石油地質(zhì)學(xué)第1章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)

1、 是指在地殼巖石空隙（孔、洞、縫）中天然生是指在地殼巖石空隙（孔、洞、縫）中天然生成的，以成的，以液態(tài)烴液態(tài)烴為主的為主的可燃有機(jī)礦產(chǎn)可燃有機(jī)礦產(chǎn)。 v 石油石油（包括油氣瀝青）：（包括油氣瀝青）： 廣義上指自然界存在的一切氣體。油氣地質(zhì)上廣義上指自然界存在的一切氣體。油氣地質(zhì)上指的是在地殼巖石空隙（孔、洞、縫）中天然生成指的是在地殼巖石空隙（孔、洞、縫）中天然生成的，以的，以氣態(tài)烴氣態(tài)烴為主的為主的可燃有機(jī)礦產(chǎn)可燃有機(jī)礦產(chǎn)。v 天然氣天然氣：2石油：成成分分復(fù)復(fù)雜雜，是多多種種有有機(jī)機(jī)化化合合物物的的混混合合體體。主主要要為為液液態(tài)態(tài)烴烴類類，還含有數(shù)數(shù)量量不不等等的的非非烴烴化化合合物物和

2、和多多種種微微量量元元素素。各各地地的的石石油油成成分分不不一一，無無確確定定的的化化學(xué)學(xué)成成分分和和物物理理常常數(shù)數(shù)。課課件件制制作作人人：中中國國石石油油大大學(xué)學(xué). . 譚譚麗麗娟娟3 利用石油中各種化合物沸點(diǎn)不同各種化合物沸點(diǎn)不同的特點(diǎn)，加熱蒸餾，將原油分離成不同沸點(diǎn)范圍（即餾程餾程）的若干部分，每一部分就是一個(gè)餾分餾分。 在實(shí)際工作中，用某個(gè)溫度范圍內(nèi)（餾程）蒸餾出的餾某個(gè)溫度范圍內(nèi)（餾程）蒸餾出的餾分的重量或體積百分含量分的重量或體積百分含量來表示石油的組成，稱為石油的餾石油的餾分組成分組成。 石油瀝青類的餾分組成石油瀝青類的餾分組成石油瀝青類的餾分組成石油瀝青類的餾分組成 C25C

3、25530530渣油渣油高碳數(shù)大分子量環(huán)烷烴、高碳數(shù)大分子量環(huán)烷烴、芳烴和含芳烴和含S S、N N、O O化合物?；衔?。C19C19- -C25C25360360- -530530潤滑油潤滑油重重餾餾分分320320- -360360重瓦斯油重瓦斯油C14C14- -C18C18260260- -320320柴油柴油烷烴、環(huán)烷烴為主，含有烷烴、環(huán)烷烴為主，含有芳烴和含芳烴和含S S、N N、O O化合物。化合物。C12C12- -C14C14190190- -260260煤油煤油中中餾餾分分C5C5- -C12C123535- -190190汽油汽油烷烴、環(huán)烷烴烷烴、環(huán)烷烴C1C1- -C4

4、C435 C25C25530530渣油渣油高碳數(shù)大分子量環(huán)烷烴、高碳數(shù)大分子量環(huán)烷烴、芳烴和含芳烴和含S S、N N、O O化合物?；衔?。C19C19- -C25C25360360- -530530潤滑油潤滑油重重餾餾分分320320- -360360重瓦斯油重瓦斯油C14C14- -C18C18260260- -320320柴油柴油烷烴、環(huán)烷烴為主，含有烷烴、環(huán)烷烴為主，含有芳烴和含芳烴和含S S、N N、O O化合物。化合物。C12C12- -C14C14190190- -260260煤油煤油中中餾餾分分C5C5- -C12C123535- -190190汽油汽油烷烴、環(huán)烷烴烷烴、環(huán)烷烴

