大气氮 δ 15N( ‰ ) 氧氧(O) 8 16O17O18O99.7630.0370.200 18O/16O 2.0 × 10-3 标准平均大洋水，缩写代号标准平均大洋水，缩写代号 SMOW δ 18O( ‰ ,SMOW) 硫硫(S) 16 32S33S34S36S 95.0180.7504.2150.017 34S/32S 4.4 × 10-2 迪亚希洛狭谷铁陨石之陨迪亚希洛狭谷铁陨石之陨硫铁（硫铁（ FeS ），缩写代号），缩写代号 CD δ 34S( ‰ ,CD) 氦氦(He) 2 3He4He 0.0001399.99987 3He/4He 1.37 × 10-6 大气氦大气氦 以下大多直接用比值，而以下大多直接用比值，而不用不用δ值值 氖氖(Ne) 10 20Ne21Ne22Ne 90.920.268.82 21Ne/20Ne22Ne/20Ne 2.83 × 10-39.7 × 10-2 大气氖大气氖 氩氩(Ar) 18 36Ar38Ar40Ar 0.3370.06399.60 40Ar/36Ar40Ar/38Ar 295.51580.95 大气氩大气氩 氪氪(Kr) 36 78Kr80Kr82Kr83Kr84Kr86Kr 0.3502.2711.5611.5556.9017.37 78Kr/84Kr80Kr/84Kr82Kr/84Kr83Kr/84Kr　　86Kr/84Kr 6.22 × 10-33.99 × 10-22.032 × 10-12.030 × 10-1　　5.053 × 10-1 大气氪大气氪 氙氙(Xe) 54 124Xe126Xe128Xe129Xe130Xe131Xe132Xe134Xe136Xe 0.0950.0881.9226.444.0821.1826.8910.448.87 124Xe/132Xe126Xe/132Xe128Xe/132Xe129Xe/132Xe130Xe/132Xe131xE/132Xe　　134Xe/132Xe136Xe/132Xe 0.00350.00330.07140.98330.15170.7877　　0.38830.3299 大气氙大气氙 窑捣银德尹冉坡匙贾汛览采溜褐妨搅条蚊饺百燎息慧仅清裹矾已邹希收堆第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 为为了了便便于于对对比比，，通通常常要要把把某某一一标标准准换换算算成成另另一一标标准准，，如如将将测测得得对对A A标标准准的的δδ值值（（δδ1313C CA A）），，换换算算成成对对B B标标准准的的δδ值（值（δδ1313C CB B）时，可用下式进行换算：）时，可用下式进行换算：式中式中δδ1313C CB B：为求取的对：为求取的对B B标准的标准的δδ值；值； δ δ1313C CA A：为测得的对：为测得的对A A标准的标准的δδ值；值； R RArAr,R,RBrBr: :分别为分别为A A、、B B标准的标准的1313C/C/1212C C比值。

比值晒吝瘫队汛敛贿守室沙臆址弧涟脏恳孟颧目馁堑任弯州盒炸几刷坏库汀杀第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水例例如如，，四四川川进进行行碳碳同同位位素素研研究究时时，，采采用用福福一一井井的的CHCH4 4作作为为工工作作标标准准（（即即A A标标准准））它它的的1313C/C/1212C C为为1084.41084.4×1010-5-5测测得得纳纳1616井井P P13A13A层层天天然然气气（（CHCH4 4））的的δδ1313C CA A（（A A标标准准））为为4 4 ‰ 现现将将其其换换算算成成以以周周口口店店灰灰岩岩为为标标准准（（即即B B标标准准-δ-δ1313C CB B）），，代代入入上上式式得得δδ1313C CB B值值为为-31.03 -31.03 ‰ ；；若若换换算算成成PDBPDB标标准准，，δδ1313C C值为值为-31.13 -31.13 ‰ 遵付股膝梨熙瞬借救康阴湍寨亮就潜衅铁蜀尘且论凤币遏肯旋建娥缉兹锁第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水与油气有关的与油气有关的C、、H、、S、、N、、O及惰性气体元素的稳定同位及惰性气体元素的稳定同位素在自然界的丰度、比值、标准及分布表示符号如表所示。

素在自然界的丰度、比值、标准及分布表示符号如表所示 The values of  carbon isotope criterion 13C/12C in common use and international criterion（（PDB)δ13C标标 准准 名名 称称 13C/12C δ 13C （（‰，， PDB ）） PDB （芝加哥标准）（芝加哥标准） 1123.72 × 10-5 0 BaCO3 （斯德哥尔摩标准）（斯德哥尔摩标准） 1112.15 × 10-5 -10.3 石墨（石墨（ NBS ，，№ 21 ）） 1092.48 × 10-5 -27.8 石油（石油（ NBS ，，№ 22 ）） 1090.68 × 10-5 -29.4 周口店灰岩（中国标准）周口店灰岩（中国标准） 1123.60 × 10-5 -0.1 福一井甲烷（中国四川）福一井甲烷（中国四川） 1084.40 × 10-5 -26.08 绪穗藏沉哎容拔恼彪云涂阜胸霞侦易鞘熟氨沁镭补丧组添戍扯廖趟资徐赖第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 ( (三）、三）、Fractional function and its effectFractional function and its effect 物物质质在在生生物物、、化化学学和和物物理理作作用用下下其其组组成成元元素素的的同同位位素素发发生生变变化化、、转转移移或或分分离离；；或或者者说说在在同同位位素素比比值值不不同同的的两两种种物物质质间间进进行行的的同同位位素素分分配配作作用用，，称称为为同同位位素素分分馏馏作作用用。

物物质质在在参参与与生生物物、、化化学学和和物物理理作作用用过过程程中中，，由由于于同同位位素素的的分分馏馏作作用用，，元元素素的的一一种种同同位位素素被被另另一一种种同同位位素素所所取取代代，，从从而而导导致致其其物物理理、、化化学学性性质质上上的的差差异异，，叫叫做做同同位位素素效效应应同同位位素素之之间间所所具具有有的的物物理理、、化化学学性性质质的的近近似似性性（（稳稳定定性性））和和分分馏作用，是同位素地球化学研究和应用的理论基础和前提馏作用，是同位素地球化学研究和应用的理论基础和前提 现以碳稳定同位素为例说明同位素分馏作用及其效应现以碳稳定同位素为例说明同位素分馏作用及其效应发弊秀朋父桩胡氰塞乾恩妹安粗番掩佛驰着啊魂惋购圭业荫富埠裴欺赛拴第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水1 1、、Exchange reaction of isotopesExchange reaction of isotopes 指指不不发发生生化化学学反反应应，，只只在在不不同同化化学学物物质质，，不不同同相相或或单单个个分分子子之之间间发发生生的的同同位位素素重重新新分分配配所所引引起起的的同同位位素素分分馏馏作作用用。

常常见见的反应有：的反应有： 1212COCO2 2+ +1313CHCH4 4≒≒1212COCO2 2+ +1212CHCH4 4 1313COCO2 2+H+H1212COCO3 3- -≒≒1212COCO2 2+H+H1313COCO3 3- -滥秩尹纬肿涯忿垫至帖糊况享尘涯澜齿榴检芋罗虞玲瞅祁矢哄讶抓搔铀咀第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水上述反应可写成下面通式：上述反应可写成下面通式： aA aA1 1+bB+bB2 2=aA=aA2 2+bB+bB1 1　　式中　　式中A A、、B B的下标的下标1 1和和2 2分别代表轻或重同位素对于分别代表轻或重同位素对于A A、、B B两两种物质中任意两种同位素的分配比率的比值可用来定义分馏因种物质中任意两种同位素的分配比率的比值可用来定义分馏因子子αα：：ααA-BA-B=R=RA A/R/RB B　　式中　　式中ααA-BA-B为为A A、、B B两种物质的分馏因子；两种物质的分馏因子； R RA A、、R RB B分别代表分别代表A A、、B B两种物质的两种物质的1313C/C/1212C C。

 　　　　ααA-BA-B与温度有较为密切的关系，在低温条件下，与温度有较为密切的关系，在低温条件下，103lnααA-BA-B与与1/T相关；在高温条件下，相关；在高温条件下，103ln ααA-BA-B 与与1/T2相关而103ln ααA-BA-B  ≈δA-δB因此，我们可以利用平衡系统中两种物质的我们可以利用平衡系统中两种物质的Δδ值，值，间接了解或近似地确定交换系统的温度条件间接了解或近似地确定交换系统的温度条件酚灰购蜡吗馁虫茅潭微坍猜小夜额住豢卖空杉姥锨阜礁圃睫塘遥螟潭刊宗第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水2. 2. The The fractional fractional function function of of isotopes isotopes in in biochemical biochemical coursecourse（（1 1））The impetus effect of plant photosynthesisThe impetus effect of plant photosynthesis 植植物物进进行行光光合合作作用用时时，，在在吸吸收收COCO2 2和和H H2 2O O繁繁殖殖本本身身的的过过程程中中，，碳碳同同位位素素发发生生进进一一步步的的分分馏馏作作用用。