5、C1C1- -C4C4351%）；內(nèi)陸淡水S低（2%高硫原油；S0.5%低硫原油；S0.5-2%含硫原油75050多種，與自然界有機(jī)物的微量元素組成十分接近，被作為多種，與自然界有機(jī)物的微量元素組成十分接近，被作為石油有機(jī)成因的證據(jù)之一。石油有機(jī)成因的證據(jù)之一。其中，釩（釩（V V）和鎳（和鎳（NiNi）兩元素分布普遍并具成因意義。兩元素分布普遍并具成因意義。釩、鎳含量低且釩、鎳含量低且V/Ni1V/Ni1V/Ni1海相成因的原油海相成因的原油2.2.微量元素微量元素8一、石油的化學(xué)成分一、石油的化學(xué)成分一、石油的化學(xué)成分一、石油的化學(xué)成分（二）石油的化合物組成（二）石油的化合物組成含含N N

6、、含、含S S、含、含O O化合物化合物非烴非烴不飽和烴不飽和烴芳烴環(huán)烷芳烴芳烴環(huán)烷芳烴環(huán)烷烴環(huán)烷烴飽和烴飽和烴烷烴烷烴烴烴含含N N、含、含S S、含、含O O化合物化合物非烴非烴不飽和烴不飽和烴芳烴環(huán)烷芳烴芳烴環(huán)烷芳烴環(huán)烷烴環(huán)烷烴飽和烴飽和烴烷烴烷烴烴烴目前石油中已鑒定出的烴類化合物超過425種。9正烷烴分布曲線正烷烴分布曲線不同碳原子數(shù)不同碳原子數(shù)的正烷烴相對含的正烷烴相對含量呈一條量呈一條 連續(xù)的連續(xù)的曲線，稱為曲線，稱為正烷正烷烴分布曲線烴分布曲線。碳數(shù)5102015253035占原油體積%2.01.51.00.501正烷烴分布曲線主峰碳正烷烴分布曲線特征：正烷烴分布曲線特征：A、陸

7、相陸相陸相陸相有機(jī)質(zhì)形成的有機(jī)質(zhì)形成的石油石油石油石油：高碳數(shù)高碳數(shù)高碳數(shù)高碳數(shù)（C22 ）正烷烴正烷烴多多多多；海相海相海相海相（浮游生物菌藻類）有機(jī)質(zhì)形成的（浮游生物菌藻類）有機(jī)質(zhì)形成的石油石油石油石油 ：低碳數(shù)低碳數(shù)低碳數(shù)低碳數(shù)（C21）正烷烴正烷烴多多多多。C、年代老、埋深大、年代老、埋深大、有機(jī)質(zhì)演化程度較高的石油有機(jī)質(zhì)演化程度較高的石油有機(jī)質(zhì)演化程度較高的石油有機(jī)質(zhì)演化程度較高的石油：低碳低碳低碳低碳數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)正烷烴正烷烴多多多多。有機(jī)質(zhì)演化程度較低的石油有機(jī)質(zhì)演化程度較低的石油有機(jī)質(zhì)演化程度較低的石油有機(jī)質(zhì)演化程度較低的石油中正烷烴中正烷烴碳碳碳碳數(shù)偏高數(shù)偏高數(shù)偏高數(shù)偏高。D、受受

8、微生物微生物微生物微生物強(qiáng)烈強(qiáng)烈降解降解降解降解的的原油原油原油原油：正烷烴正烷烴正烷烴正烷烴常被選擇性降解，常被選擇性降解，一般一般含量較低含量較低含量較低含量較低，低碳數(shù)的更少。，低碳數(shù)的更少。異異構(gòu)構(gòu)烷烷烴烴（I Is so oa al lk ka an ne e，以以C10為為主主）石油中的異構(gòu)烷烴以C10為主，高碳數(shù)者以類類異異戊戊二二烯烯型型烷烷烴烴最受重視。v生生物物標(biāo)標(biāo)志志化化合合物物：是是指指來來源源于于生生物物體體，基基本本保保持持了了原原始始組組分分的的碳碳骨骨架架，記記載載了了原原始始生生油油母母質(zhì)質(zhì)特特殊殊分分子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)信信息息的的有有機(jī)機(jī)化化合合物物。石石油油有有

9、機(jī)機(jī)成成因因重重要要證證據(jù)據(jù)例：類類異異戊戊間間二二烯烯型型烷烷烴烴：姥姥鮫鮫烷烷（P Pr r）、植植烷烷（P Ph h）四四環(huán)環(huán)甾甾烷烷和和五五環(huán)環(huán)萜萜烷烷（環(huán)環(huán)烷烷烴烴）vPr/Ph小于1：還原環(huán)境， Pr/Ph大于1：氧化環(huán)境v酸性水介質(zhì)環(huán)境有利于Pr的形成，而偏堿性水介質(zhì)環(huán)境有利于Ph的形成。3、石油的地球化學(xué)分類（B.P.Tissot and Welte）:該分類采用三角圖解，以烷烴（石蠟烴）、環(huán)烷烴、芳香烴含硫、氮、氧化合物的相對含量作三角圖解的三端元，并參考了石油中的含硫量。 所有數(shù)據(jù)都指的是常壓下，沸點(diǎn)大于210的石油餾分的分析數(shù)據(jù)（三）石油的分類（三）石油的分類 石油的地球

10、化學(xué)分類石油的地球化學(xué)分類：芳香：芳香-瀝青型瀝青型1%：芳香：芳香-環(huán)烷型環(huán)烷型1%P10%，N25%P10%，N25%：環(huán)烷型：環(huán)烷型PN，N40%：石蠟：石蠟-環(huán)烷型環(huán)烷型：芳香：芳香-中間型中間型：石蠟型：石蠟型類型類型P40%，N40%P10%P40%，PN1%S50%AA50%1%S50% AA50%含硫量含硫量烴類成分含量烴類成分含量：芳香：芳香-瀝青型瀝青型1%：芳香：芳香-環(huán)烷型環(huán)烷型1%P10%，N25%P10%，N25%：環(huán)烷型：環(huán)烷型PN，N40%：石蠟：石蠟-環(huán)烷型環(huán)烷型：芳香：芳香-中間型中間型：石蠟型：石蠟型類型類型P40%，N40%P10%P40%，PN1%S5

11、0%AA50%1%S50% AA50%含硫量含硫量烴類成分含量烴類成分含量14A A、海相石油：、海相石油：以芳香中間型和石蠟環(huán)烷型為主，以芳香中間型和石蠟環(huán)烷型為主，V/Ni V/Ni 1 1 。飽和烴占。飽和烴占252570%70%，芳烴占，芳烴占252560%60%；高硫（；高硫（1%1%）低蠟（）低蠟（5%5%）。）。以石蠟型為主，部分石蠟環(huán)烷型。以石蠟型為主，部分石蠟環(huán)烷型。V/NiV/Ni1 1。飽和烴占。飽和烴占606090%90%，芳烴，芳烴10 10 20%20%；高蠟（；高蠟（5%5%）、低硫（）、低硫（1%1%）。）。B B、陸相石油：、陸相石油：三、石油的物理性質(zhì)三、石

12、油的物理性質(zhì) v石油的相對密度d d4 42020：1atm1atm下下2020單位體積原油與單位體積原油與4 4單位單位體積純水的重量比。體積純水的重量比。APIAPIAPIAPI度和波美度越大，度和波美度越大，度和波美度越大，度和波美度越大，d d d d4 4 4 420202020越小，油質(zhì)越輕。越小，油質(zhì)越輕。越小，油質(zhì)越輕。越小，油質(zhì)越輕。（6060F F15.515.5）5.1315.141604FdAPI度5.1315.141604FdAPI度1）化學(xué)組成v石油相對密度d d4 42020的影響因素2）溶解氣3）溫度和壓力3 3體積體積v膨脹系數(shù)膨脹系數(shù): :溫度每升高1F，單

13、位體積石油增加的體積量稱膨脹系數(shù)。隨石油密度降低而增大。3.3.粘度粘度：ViscosityViscosity石油的粘滯性石油的粘滯性大小用粘度（粘度（）來度量。石油粘度大，即不易流動(dòng)。粘度分為動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度和相對粘相對粘度度三種表示方式。影響石油粘度的主要因素：影響石油粘度的主要因素：石油的化學(xué)成分溶解溶解氣量氣量和外界的溫度、壓力條件。4.4.石油的溶解性：石油的溶解性：SolublenessSolubleness 難溶于水難溶于水 可溶于氣（烴氣）可溶于氣（烴氣）地下較高地下較高T T、P P下，部分低分子量液態(tài)烴可溶于烴氣中。下，部分低分子量液態(tài)烴可溶于烴氣中。選擇