植植物物体体中中δδ1313C C值值在在-6---6--3535‰之之间间，，与与大大气气COCO2 2的的δδ1313C C值值（（-7--9-7--9‰））明明显显有有别别植植物物体体中中δδ1313C C值的大小与植物的种类、光合作用的途径有关值的大小与植物的种类、光合作用的途径有关 研婚回摊翘瘸据底售僳昧践率捞亚痈女其照贮巡卜袜曙檄崎旅断嘎硷贩疾第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（（2 2）） The The effect effect of of environment environment for for the the fractional fractional function of plant carbon isotopesfunction of plant carbon isotopes 温温度度、、盐盐度度、、酸酸碱碱度度等等环环境境因因素素对对植植物物体体中中的的碳碳同同位位素素分分馏馏作作用用也也有有相相当当大大的的影影响响如如海海洋洋中中不不同同温温度度区区浮浮游游植植物物中中δδ1313C C值值的的变变化化从从-18-18‰--32--32‰，，高高温温区区相相对对富富集集1313C C ，，而而低低温温区区相相对对富富集集1212C C 。

淡淡水水（（低低盐盐度度，，偏偏酸酸性性））藻藻与与海海水水（（高高盐盐度度，，偏偏碱碱性性））藻藻相相比比较较，，明明显显贫贫1313C C ；；前前者者δδ1313C C值值为为-27-27‰--32--32‰，，而而后者的后者的δδ1313C C值为值为-17-17‰（高温区）到（高温区）到-28-28‰（低温区）低温区）3 3））The The fractional fractional function function of of plant plant carbon carbon isotopes isotopes in different organism functionsin different organism functions 据据德德根根斯斯（（Degens,E.T.,1968Degens,E.T.,1968））等等的的研研究究，，取取自自海海洋洋浮浮游游生生物物各各个个组组分分的的δδ1313C C值值有有明明显显差差别别（（图图）） 但但总总体体上上相相对对富富集集1212C C ，平均，平均δδ1313C C值在值在-16.7-16.7‰到到-29.8-29.8‰。

坡实成色输谓户戈沃算椰习拽淖弓馅殷逝疤温檬存球府队糙瀑剿窍埂驭乙第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The δ13C values of all kinds components in ocean plankton （（Degens, E.T.,1968））瞻燎宽尉芯盖哎片颐零脖埠频醒硅辽琴猩岭屠舞蟹亏烈垣翟莎妈窗也案偿第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The δ13C value of some amino acid and its functions （（P.H.Abclson & T.Hocring,1961）） 氨基酸名称氨基酸名称 δ 13C 值（值（‰，， PDB ）） 总碳总碳 羧基碳羧基碳 脱羧基残碳脱羧基残碳 天冬门氨基酸天冬门氨基酸 -12.5 -0.3 -24.7 谷氨酸谷氨酸 -18.9 +0.6 -23.8 丙氨酸丙氨酸 -14.9 +2.6 -23.8 筛寝倾乎哦巍扭殿穆咨趁吨狈寇绳阵购郡编俭铝龙框佐汽慕卿拦常陕价赫第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 3.The power domino effects of heat and chemical reaction 3.The power domino effects of heat and chemical reaction 碳碳同同位位素素的的质质量量不不同同，，其其取取代代分分子子或或键键的的化化学学活活动动性性不不同同，，-C-C-键键的的稳稳定定性性也也有有差差别别。

通通常常1313C C取取代代分分子子的的化化学学活活动动性性比比1212C C低低，，-C-C-键键的的稳稳定定性性顺顺序序为为：：-1313C C-1313C C-＞＞-1313C C- 1212C C -＞＞- 1212C C - 1212C C -它它们们参参与与化化学学反反应应时时，，在在温温度度和和其其它它条条件件都都相相同同的的情情况况下下，，- 1212C C - 1212C C -参参与与反反应应的的机机率率和和速速度度较较-1313C C-1313C C-大大，，- 1212C C - 1212C C -断断裂裂速速度度较较-1313C C-1313C C-为为快快这这就就使使得得在在低低温温条条件件下下（（主主要要是是微微物物质质作作用用））形形成成的的烃烃类类相相对对富集富集1212C C，而在高温条件下（有机质热解）形成的烃类，而在高温条件下（有机质热解）形成的烃类1313C C含量相对含量相对高谊衅巩栓泉战卷榆位谦若猩单胶照佳髓举偿魂力找赴考欢厘庶笼酌撼星郸第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 4.the physical chemistry domino effects4.the physical chemistry domino effects 对对稳稳定定同同位位素素分分馏馏最最有有意意义义的的物物理理化化学学效效应应是是蒸蒸发发和和扩扩散散作作用。

用 蒸蒸发发作作用用的的结结果果，，使使气气相相富富集集轻轻同同位位素素，，而而液液相相浓浓缩缩物物则则富富集较重的同位素集较重的同位素 扩扩散散过过程程中中，，气气体体分分子子穿穿过过多多孔孔介介质质的的速速度度与与质质量量有有密密切切关关系气体分子的平动速度比等于质量反比的平方根，即：系气体分子的平动速度比等于质量反比的平方根，即：　　　　　　公式　　　　　　公式对于分别由对于分别由1212C C和和1313C C组成的组成的COCO2 2来说，其速度比为：来说，其速度比为：　　　　　　公式　　　　　　公式上上式式表表明明1212COCO2 2比比1313COCO2 2的的平平动动速速度度快快1.1%1.1%对对于于CHCH4 4来来说说，，1212CHCH4 4的的平平动动速速度度比比1313CHCH4 4要要快快3.1%3.1%在在地地质质历历史史中中，，漫漫长长的的时时间间所所累累积积的的扩散效应对甲烷的同位素分馏作用是很可观的扩散效应对甲烷的同位素分馏作用是很可观的先荣录配组苏趾更胜走地毅脚肉烯症则坞烹妖蒜宛或般都砰朗圆器骇署挣第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（一）、（一）、Carbon isotope constitutionsCarbon isotope constitutions 原原油油碳碳同同位位素素的的δδ1313C C值值（（PDBPDB，，下下同同））一一般般为为-22 -22 ‰到到-33 -33 ‰之之间间，，平平均均-25-25‰到到-26 -26 ‰ 。

前前已已提提及及，，海海相相原原油油的的δδ1313C C值值要要高高些些，，大大致致在在-27 -27 ‰到到-22 -22 ‰ ；；陆陆相相原原油油的的δδ1313C C值值偏偏低低，，一一般般为为-29 -29 ‰到到-33 -33 ‰ 原原油油的的δδ1313C C值值有有随随年年代代变变老老显显示示轻轻微微降降低低的的趋趋势势，，即即年年代代较较老的原油略显相对富老的原油略显相对富1212C C，，δδ1313C C值相对低些（图）值相对低些（图） 二、二、Stable isotope constitutes Stable isotope constitutes of petroleum & gasesof petroleum & gases堰瑟纳硫浮八尧劳觉畔瞥韧罩观拈拣物佰个峰疫魄劳加撵涕际捷脖儿疙旧第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The distributing of carbon isotope in geological era petroleum（PDB，Stahl,1977）吮刷半核天甚瘸餐贯翠苍啪拿皮胃扭籍谈辖陪鸥残鲜膀滇搜溯井擅妮沟烫第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水      原油中不同组分的碳原油中不同组分的碳同位素组成也有差异。

同位素组成也有差异一般说来，饱和烃、芳一般说来，饱和烃、芳烃、胶质和沥青质的烃、胶质和沥青质的δ1313C值随馏分的极性和值随馏分的极性和分子量增大而增加分子量增大而增加      将同一原油不同组分将同一原油不同组分的的δ1313C值变化联接成的值变化联接成的折线称之为碳同位素曲折线称之为碳同位素曲线不同地区、不同成线不同地区、不同成因类型的原油的碳同位因类型的原油的碳同位素曲线有着明显的差别，素曲线有着明显的差别，所以所以利用碳同位素曲线利用碳同位素曲线能有效地解决成油环境、能有效地解决成油环境、油源对比及石油演化等油源对比及石油演化等方面的问题方面的问题The curves of carbon isotope in crude oil（据廖永胜，（据廖永胜，1982；其中红色虚线部分据；其中红色虚线部分据stahl,1977；；实线部分：（实线部分：（Ⅰ）福山凹陷；（）福山凹陷；（Ⅱ）莺歌海西部凹陷；）莺歌海西部凹陷；（（Ⅲ）和（）和（Ⅳ）涠西南凹陷））涠西南凹陷） 黑俏渺所肚额茫摩解鸳脾竭沃惹硝美刨共矣靠足炯迷授烟挥价痈瑚迢富豆第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 天天然然气气中中除除甲甲烷烷之之外外，，对对重重烃烃气气的的碳碳同同位位素素分分布布也也作作了了不不少少研研究究。