14、性溶解于有機(jī)溶劑選擇性溶解于有機(jī)溶劑不同化合物選擇性溶解于氯仿（不同化合物選擇性溶解于氯仿（CHClCHCl3 3）、）、苯、苯、CClCCl4 4，石油醚等有機(jī)溶劑中。石油醚等有機(jī)溶劑中。5.5.石油的熒光性石油的熒光性（ Fluorescence of petroleumFluorescence of petroleum）v石油在紫外光的照射下，由于石油在紫外光的照射下，由于不飽和烴及其不飽和烴及其衍生物衍生物的存在而產(chǎn)生熒光的這種特性，被稱作的存在而產(chǎn)生熒光的這種特性，被稱作石石油的熒光性油的熒光性。石油的熒光性石油的熒光性取決于取決于它的它的化合物組成化合物組成：石油中的飽和烴不發(fā)光石

15、油中的飽和烴不發(fā)光。v 6.6.石油的旋光性石油的旋光性當(dāng)偏振光通過石油時(shí)，石油能使其振動(dòng)面當(dāng)偏振光通過石油時(shí)，石油能使其振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，石油的這種特性稱旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，石油的這種特性稱旋光性旋光性。源于生物體的某些有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)不對稱，源于生物體的某些有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)不對稱，具有手征性。具有手征性。v 石油具有旋光性的原因：石油具有旋光性的原因：21v 重油重油: :在原始油層溫度下，脫氣原油粘度為100-10000mPas，或在標(biāo)準(zhǔn)條件下密度為0.934-1.00g/cm3的原油。v 瀝青砂（超重油）：瀝青砂（超重油）：在儲(chǔ)層條件下，粘度為大于10000mPas，或在標(biāo)準(zhǔn)條件下密度

16、大于1.00g/cm3的原油。四、重質(zhì)油、瀝青砂與固體瀝青概述四、重質(zhì)油、瀝青砂與固體瀝青概述（一）（一）重油和瀝青砂重油和瀝青砂 22v 元素組成：元素組成： 與常規(guī)油相比與常規(guī)油相比， 氧、硫、氮等元素含量高氧、硫、氮等元素含量高，硫元素含量0.41.0%以上，氮元素含量在0.71.20%以上。 更富微量元素更富微量元素，高于常規(guī)油幾至幾十倍。，高于常規(guī)油幾至幾十倍。v 化合物組成：化合物組成：與常規(guī)油相比與常規(guī)油相比， 烴類含量低烴類含量低（一般小于60%），非烴、瀝青質(zhì)含量高非烴、瀝青質(zhì)含量高（1030%）。1 1重油和瀝青砂的化學(xué)成分重油和瀝青砂的化學(xué)成分與常規(guī)油相比：比重大、粘度大

17、、含膠量高、含蠟量低、凝固點(diǎn)低比重大、粘度大、含膠量高、含蠟量低、凝固點(diǎn)低2 2重油和瀝青砂的物理性質(zhì)重油和瀝青砂的物理性質(zhì)v固體瀝青固體瀝青是油氣在熱力和氧化、細(xì)菌的生物化是油氣在熱力和氧化、細(xì)菌的生物化學(xué)作用下，發(fā)生物理分異、化學(xué)分化、及變質(zhì)等次學(xué)作用下，發(fā)生物理分異、化學(xué)分化、及變質(zhì)等次生變化的產(chǎn)物，生變化的產(chǎn)物，又稱固態(tài)衍生物固態(tài)衍生物。v天然氣、石油及石油的固態(tài)衍生物，統(tǒng)稱為天然氣、石油及石油的固態(tài)衍生物，統(tǒng)稱為石油石油瀝青類瀝青類。（二）固體瀝青（二）固體瀝青24第二節(jié)第二節(jié) 天然氣天然氣一、天然氣的化學(xué)組分一、天然氣的化學(xué)組分 烴氣烴氣：CHCH4 495%95%，C C2 25

18、%5%，貧氣（干氣）；貧氣（干氣）；CHCH4 495%95%，C C2 25%5%，富氣（濕氣）富氣（濕氣）C C1 14 4為主為主，CH4最多。非烴氣：非烴氣：總量不多，但種類不少，總量不多，但種類不少，N N2 2、COCO2 2、COCO、H H2 2S S、H H2 2、微量惰性氣體微量惰性氣體二、天然氣的產(chǎn)出狀態(tài)二、天然氣的產(chǎn)出狀態(tài) 根據(jù)氣體在地下存在的狀態(tài)分：根據(jù)氣體在地下存在的狀態(tài)分：聚集型：聚集型：氣藏氣、氣頂氣、凝析氣氣藏氣、氣頂氣、凝析氣分散型：分散型：溶解氣、煤層氣、固態(tài)氣水合物溶解氣、煤層氣、固態(tài)氣水合物v 氣藏氣：氣藏氣：純氣藏中的氣體純氣藏中的氣體。可為烴氣（干