西西尔尔弗弗曼曼（（S.R.Silverman,1971S.R.Silverman,1971））的的实实验验表表明明，，无无论论是是溶溶解解的的烃烃气气，，还还是是游游离离烃烃气气，，碳碳同同位位素素组组成成上上总总是是由由甲甲烃烃向向重重烃烃方方向向富富集集1313C C（（重重碳碳同同位位素素）），，即即δδ1313C C1 1＜＜δδ1313C C2 2＜＜δ13Cδ13C3 3＜＜δδ1313C C4 4詹詹姆姆斯斯（（A.T.James,1983A.T.James,1983））认认为为，，天天然然气气分分子子的的碳碳同同位位素素组组成成不不仅仅符符合合上上述述规规律律，，而而且且各各分分子子间间δδ1313C C值值的的差差值值变变化化也也有有一一定定规规律律，，利利用用δδ1313C C值值 差差 值值 （（ 即即 ΔδΔδ值值 ，， 包包 括括 δδ1313C C2 2-δ-δ1313C C1 1，， δδ1313C C3 3-δ-δ1313C C2 2，， δδ1313C C4 4- -δδ1313C C3 3等）可以确定天然气的成熟度和有效地进行气源对比等）可以确定天然气的成熟度和有效地进行气源对比。

      天天然然气气的的碳碳稳稳定定同同位位素素中中，，还还应应注注意意CO2 2气气的的碳碳同同位位素素组组成成这这不不仅仅因因为为CO2 2常常与与烃烃气气伴伴生生，，而而且且可可以以利利用用CO2 2与与CH4 4的的同同位位素素平平衡衡来来计计算算天天然然气气的的生生成成温温度度；；还还可可以以根根据据δ1313CCO2 2与与δ1313C1 1的的关关系系进进行行成成因因分分类类此此外外还还可可以以单单独独利利用用CO2 2的的碳碳同同位位素素分分布布来来了了解解储储层层温温度和研究天然气中度和研究天然气中CO2 2的成因（图）的成因（图） 燥惑侠胳回稠圣范轧瓶曲摈烃曾严粹仟据宏蜒合逛农堑掏壮田庶新冯篮朱第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水    此图为加拿大阿尔伯达盆地此图为加拿大阿尔伯达盆地泥盆系气藏的泥盆系气藏的CO2资料汇总资料汇总由该图可以看出，低温浅埋藏由该图可以看出，低温浅埋藏储集层中的储集层中的CO2比深部（高温）比深部（高温）产出的产出的CO2具有更负的具有更负的δ13C值值得注意的是，在储层温度接值得注意的是，在储层温度接近近80℃的地方，的地方，CO2的碳同位的碳同位素组成发生了明显的变化。

深素组成发生了明显的变化深度再加大，度再加大，CO2的的δ13C值几乎值几乎接近于接近于0‰浅埋藏储层中的浅埋藏储层中的CO2部分是由细菌氧化有机质部分是由细菌氧化有机质生成的，可能这一转换温度生成的，可能这一转换温度80℃是代表微生物活动的上限是代表微生物活动的上限温度在更深的地下，可能发温度在更深的地下，可能发生有机质的热化学氧化作用或生有机质的热化学氧化作用或由地层中碳酸盐矿物的热分解由地层中碳酸盐矿物的热分解生成生成CO2，亦可能是两种成因，亦可能是两种成因CO2的混合物，其的混合物，其δ13C值接近值接近于于0‰ The connection between distributing of CO2 carbon isotope and reservoir temperature屡怪嗽脂顶勃叹口棱嘎闽足僚仰龋除派巩尧疟尿编握何子垮糙颊牢导苔怒第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水        据戴金星（据戴金星（1992）研究，在）研究，在CO2含量含量小于小于20%的天然气中，的天然气中，δ13CCO2＜＜-10‰是有是有机成因的机成因的CO2；；若若δ13CCO2＞＞-10‰，绝大多数是属无机成因，绝大多数是属无机成因的的CO2；；若若δ13CCO2≥-8‰则都是无机成因的则都是无机成因的CO2。

蜘萍捕闻钉眼医最德栅擅憎脆湍臃绿仅提作犁小疲吴太母堵迪秘遁菲媚明第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（二）、（二）、Hydrogen isotope constitutionsHydrogen isotope constitutions           原原油油中中δD值值（（SMOW，，下下同同））一一般般在在-80‰到到-160‰之之间间原原油油不不同同组组分分的的δD值值不不同同，，通通常常按按下下列列顺顺序序递递增增：：饱饱和和烃烃,芳芳烃烃,非非烃烃，，即即δDSHC＜＜δDAHC＜＜δDNSO颇胡羌影毡杠硝肚棕逸倡今垃牧息菏霓屡犁诺峻历厚瞎描莉鸟阉比盘斡诀第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 原原油油的的δDδD值值与与δδ13C C值值之之间间未未发发现现明明显显的的正正相相关关性性如如美美国国加加利利福福尼尼亚亚州州第第三三系系中中的的原原油油极极富富13C C（（δδ13C C值值-23 -23 ‰到到-25 -25 ‰ ）），，但但却却贫贫氘氘；；也也有有个个别别原原油油异异常常富富集集氘氘（（δDδD为为正正值值）），，而而δδ13C C值值并并没没有有相应的变化。

相应的变化 天天然然气气（（主主指指CHCH4 4））的的δDδD值值在在-270 -270 ‰到到-105 -105 ‰之之间间，，比比石石油油δDδD值低值低25-110 25-110 ‰ （即负值更大）即负值更大） 此此外外在在某某些些富富H H2 2的的天天然然气气中中，，H H2 2的的δDδD值值非非常常低低如如阿阿曼曼北北部部塞塞马马伊伊勒勒纳纳皮皮（（Semail Semail NappeNappe））蛇蛇绿绿岩岩中中热热泉泉气气苗苗（（H H2 2-N-N2 2））的的δDδD值值为为-536 -536 ‰ ；； 美美国国堪堪萨萨斯斯H H2 2-N-N2 2气气井井中中H H2 2的的δDδD值值为为-740 -740 ‰ --836 --836 ‰ 天天然然气气的的δDδD值值与与δδ13C C1 1值值之之间间存存在在一一定定的的正正相相关关性性，，即即δδ13C C1 1值值低低的的生生物物成成因因气气，，δDδD值值亦亦明明显显偏偏低低；；热热降降解解和和热热裂裂解解成成因因气气的的δδ13C C1 1值值较较高高，，相相应应地地其其δDδD值值也也比比较较高高。

这这种种相相关关性性对对于于单单一一成成因因类类型型的的天天然然气气来说较混合成因气更为明显（图）来说较混合成因气更为明显（图） 躁诞灵状侈酣伺钦焦遥桥辙孝健甫令上蔽洼唁铣勿氰无腰笛肆加彝缴例挨第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水     天然气的天然气的δD值与值与δ13C1值之间存在一定值之间存在一定的正相关性，即的正相关性，即δ13C1值低的生物成因值低的生物成因气，气，δD值亦明显偏值亦明显偏低；低；   热降解和热裂解成热降解和热裂解成因气的因气的δ13C1值较高，值较高，相应地其相应地其δD值也比值也比较高     这种相关性对于这种相关性对于单一成因类型的天然单一成因类型的天然气来说较混合成因气气来说较混合成因气更为明显更为明显 The connection chart of δD（（SMOW））and δ13C1（（PDB））of methane in natural gases（（Schoell etc.，，1977））1区为冰碛沼气；区为冰碛沼气；2.1区为阿尔卑斯盆地上第三系生物成因气区为阿尔卑斯盆地上第三系生物成因气; 2.2区为混合成因气；区为混合成因气；3,4,5区为热降解和热裂解成因气区为热降解和热裂解成因气 杆鲁僵厌镰骨权拨衡陡征祷废筛计茧锋森辉肩凳吃橱蚤阑跺宴臣急梆伦浚第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（（三三））、、The The stable stable isotopes isotopes of of inert inert gases gases in natural gasesin natural gases 目目前前对对以以烃烃气气为为主主狭狭义义天天然然气气中中惰惰性性气气体体的的稳稳定定同同位位素素研研究究较较少少，，其其中中只只有有HeHe和和ArAr的的研研究究积积累累了一定数量和较为系统的资料。

了一定数量和较为系统的资料阉蛤馒武壳聪沿饭乞眩棺质衫熏潘徽拨梯苔嘉乃角哨落卒回土瞎瞄公耻辐第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水1.1.The stable isotope of heliumThe stable isotope of helium HeHe有有3 3HeHe和和4 4HeHe两两种种稳稳定定同同位位素素地地球球上上的的4 4HeHe除除部部分分是是在在地地球球形形成成时时捕捕获获的的外外，，主主要要是是由由铀铀、、钍钍在在αα衰衰变变过过程程中中产产生生的的3 3HeHe的的成成因因还还不不是是很很清清楚楚，，可可能能与与地地壳壳深深部部及及宇宇宙宙星星球球内内部部的的天天然然核反应有关核反应有关 根根据据加加曼曼斯斯基基（（И.Л.КaΜССКИЙИ.Л.КaΜССКИЙ，，19711971））的的研研究究，，大大气气中中3 3He/He/4 4HeHe约约为为1.371.37×1010-6-6；；岩岩石石圈圈的的3 3He/He/4 4HeHe为为1010-6-6-10-10-9-9近近来来通通过过对对相相当当数数量量来来自自地地球球内内部部和和宇宇宙宙物物质质3 3He/He/4 4HeHe比比值值数数据据的的研研究究，，发发现现温温泉泉气气、、火火山山气气、、大大洋洋中中脊脊玄玄武武岩岩气气及及洋洋隆隆热热液液喷喷出出口口的的喷喷出出气气中中，，3 3He/He/4 4HeHe比比值值一一般般较较大大气气中中3 3He/He/4 4HeHe比比值值大大6-306-30倍倍；；而而宇宇宙宙物物质质的的3 3He/He/4 4HeHe比比值值则则一一般般要要比比大大气气中中3 3He/He/4 4HeHe比比值值高高数数百百倍倍。

因因此此，，3 3He/He/4 4HeHe比比值值高高于于大大气气3 3He/He/4 4HeHe比比值值数数倍倍到到数数十十倍倍的的天天然然气气，，常常被被认认为为是是深深部部地地壳壳乃乃至至地地幔幔内内形形成成的的深深源源无无机机成成因因气气，，亦亦或或至至少少有有部部分分深深源源无无机机成成因因气气的的加加入入由由此此可可见见，，3 3He/He/4 4HeHe在在油气成因的研究中是一个重要的参数油气成因的研究中是一个重要的参数丛灵釉蒲坡年拐希荧甸枫唁核而汛眶呵哗丰阉疯蹦选兵殖过萌腿蹄纳寇肆第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水2. The stable isotope of argon 2. The stable isotope of argon     Ar有有3636Ar、、3838Ar和和4040Ar三三个个稳稳定定同同位位素素，，其其比比例例分分别别0.337%、、0.063%和和99.6%地地球球上上3636Ar和和3838Ar大大部部分分是是原原生生的的，，即即地地球球形形成成时时捕捕获获的的，，主主要要富富集集于于大大气气中中核核反反应应生生成成3636Ar3838Ar速速度度极极慢慢，，所所占占比比例例比比原原生生的的低低得得多多。

4040Ar主主要要是是由由4040K衰衰变变来来的的大大气气中中4040Ar/3636Ar为为295.5由由于于4040Ar主主要要是是放放射射性性衰衰变变成成因因的的，，年年代代愈愈老老的的地地层层中中累累积积的的4040Ar就就愈愈多多，，4040Ar/3636Ar值值就就愈愈大大4040Ar/3636Ar值值具具有有年年代代累累积积效效应应，，因因此此可可以以利利用用天天然然气气中中4040Ar/3636Ar值为天然气形成的时代提供有用的信息值为天然气形成的时代提供有用的信息鬃捻恒殉会迫仕夜赖舟制筐鼠就菲仓测慷么屎饯隧芽魏迅鞍失咀膏赌侥绑第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水( (四）、四）、The isotope of sulfurThe isotope of sulfur、、 nitrogen nitrogen、、 oxygen oxygen 有有关关硫硫、、氮氮、、氧氧的的稳稳定定同同位位素素研研究究，，目目前前所所见见资资料料不不多多对对其其在在油、气中的研究和应用尚在探索之中，在此作一简介油、气中的研究和应用尚在探索之中，在此作一简介 1. The isotope of sulfur 1. The isotope of sulfur（（δδ3434S-CDS-CD））        油油、、气气中中的的硫硫同同位位素素研研究究目目前前多多限限于于对对H2S中中的的硫硫同同位位素素。

一一般般认认为为油油、、气气中中的的H2S主主要要是是由由硫硫酸酸盐盐经经微微生生物物和和热热化化学学还还原原作作用用而而来来的的浅浅埋埋藏藏储储集集层层中中由由微微生生物物还还原原硫硫酸酸盐盐（（SO42-2-离离子子））和和有有机机质质生生物物降降解解作作用用生生成成的的H2S，，其其δ3434S值值比比硫硫酸酸盐盐的的δ3434S值值小小而而深深部部碳碳酸酸盐盐-蒸蒸发发盐盐岩岩系系中中由由硫硫酸酸盐盐热热还还原原生生成成的的H2S，，其其δ3434S值值几几乎乎等等于于蒸蒸发发岩岩系系中中硫硫酸酸盐盐的的δ3434S值值Krouse（（1989））认认为为这这种种硫硫同同位位素素组组成成的的差差异异归归因因于于硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌对对硫硫同同位位素素具具有有选选择择性性还还原原的的结结果果硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌将将3232SO42-2-还还原原成成H2S的的速速度度要要比比将将3434SO42-2-还还原原成成H2S的的速度快速度快1.05倍，因此造成了剩余硫酸盐中相对富集了倍，因此造成了剩余硫酸盐中相对富集了3434S绳军曹系裴圾套卓氮渗眶誉碱办布拯绊佛株复码三鲜臆遂悍惟面趁啥赛陡第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 一一般般认认为为生生物物成成因因的的H H2S S硫硫同同位位素素组组成成轻轻，，δδ3434S S＜＜20 20 ‰ ，，明明显显 比比 硫硫 酸酸 盐盐 的的 硫硫 同同 位位 素素 轻轻 ，， ΔδΔδ3434S[δS[δ3434S S（（ SOSO42-2-）） - -δδ3434S S（（H H2S S））] ]＞＞22 22 ‰ 。

而而热热化化学学成成因因的的H H2 2S S具具有有重重的的硫硫同同位位素素组组成成，，与与同同源源硫硫酸酸盐盐的的硫硫同同位位素素分分馏馏小小，，其其δδ3434S S＞＞20 20 ‰ ；；根根据据大大量量研研究究综综合合的的结结果果，，ΔδΔδ3434S S值值作作为为深深度度一一个个指指标标，，大大约约在在2000m2000m深深处处有有一一个个转转折折带带，，该该处处的的ΔδΔδ3434S S值值从从+40 +40 ‰下下降降到到+10 +10 ‰以以下下；；在在3000m3000m以下深度，以下深度，ΔδΔδ3434S S值小于值小于5 5 ‰ ，大多接近于，大多接近于0 0 ‰ H H2 2S S的硫同位素组成也可用于储层温度研究（图）的硫同位素组成也可用于储层温度研究（图） 谓贼慨苛胰沦瑚阁漳蹈扁给剿呜叠切擅刮毗褂丽纠婶虏惰桓氧弗除迄侩阁第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水图                                                                                                                             左图中反映的是加拿大阿尔伯达盆地泥盆系气藏左图中反映的是加拿大阿尔伯达盆地泥盆系气藏H2S的硫的硫同位素分布，所反映的地区和层位与右图完全相同，值得注同位素分布，所反映的地区和层位与右图完全相同，值得注意的是，该图中意的是，该图中δ34S的变化趋势与右图中的变化趋势与右图中CO2的的δ13C变化趋变化趋势非常相似，说明势非常相似，说明SO42-的微生物还原作用主要发生在浅部环的微生物还原作用主要发生在浅部环境。

二者的结论完全一致二者的结论完全一致 漾瞩虽钧地循紧皇子撩汤叔侗吭两帝宋绵哉檬揽锤波檀双诸攫断欢托巾念第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水2. The isotope of nitrogen2. The isotope of nitrogen（（δδ1515N N）） 油油、、生生物物体体作作为为一一类类自自然然界界的的载载氮氮物物质质，，是是油油、、气气中中氮氮的的主主要要来来源源关关于于生生物物体体中中的的δδ1515N N，，一一方方面面，，从从营营养养氮氮的的角角度度，，对对浮浮游游生生物物而而言言，，由由于于它它们们是是以以海海水水中中的的硝硝酸酸盐盐（（溶溶解解的的NONO3-3-））来来制制造造自自身身细细胞胞质质的的，，故故其其δδ1515N N值值接接近近于于海海水水中中硝硝酸酸盐盐的的δδ1515N N，，即即为为+9+9‰，，且且海海相相沉沉积积岩岩中中有有机机质质的的δδ1515N N也也接接近近此此值值；；对对于于陆陆生生植植物物而而言言，，由由于于它它们们所所利利用用的的氮氮是是经经微微生生物物作作用用而而固固定定在在土土壤壤中中的的大大气气氮氮，，故故其其δδ1515N N值值接接近近于于大大气气氮氮的的δδ1515N N，，即即+2+2‰，，且且陆陆相相沉沉积积岩岩中中有有机机质质的的δδ1515N N值值也也接接近近该该值值。

另另一一方方面面，，生生物物体体中中的的δδ1515N N值值也也朝朝着着食食物物链链的的延延伸伸方方向向呈呈增增加加的的趋趋势势，，陆陆生生植植物物的的δδ1515N N值值平平均均为为+1.2+1.2‰，，陆陆生生动动物物的的δδ1515N N值值平平均均为为+6.5+6.5‰；；海海洋洋浮浮游游植植物物的的δδ1515N N值值平平均均为为+7+7‰，，而而海海洋洋浮浮游游动动物物的的δδ1515N N值值平平均均为为+10+10‰，，鱼鱼则则为为+15+15‰这这种种变变化化反反映映氨基酸代谢作用的同位素效应氨基酸代谢作用的同位素效应麓琉扣娜猖制骨狮虏铱骄厚浸酷玄促匣旭沈效且蚊予呼七碑殖铆罩呐诡权第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 在在一一定定程程度度上上有有机机质质的的氮氮同同位位素素组组成成可可能能由由其其形形成成的的油油、、气气及及煤煤等等矿矿物物所所继继承承尽尽管管现现存存生生物物物物质质的的δδ1515N N值值变变化化较较宽宽，，从从-8-8‰- -+23 +23 ‰ ，，但但有有机机质质的的氮氮同同位位素素组组成成比比大大气气氮氮重重原原煤煤和和泥泥炭炭的的氮氮同同位位素素组组成成比比大大气气氮氮平平均均重重8 8 ‰ ；；腐腐泥泥煤煤的的氮氮同同位位素素组组成成比比腐腐植植煤煤要要重重些些，，这这可可能能是是由由于于海海洋洋生生物物的的δδ1515N N较较大大的的缘缘故故；；沉沉积积物物中中分分散散有有机机质质的的δ15Nδ15N值值一一般般变变化化不不大大，，约约在在+9 +9 ‰左左右右；；石石油油的的氮氮同同位素组成约为位素组成约为3.4 3.4 ‰ 。