19、氣），也可能為非烴氣?？蔀闊N氣（干氣），也可能為非烴氣。與石油共存于油氣藏中、與石油共存于油氣藏中、呈游離氣頂產(chǎn)出的天然氣呈游離氣頂產(chǎn)出的天然氣成因、分布均與石油關(guān)系密切，濕氣成因、分布均與石油關(guān)系密切，濕氣v氣頂氣：氣頂氣： 當(dāng)?shù)叵聹囟取毫Τ^臨界條件后，液態(tài)烴逆蒸發(fā)而當(dāng)?shù)叵聹囟?、壓力超過臨界條件后，液態(tài)烴逆蒸發(fā)而形成的氣體，稱為形成的氣體，稱為凝析氣凝析氣。采至地面過程中，隨著溫度、。采至地面過程中，隨著溫度、壓力下降，這部分氣可凝結(jié)析離成輕質(zhì)油，稱壓力下降，這部分氣可凝結(jié)析離成輕質(zhì)油，稱凝析油凝析油凝析氣凝析氣26第三節(jié)第三節(jié) 油田水油田水廣義上：指油氣田區(qū)域內(nèi)的地層水。廣義上：指油氣

20、田區(qū)域內(nèi)的地層水。（油層水、非油層水）（油層水、非油層水）狹義上：指油氣田區(qū)域內(nèi)的油層水。狹義上：指油氣田區(qū)域內(nèi)的油層水。油層水：油層水：帶色、混濁、比重帶色、混濁、比重11，有，有H H2 2S S味或味或者汽油味，導(dǎo)電。含者汽油味，導(dǎo)電。含MgSOMgSO4 4時(shí)有苦味。時(shí)有苦味。三、油田水礦化度三、油田水礦化度v 單位體積水中所含溶解狀態(tài)的固體物質(zhì)總量。單位體積水中所含溶解狀態(tài)的固體物質(zhì)總量。即單位體積水中各種離子、元素及化合物總含量。即單位體積水中各種離子、元素及化合物總含量。用用g/lg/l、mg/lmg/l、ppmppm（百萬分之一）表示。百萬分之一）表示。四、油田水的化學(xué)組成四、

21、油田水的化學(xué)組成1.1.無機(jī)鹽類無機(jī)鹽類：陽離子：陽離子：NaNa(K(K) )、CaCa2 2、MgMg2 2陰離子：陰離子：ClCl- -、HCOHCO3 3- -、SOSO4 42 2- -、（、（含含COCO3 32 2）2.2.有機(jī)組分有機(jī)組分：主要有環(huán)烷酸、酚、苯等。：主要有環(huán)烷酸、酚、苯等。3.3.溶解氣溶解氣：COCO2 2、COCO、N N2 2、CHCH4 4、C C2 24.4.微量元素微量元素：SrSr、BaBa、FeFe、Al Al 等。等。28四、油田水的類型四、油田水的類型蘇林的天然水成因分類表 地表淡水地表淡水0 01 11 1NaNa2 2SOSO4 4型型油田水油田水（高礦化度）（高礦化度）地表淡水地表淡水（低礦化度）（低礦化度）0 01 11 1NaHCONaHCO3 3型型海水海水鹽湖水鹽湖水1 10 01 1MgClMgCl2 2型型深成水深成水油田水油田水1 10 01 1CaClCaCl2 2型型（ClCl- -NaNa）/Mg/Mg（NaNa- -ClCl）/SO/SO4 4Na/Na/ClCl環(huán)境環(huán)境成因系數(shù)（毫克當(dāng)量成因系數(shù)（毫克當(dāng)量% %）水型水型地表淡水地表淡水0 01 11 1NaNa2 2SOSO4 4型型油田水油田水（高礦化度）（高礦化度）地表淡水地表淡水（低礦化度）（低礦化度）