天天然然气气中中氮氮同同位位素素组组成成主主要要是是指指N N2 2气气的的同同位位素素影影响响天天然然气气中中分子氮的同位素组成变化的主要因素有：分子氮的同位素组成变化的主要因素有： ① ①氮气的母源物质类型；氮气的母源物质类型； ② ②氮气的形成过程；氮气的形成过程；    ③③天然气运移过程中氮气的渗流和扩散机理等天然气运移过程中氮气的渗流和扩散机理等勇蛆褥临倦皖契终臀串蛀少羞渊缴需脏靡犊昏故席罗皮塞疏烫跌烃爹恿葫第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水       鉴于氮气的多源性，有有机质经微生物分解和热裂解作用生成鉴于氮气的多源性，有有机质经微生物分解和热裂解作用生成的的N2；有地壳岩石脱气作用产生的；有地壳岩石脱气作用产生的N2；有硝酸盐脱氮作用生成的；有硝酸盐脱氮作用生成的N2；地幔源的；地幔源的N2；大气源的；大气源的N2等等这些不同成因的等等这些不同成因的N2，其，其δ1515N值变值变化很大，如火山喷气的化很大，如火山喷气的δ1515N值从值从-30‰-+30‰，还有些无机矿物的氮，还有些无机矿物的氮同位素组成变化范围更宽天然气中同位素组成变化范围更宽。

天然气中N2实质上是这些不同成因实质上是这些不同成因N2的的不同比例的混合物，因此不同比例的混合物，因此天然气中氮同位素组成变化范围也很大，天然气中氮同位素组成变化范围也很大，一般变化在一般变化在-30‰-+47‰之间氮的同位素组成可提供之间氮的同位素组成可提供N2的成因信息的成因信息（（Sweeney et al.,1978；；Hoefs,1980），同时也是天然气成因的一个），同时也是天然气成因的一个信息源有时也与有时也与He、、Ar、、H2、、CO2等资料结合使用等资料结合使用贮郁了科仿匝肺诞丑门围蔡旁邪妨郁凤废梧券乒屏期投引选芋鄂允襟啥葛第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水3. The isotope of oxygen3. The isotope of oxygen（（δδ1818O-SMOWO-SMOW）） 在在石石油油及及天天然然气气地地质质中中，，氧氧同同位位素素的的应应用用主主要要是是通通过过测测定定地地下下水水（（油油田田水水））的的氧氧同同位位素素组组成成，，用用以以了了解解油油气气田田（（层层））的的水水文文地地质质条条件件，，即即油油气气田田的的地地下下水水与与地地表表水水交交换换（（冲冲洗洗作作用用））的的强强弱弱。

还还可可以以通通过过地地下下水水氧氧同同位位素素组组成成了了解解地地下下水水的的来来源源，，研研究究其其可可能能对对油油气气藏产生的影响藏产生的影响芒搅卉咳嚎行你曾胸淮捏敖始强芥睦层矣浩斩乔驮策看徘播铡劫驻恕钵骋第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 Section 4 Oilfield watersSection 4 Oilfield waters Why waters are found in oilfields?Why waters are found in oilfields? Why have the high mineral concentration? Why have the high mineral concentration? What is the origin of oilfield waters? What is the origin of oilfield waters? Oilfield waters are classified into several groups? Oilfield waters are classified into several groups?形蚂衙势失泉堤骸用霄释昆亢欧眺芬汲椭肛景袜狂糠烈相瘁徊依睬乐猩绥第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水        所谓所谓油田水油田水(oilfield water)，，从广义上理解是指从广义上理解是指油气田区域（油气田区域（ or  the petroleum & gas structure）内）内的地下水，包括油（气）层水和非油（气）层水。

的地下水，包括油（气）层水和非油（气）层水         狭义的狭义的油田水是指油气田范围内直接与油（气）油田水是指油气田范围内直接与油（气）层连通的地下水，即油（气）层水层连通的地下水，即油（气）层水     The waters associated with oil and gas pools are called oil-field waters.     Wells that produce only water, or water noncommercial oil and gas showing ,when drilled into a  reservoir rock(i.e.,wells that miss finding an oil or gas pool),are called dry holes ,wet wells,dusters,or failures.结叶规酥斌亩哗文沈响弗味跋佃徘普僳炙潍秋又队鞭陛纺派鸯考咱哥萨壁第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 从形成油气的原始生物物质的生产，到油气的从形成油气的原始生物物质的生产，到油气的originorigin、、migrationmigration乃至最后乃至最后accumulationaccumulation成为成为oil-gas poolsoil-gas pools，无不，无不与水相伴，因而油气自然与水有着千丝万缕的联系；尤其是与水相伴，因而油气自然与水有着千丝万缕的联系；尤其是长期与油气相伴、与油气藏联系最为密切的油田水，必然会长期与油气相伴、与油气藏联系最为密切的油田水，必然会含载着一些与油气相关的信息，这就是石油及天然气地质学含载着一些与油气相关的信息，这就是石油及天然气地质学有必要关注油田水的主要原因。

有必要关注油田水的主要原因研究油田水，了解与油田水研究油田水，了解与油田水有关的水文地质有关的水文地质(hydrologic geology(hydrologic geology及水化学特征及水化学特征, ,对认识对认识油气藏的形成和保存条件，指导油气藏的形成和保存条件，指导exploration (prospect)and exploration (prospect)and exploitation of oil-gasexploitation of oil-gas均有重要意义均有重要意义 缨销锑辖棕二痴僧癣楼形涵角碾鹅娇踪挚孪蝎禹溯绑寡位碗踪涨休染二挡第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水一、一、The output states of The output states of oilfield watersoilfield waters§吸吸附附水水( (absorptive absorptive waterwater) )呈呈薄薄膜膜状状被被岩岩石石颗颗粒粒表表面面所所吸吸附，在一般温、压条件下不能自由运动附，在一般温、压条件下不能自由运动§毛毛细细管管水水( (capillary capillary waterwater) )存存在在于于毛毛细细管管孔孔隙隙- -裂裂缝缝中中，，只有当作用于水的力超过毛细管力时才能运动。

只有当作用于水的力超过毛细管力时才能运动§自自由由水水(free water)存存在在于于超超毛毛细细管管孔孔隙隙-裂裂缝缝中中，，在在重重力力作用下能自由运动作用下能自由运动It is also called gravity water油田水是地下水的一部分地下水存在于地下岩石的孔隙油田水是地下水的一部分地下水存在于地下岩石的孔隙- -裂缝系统中，水在裂缝系统中，水在其中的产状，受孔隙其中的产状，受孔隙- -裂缝大小及岩石颗粒表面的吸着作用所控制按照水在裂缝大小及岩石颗粒表面的吸着作用所控制按照水在其中的贮存状态，可分为其中的贮存状态，可分为吸附水、毛细管水吸附水、毛细管水和和自由水自由水三种产状三种产状火咨强死噶二馅刺洱濒苍矫苏撵酉蒸诵颈译帐乔擒满却暖恫址存能危畜龄第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 还还可可以以根根据据水水与与油油、、气气的的相相对对位位置置关关系系，，分分为为bottom bottom water water or edge water.or edge water. 底底水水是是指指含含油油（（气气））外外边边界界范范围围以以内内与与油油（（气气））相相接接触触，，且且位位于油气之下承托着油气的油（气）层水。

于油气之下承托着油气的油（气）层水 边边水水是是指指含含油油（（气气））外外边边界界以以外外的的油油（（气气））层层水水，，实实际际上上是是底底水水的自然外延的自然外延 顺顺便便提提及及，，在在油油气气占占据据的的位位置置还还存存在在束束缚缚水水（（包包括括吸吸附附水水和和一一部分毛细管水）部分毛细管水）     在在油油气气田田范范围围内内的的非非油油（（气气））层层水水，，可可根根据据它它们们与与油油（（气气））层层的的相相对对位位置置，，分分别别称称为为上上层层水水、、夹夹层层水水和和下下层层水水油油气气田田范范围围内内水水与与油气分布的关系，如图所示油气分布的关系，如图所示篮蓟郭敲藏贿帚渔占诲界允寇史宾蠕烛钩煽重脐得账戊廷骋蠕具掘于毫蒋第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The correlation of oilfield waters and oils and natural gases distribution （（Levorsen,1954））A- 尖灭型油气藏中的油田水；尖灭型油气藏中的油田水；B-背斜型油气藏中的油田水背斜型油气藏中的油田水 种泰免驰坚墩日螟因芒血捶弥验谅嫉曼磕袜激蕴各祈彪葵纹丫俭撂泅铱符第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水二、二、 Sources of oilfield waters Sources of oilfield waters§1 1）沉积水）沉积水( (sediment waterssediment waters) )；；§2 2）渗入水）渗入水( (filter watersfilter waters) )；；§3 3）深成水）深成水( (deep watersdeep waters) )；；§4 4）成岩水）成岩水( (diagenetic watersdiagenetic waters) )。

油田水的来源是一个极为复杂而尚未取得统一认识油田水的来源是一个极为复杂而尚未取得统一认识的问题一般认为可以有以下四种来源：的问题一般认为可以有以下四种来源：均摧东繁铺衬映酸钮客洒经室栈城坟憾期唐珊巫雅根指霄快珍旧屈踪扶钞第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水§沉积水沉积水( (sediment waterssediment waters) ) - -系沉积物堆积过程中充填于沉积物颗粒间隙并保系沉积物堆积过程中充填于沉积物颗粒间隙并保存在其中的水这种水的含盐度和化学组成与堆积沉积物的古海（湖）水的存在其中的水这种水的含盐度和化学组成与堆积沉积物的古海（湖）水的含盐度及沉积物本身有密切关系因此，不同沉积环境下形成的油田水矿化含盐度及沉积物本身有密切关系因此，不同沉积环境下形成的油田水矿化度有着明显的差别度有着明显的差别connate water)(connate water)§渗入水渗入水( (filter watersfilter waters)-)-是指来源于大气降雨时渗入到浅处孔隙、渗透性岩是指来源于大气降雨时渗入到浅处孔隙、渗透性岩层中的水由于渗入水的矿化度低，对高矿化度的地下水可起淡化作用。

淡层中的水由于渗入水的矿化度低，对高矿化度的地下水可起淡化作用淡化作用在靠近不整合面下的油田水中表现特别明显化作用在靠近不整合面下的油田水中表现特别明显§深成水深成水( (deep watersdeep waters) ) - -特指来源于地幔及地壳深部的高温、高矿化度、饱和特指来源于地幔及地壳深部的高温、高矿化度、饱和气体的地下水，包括初生水、岩浆水和变质水这种水在金属矿床形成过程气体的地下水，包括初生水、岩浆水和变质水这种水在金属矿床形成过程中起重要作用但在形成油田水中所起的作用有着不同的认识中起重要作用但在形成油田水中所起的作用有着不同的认识§成岩水成岩水( (diagenetic watersdiagenetic waters) )- -来源于矿物成岩转化脱出的结晶水（结构水）来源于矿物成岩转化脱出的结晶水（结构水）和有机质演化伴生的水和有机质演化伴生的水 油田水可以看作是沉积水、渗入水、深成水及成岩水以不同比例的混合水，油田水可以看作是沉积水、渗入水、深成水及成岩水以不同比例的混合水，且经过一系列复杂的物理化学作用（溶解且经过一系列复杂的物理化学作用（溶解- -沉淀），并与油气相伴生的油（气）沉淀），并与油气相伴生的油（气）层水。

层水 恍催骚赚垃刷昌凿裴帽澳收椰卞馈瞅勉翠丫蠕怨宽傲矩补诚丽歹言涎惫糖第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水三、三、 The chemical constitutions and the The chemical constitutions and the concentration(the amount of mineral matter or concentration(the amount of mineral matter or Total dissolved salts) of oilfield watersTotal dissolved salts) of oilfield waters §无机组成无机组成( (inorganic constitutionsinorganic constitutions) )§有机组成有机组成( (organic constitutionsorganic constitutions) )§溶解气溶解气( (dissolved gasesdissolved gases））§微量元素微量元素( (trace elementtrace element) ) （一）、（一）、The chemical constitutionsThe chemical constitutions 油田水的化学组成，实质上是指溶于油田水中的溶质的化学油田水的化学组成，实质上是指溶于油田水中的溶质的化学组成包括：组成包括：憋琶页臃酬洪嘴叛问水载磷堑蛹末宿琵尾玄婉筐儡陕轧盎呜侵盟窥限钾威第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水1.Inorganic constitutions1.Inorganic constitutions 据据研研究究，，在在天天然然水水中中目目前前已已测测定定出出6060多多种种元元素素，，其其中中最最常常见见的的大大约约3030多多种种。

油油田田水水的的成成分分比比一一般般天天然然水水更更为为复复杂杂，，这这不不仅仅是是因因为为油油田田水水长长时时间间与与油油气气相相接接触触，，而而且且还还因因为为它它是是从从不不同同的的沉沉积积环环境境（（如如淡淡水水湖湖、、咸咸水水湖湖或或海海洋洋等等））进进入入埋埋藏藏环环境境的的，，在在被被埋埋藏藏之之后后，，又又经经历历了了相相当当长长的的复复杂杂的的演演化化历历史史在在这这期期间间，，与与其其接接触触的的围围岩岩性性质质、、温温度度、、以以及及同同地地表表水水连连通通时时与与地地表表水水的的交交换换情情况况等等，，都会对油田水的化学成分有不同程度的影响都会对油田水的化学成分有不同程度的影响弛埂沉涕添围俄斩剪环僵颤每序抚澎瓷扭钓赃讫娱腥恢霸旧枷盛殴溺棚戚第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 In In routine routine analysis analysis of of waterwater，，常常用用NaNa+ +( (包包括括K K+ +) )、、CaCa2+2+、、MgMg2+2+和和ClCl- -、、SOSO4 42-2-、、HCOHCO2-2-( (包包括括COCO3 32-2-) )这这6 6种种阳阳、、阴阴离离子子代代表表大大量量无无机机组组成成。

其其含含量量则则可可用用重重量量法法、、当当量量法法和和当当量量百百分分比比法法来来表示三种表示方法的关系如下：表示三种表示方法的关系如下：毫克当量（毫克当量毫克当量（毫克当量/ /升）升）= =重量数（重量数（mg/lmg/l））/ /当量值当量值毫毫克克当当量量百百分分数数= = 毫毫克克当当量量数数（（某某离离子子））/ /全全部部阴阴、、阳阳离离子子的的毫克当量数，下表为同一分析数据用三种方法表示的计算结果毫克当量数，下表为同一分析数据用三种方法表示的计算结果蝴宙乎磁众世附定倍堰态蜜我尿腊垫练灭略棘聋骡芽卸成叹尊辕吕足慷阻第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The representation of chemistry constitutions离离 子子 毫克每升（毫克每升（mg/l）） 毫克当量每升毫克当量每升(ppm) 当量百分数当量百分数 阴阴离离子子 Cl- 34,930 984.0 49.0 SO42- 790 16.5 0.8 HCO3- 280 4.6 0.2 阴离子总和阴离子总和 36,000 1,005.1 50.0 阳阳离离子子 Na+ 12,281 534.0 26.5 Ca2+ 1,290 108.0 5.4 Mg2+ 7,270 363.0 18.0 阳离子总和阳离子总和 20,841 1,005.0 50.0 阴、阳离子总和阴、阳离子总和 56,841 2,010.1 100.0 霍魏瑟巷鲍足斩钒核尺萝家椰症丙岂豺氏炽凰丰禾袜捡烟绸炮齿欠酪店惜第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 含含H H2 2S S而贫硫酸盐而贫硫酸盐(sulfate)(sulfate)是油田水的特点之一是油田水的特点之一。

其原因是沉其原因是沉积水埋藏后早期经历的化学作用是以生物化学作用和氧化积水埋藏后早期经历的化学作用是以生物化学作用和氧化- -还原作还原作用为主，地层水中的硫酸盐常被还原成用为主，地层水中的硫酸盐常被还原成H H2 2S S和和S S2-2-，，SOSO4 42-2-含量明显减含量明显减少，亦即硫酸盐降低与此同时少，亦即硫酸盐降低与此同时FeFe3+3+转变为转变为FeFe2+2+，，HCOHCO3-3-和和COCO3 32-2-相应相应地增加     SO4 42-2-及其它氧化物被还原的程度主要取决于有机质的丰度及其它氧化物被还原的程度主要取决于有机质的丰度H2S在地下水中的含量变化很大，其变化在每升几毫克至几千毫克在地下水中的含量变化很大，其变化在每升几毫克至几千毫克之间所以虽然水中无或很少硫酸盐而又含有大量之间所以虽然水中无或很少硫酸盐而又含有大量H2 2S时被认为是时被认为是油田水的标志之一，但当水中无或很少油田水的标志之一，但当水中无或很少H2 2S而又有大量硫酸盐时，而又有大量硫酸盐时，却不能断定其不是油田水，还必需结合其它条件加以综合分析却不能断定其不是油田水，还必需结合其它条件加以综合分析。

螟渣锌认斟歌孰鲜突宵另陀剂粳圃偷宗个李篱械抗睡冕庞矮痢具纺释障漳第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 油油田田水水中中微微量量元元素素主主要要有有碘碘、、溴溴、、硼硼、、锶锶等等，，其其中中碘碘、、溴、硼、及铵含量较高是油田水的又一特征（表）溴、硼、及铵含量较高是油田水的又一特征（表） The contrast table of trace elements in  different waters  元素及化合物元素及化合物 油田水（油田水（mg/l）） 海水（海水（mg/l）） 淡水（淡水（mg/l）） 碘碘 几十到几百几十到几百 0.05 0.003 溴溴 几百几百 65 0.0001 — 0.2 硼硼 几十到几百几十到几百 4 — 6 痕量或无痕量或无 NH4 100 — 500 - 20 — 60 座息企滨尧抖廖寻砚扦袍吸徽亭氟锌弧横客催默股循光畔裙贼衙轨廷洱眺第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 油田水中的碘油田水中的碘(Iodine)(Iodine)可能来源于原始有机物质，特别是藻可能来源于原始有机物质，特别是藻类溴(bromine)(bromine)和硼和硼(boron)(boron)含量高指示地下水几近停滞，有含量高指示地下水几近停滞，有利于油气保存。

利于油气保存 铵铵(ammonium)(ammonium)是原始有机质分解的产物，化学性质不稳定，是原始有机质分解的产物，化学性质不稳定，易转变为氨及其它化合物所以铵的存在进一步表明地下为还易转变为氨及其它化合物所以铵的存在进一步表明地下为还原环境，有利于油气保存原环境，有利于油气保存    油田水中还可有锶油田水中还可有锶(strontium)、钡、钡(barium)等元素，但并非等元素，但并非所有油田水都有总之，油田水中微量元素的存在有助于对与所有油田水都有总之，油田水中微量元素的存在有助于对与油气有关的沉积、成岩环境及油气保存条件的研究油气有关的沉积、成岩环境及油气保存条件的研究 叠糯塌忽屯先肿痘藩怔只羞风窝昌吝怨耸欠景襄奏杰宋贩藐鹏乞敷谤风益第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 2. Organic constitutions2. Organic constitutions油田水中常见的有机组分有油田水中常见的有机组分有烃类烃类、、酚酚和和有机酸有机酸 油层水所含的油层水所含的烃类烃类有气态有气态烃和液态烃一般油田水中烃和液态烃一般油田水中常含有溶解的烃类气体，包常含有溶解的烃类气体，包括甲烷和重烃，括甲烷和重烃，尤其是重烃尤其是重烃的存在往往表明与地下油气的存在往往表明与地下油气藏有关。

重烃含量的多少则藏有关重烃含量的多少则与距离油气藏的远近有关与距离油气藏的远近有关一般非油田水中常只含少量一般非油田水中常只含少量甲烷 酚酚在油层水中在油层水中含量也比较高，一含量也比较高，一般大于般大于0.1mg/l0.1mg/l，最，最高可达高可达10-15mg/l10-15mg/l，，且以邻甲酚和甲酚且以邻甲酚和甲酚为主；非油层水的为主；非油层水的含量低，且以苯酚含量低，且以苯酚为主 油田水中还油田水中还常含数量不等的常含数量不等的环烷酸、脂肪酸和氨基酸等其环烷酸、脂肪酸和氨基酸等其中环烷酸是石油环烷烃的衍生物，中环烷酸是石油环烷烃的衍生物，常可作为找油的重要水化学标志常可作为找油的重要水化学标志环烷酸的含量与距离油藏的远近环烷酸的含量与距离油藏的远近有关，越近含量越高此外，环有关，越近含量越高此外，环烷酸的含量还与水型有关，烷酸的含量还与水型有关，它最它最容易富集在碱性的重碳酸纳型水容易富集在碱性的重碳酸纳型水中，而氯化钙型和氯化镁水中很中，而氯化钙型和氯化镁水中很少或没有环烷酸少或没有环烷酸凤杖赴夏泅钠坷疮激尼秸榔饿轮为囊览耿缝妹谈恕臼遵酥爽盲擒烙杭檀任第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 ( (二）、二）、Concentration of oilfield watersConcentration of oilfield waters      所所谓谓矿矿化化度度(concentration ,or total dissolved salts, or  the total amount of mineral matter)是是指指单单位位体体积积水水中中所所含含各各种种离离子子、、分分子子和和化化合合物物的的总总量量，，通通常常叫叫做做水水的的总总矿矿化化度度(What is called  concentration is the gross of all kinds hydroniums、、molecules、、compounds in a unit volume water)。

总总矿矿化化度度可可用用干干涸涸残残渣渣（（将将水水加加热热至至105℃，，水水蒸蒸发发后后剩剩下下的的残残渣渣））重重量量或离子总量来表示，单位为或离子总量来表示，单位为mg/l（（ppm）、）、g/l或毫克当量或毫克当量/升俊抓倡盅女吱忧变照硬琅蹦挖沁挪市沙让柳凶缺瓶残廷脑警忌场舟纪慕致第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水      天然水可根据矿化度分为淡水（矿化度＜天然水可根据矿化度分为淡水（矿化度＜1,000ppm），微咸水），微咸水(1,000-3,000ppm)，咸水，咸水(3,000-10,000ppm)，盐水，盐水(10,000-50,000ppm)和卤水和卤水(＞＞50,000ppm)       地表的河水和湖水大多是淡水，其矿化度一般为几百地表的河水和湖水大多是淡水，其矿化度一般为几百ppm海水的总矿化度较高，可达水的总矿化度较高，可达35,000ppm与油气有关的水一般都以具与油气有关的水一般都以具有高矿化度为特征，有高矿化度为特征，这是由于油田水埋藏于地下深处，长期处于停这是由于油田水埋藏于地下深处，长期处于停滞状态，缺乏循环交替所致多数海相油田水总矿化度在滞状态，缺乏循环交替所致。

多数海相油田水总矿化度在50,000-60,000ppm以上，最大可达以上，最大可达642,798ppm（美国密歇根州志留纪萨林（美国密歇根州志留纪萨林纳白云岩中，氯化钙型水）而陆相油田水的矿化度要低得多，一纳白云岩中，氯化钙型水）而陆相油田水的矿化度要低得多，一般为般为5,000-30,000ppm，高者达，高者达30,000-80,000ppm（我国酒泉盆地老（我国酒泉盆地老君庙油田水），最高可达君庙油田水），最高可达148,900ppm（胜坨油田沙三段膏盐层油田（胜坨油田沙三段膏盐层油田水），均为重碳酸钠型水水），均为重碳酸钠型水(saleratus water)猛箩羞湖途嵌袖挤易二邢凡促里衫布复沿拨革幻馈疡贩户萨迭毗还瞥荷厩第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水       但无论海相还是陆相都存在有相对低矿化度的油田水，甚至但无论海相还是陆相都存在有相对低矿化度的油田水，甚至出现相反的情况海相低矿化度的油田水有如美国堪萨斯州奥陶出现相反的情况海相低矿化度的油田水有如美国堪萨斯州奥陶系油田水，其矿化度为系油田水，其矿化度为5,000-35,000ppm其它还有委内瑞拉夸仑其它还有委内瑞拉夸仑夸尔油田水，其矿化度最大值仅夸尔油田水，其矿化度最大值仅2,300ppm，平均值为，平均值为1,400ppm；；委内瑞拉西部的拉斯委内瑞拉西部的拉斯·克鲁斯油田水，矿化度仅克鲁斯油田水，矿化度仅323ppm，实为淡，实为淡水。

一般认为这种反常现象与不整合存在有关可见由于地质条水一般认为这种反常现象与不整合存在有关可见由于地质条件不同，油田水的矿化度差异很大件不同，油田水的矿化度差异很大 杭摆渝讽究趟巢胶辣耪汰抖曙缄芒丘啊驼炎局与祁憨冤越熄造爽店榨榔铰第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 油油田田水水的的分分类类必必须须解解决决的的实实质质性性问问题题应应包包括括：：①①油油田田水水化化学学标标志志及及其其与与非非油油田田水水的的区区别别；；②②不不同同类类型型油油田田水水的的特特征征及及区区别 自自19111911年年美美国国帕帕斯斯梅梅尔尔提提出出第第一一个个油油田田水水分分类类方方案案至至今今，，对对油油田田水水分分类类方方案案虽虽然然作作过过多多次次修修改改和和补补充充，，但但基基本本上上都都是是以以NaNa+ +、、MgMg2+2+、、CaCa2+2+和和ClCl- -、、SOSO4 42-2-、、HCOHCO3 3- -的的含含量量及及其其组组合合关关系系作作为为分分类类基基础础在在各各分分类类方方案案中中，，以以苏苏林林（（B.A.ЩУЛИНB.A.ЩУЛИН））分分类类较较为简明，也为国内外广泛采用，因而在此着重介绍苏林分类。

为简明，也为国内外广泛采用，因而在此着重介绍苏林分类四、四、Classifications of oilfield watersClassifications of oilfield waters婉哩陵琉宣锁评肿缘冶剐粘架力山低麓城娠十淫葫磋澎忻荡暖捣愿戊灸感第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 苏苏林林认认为为，，天天然然水水就就其其形形成成环环境境而而言言，，主主要要是是大大陆陆水水和和海海水水两两大类大类(land water and sea water)(land water and sea water) 大大陆陆水水含含盐盐度度低低（（一一般般小小于于500mg/l500mg/l）），，其其化化学学组组成成具具有有HCOHCO3-3-＞＞SOSO4 42-2-＞＞ClCl- -，，CaCa2+2+＞＞NaNa+ +＜＜MgMg2+2+的的相相互互关关系系，，且且NaNa+ +＞＞ClCl- -，，NaNa+ +/Cl/Cl- -( (当当量比量比) )＞＞1 1 海海水水的的含含盐盐度度较较高高( (一一般般约约为为35,000mg/l)35,000mg/l)，，其其化化学学组组成成具具有有ClCl- -＞＞SOSO4 42-2-＞＞HCOHCO3-3-，，NaNa+ +＞＞MgMg2+2+＜＜CaCa2+2+，，且且ClCl- -＞＞NaNa+ +，，NaNa+ +/Cl/Cl- -（（当当量量比比））＜＜1 1的特点。

的特点 大大陆陆淡淡水水中中以以重重碳碳酸酸钙钙(calcium (calcium bicarbonate)bicarbonate)占占优优势势，，并并含含有硫酸钠有硫酸钠(sodium sulfate)(sodium sulfate)；； 而海水中不存在硫酸钠而海水中不存在硫酸钠(sodium sulfate)(sodium sulfate) 苏苏林林就就是是根根据据上上述述认认识识，，以以NaNa+ +/Cl/Cl- -、、(Na(Na+ +-Cl-Cl- -)/SO)/SO4 42-2-和和(Cl(Cl- -- -NaNa+ +)/Mg)/Mg2+2+这三个成因系数，将天然水划分成这三个成因系数，将天然水划分成四个基本类型四个基本类型（表和图）（表和图） 写侣拐诈其蓟埂痴驰购幅站仇闷拆舷顽傣疾乒沥深佯磅洞体跌襟划黄灿板第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The cause sort table of natural gases （（B.A.ЩУЛИН，，1946）） 不不 同同 的的 类类 型型 成因系数（以毫克当量表示浓度比）成因系数（以毫克当量表示浓度比） Na+/Cl- (Na+-Cl-)/SO42- (Cl--Na+)/Mg2+ 大陆水大陆水 硫酸钠型硫酸钠型 ＞＞1 ＜＜1 ＜＜0 重碳酸钠型重碳酸钠型 ＞＞1 ＞＞1 ＜＜0 海水海水 氯化镁型氯化镁型 ＜＜1 ＜＜0 ＜＜1 深层水深层水 氯化钙型氯化钙型 ＜＜1 ＜＜0 ＞＞1 造盼影乎昌循吉路沿跪处眷栏莎辕肤宾预佳啊诸十吵票摔仆籍闰伶草弄昨第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水The cause sort chart of natural gases （B.A.ЩУЛИН，1946）端点端点A: SO4=50%Na-Cl=0%;端点端点B: SO4=50%,Na-Cl=50%;端点端点C: SO4=0%,Na-Cl=50%;端点端点D: Mg=0%,Cl-Na=50%;端点端点E: Mg=50%,Cl-Na=50%;端点端点F: Mg=50%,Cl-Na=0%;估慧骏老顽洛瑚卒臆堑野疹义润火绎缀祖编陋蝎犊附窘害诽灯姬克芜裂铬第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水 苏苏林林认认为为，，裸裸露露的的地地质质构构造造中中的的地地下下水水可可能能属属于于硫硫酸酸钠钠型型(Na(Na2 2SOSO4 4) )，，与与地地表表大大气气降降水水隔隔绝绝的的封封闭闭水水则则多多属属于于氯氯化化钙钙型型(CaCl2)(CaCl2)，，两者之间的过渡带为两者之间的过渡带为氯化镁型氯化镁型(MgCl2)(MgCl2)。

在在油油气气田田地地层层剖剖面面的的上上部部地地层层水水以以重重碳碳酸酸钠钠型型为为主主；；随随着着埋埋藏藏加加深深，，过过渡渡为为氯氯化化镁镁型型；；最最后后成成为为氯氯化化钙钙型型有有时时重重碳碳酸酸钠钠型型直直接接被被氯氯化化钙钙型型所所替替代代，，缺缺少少过过渡渡型型油油田田水水的的水水化化学学类类型型以以氯氯化化钙钙型型为为主主，，重重碳碳酸酸钠钠型型(NaHCO3)(NaHCO3)次次之之，，硫硫酸酸钠钠型型和和氯氯化化镁镁型型较较为为罕见销雌干湛频约康潭颂抿卿求激钦履埋谚井潮址炊冤咕露憋支痊绩径嘲涯页第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水       苏林分类存在的问题在于：苏林分类存在的问题在于：①①把地下水的成因完全看成是地表把地下水的成因完全看成是地表水渗入形成的，没有考虑其它成因水的加入，还有自然界经常发生水渗入形成的，没有考虑其它成因水的加入，还有自然界经常发生的水的混合作用以及由此而产生的水中成分的多种分异和组合；的水的混合作用以及由此而产生的水中成分的多种分异和组合；②②将本来具有成因联系作为一个整体的大量无机组分，简化成仅是天将本来具有成因联系作为一个整体的大量无机组分，简化成仅是天然水盐类成分的分类，过于简单；然水盐类成分的分类，过于简单；③③忽略了水中气体成分及微量元忽略了水中气体成分及微量元素等一些具有标型性质的组分，同时缺少作为区分油田水与非油田素等一些具有标型性质的组分，同时缺少作为区分油田水与非油田水的特征参数。

随着油气勘探的进展和对油田水地球化学研究的深水的特征参数随着油气勘探的进展和对油田水地球化学研究的深入，入，比较普遍的意见是应把矿化度和阴离子组合作为油田水化学分比较普遍的意见是应把矿化度和阴离子组合作为油田水化学分类的基础，再根据油田水的特征参数或标志，区分油田水和非油田类的基础，再根据油田水的特征参数或标志，区分油田水和非油田水但提出的分类方案大都过于复杂，应用不便，难于推广，未被但提出的分类方案大都过于复杂，应用不便，难于推广，未被普遍接受普遍接受 挺淋抑敌梅蚊形升泼袍狼瑰梁务踌厘俱奖绎咎趟悄菌呼仟峭腋狭绣坟虾泪第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（一）、（一）、Colors and transparencesColors and transparences 含含H H2 2S S者者呈呈淡淡青青绿绿色色；；含含铁铁质质胶胶状状体体（（FeFe2+2+、、FeFe3+3+））者者带带淡淡红红色色、、褐褐色色或或淡淡黄黄色色油油田田水水因因含含胶胶体体和和乳乳化化物物，，一一般般不不透透明明或或成成混混浊浊状二）、（二）、Scents and tastes Scents and tastes 当当水水中中溶溶有有较较多多重重烃烃气气及及（（或或））少少量量液液态态烃烃时时，，往往往往具具有有汽汽油油或或煤煤油油味味；；含含H H2 2S S气气体体时时常常常常有有剌剌鼻鼻的的腐腐蛋蛋味味。

溶溶有有氯氯化化钠钠者者为咸味；含硫酸镁则使水带苦味为咸味；含硫酸镁则使水带苦味五、五、Physical properties of Physical properties of oilfield watersoilfield waters绚蔼堤村唉渣疡鞠绑糊给荧铡井砷噬濒趴瞻同最码届狞锯趋兹脉遏董袋扯第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水（三）、（三）、Specific gravitiesSpecific gravities 油田水比重一般大于油田水比重一般大于1 1含盐度越高的油田水比重越大含盐度越高的油田水比重越大我国洒泉盆地的油田水比重为泉盆地的油田水比重为1.01-1.051.01-1.05，川中的油田水为，川中的油田水为1.1321.132四）、（四）、ViscositiesViscosities 油田水中含盐份，粘度比纯水高一般是溶解盐份越多，粘度油田水中含盐份，粘度比纯水高一般是溶解盐份越多，粘度越高温度对油田水的粘度有明显的影响，温度越高，粘度越低温度对油田水的粘度有明显的影响，温度越高，粘度越低五）、（五）、ConductionsConductions 水是极性化合物，纯水是不导电的。

油田水因含各种离子，能够水是极性化合物，纯水是不导电的油田水因含各种离子，能够导电，水中含离子越多，导电性越强导电，水中含离子越多，导电性越强肯争讥棚弹袄漏犀门嚣风霖儡鼎鬃啊戏匡易式惰橡镰搂触慑翻陛猜泥游蜒第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水Other characteristics of oilfield waters§1. Water Saturation—The amount of interstitial water in a petroleum reservoir is commonly measured in percentage of effective pore space. §2. Formation resistivity factor ,also called the formation factor(F)---饱和着电解质（如盐水）的饱和着电解质（如盐水）的岩石的电阻除以电解质的电阻岩石的电阻除以电解质的电阻§3. Formation true resistivity(Rt)§4. The resistivity of the formation water(Rw)§5. MicroLog(微电极测井微电极测井); Microlaterolog( 微侧微侧向测井向测井); Sonic log ; SP log贱胚淳扔胡攒臃该孪漂蝇腆灌女择果旁辅绰聂晓鄂予类里滑爵统灌潦纤汕第1章石油天然油田水第1章石油天然油田水。