油氣藏中的流體

關于油氣藏中的流體第一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)石油第二節(jié)天然氣

第三節(jié)油田水第一章油氣藏中的流體第二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)石油一、石油的概念及組成二、石油的分類三、石油的物理性質四、海、陸相石油的基本區(qū)別第一章油氣藏中的流體第三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（一）石油的概念

石油是存在于地下巖石孔隙中的以液態(tài)烴為主體的可燃有機礦產。地下油氣藏中的石油是氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)烴類及其衍生物的混合物，在成分上以烴類為主，含有數量不等的非烴化合物及多種微量元素。在相態(tài)上以液態(tài)為主，溶有大量烴氣及少量非烴氣以和數量不等的固態(tài)烴類及非烴類物質。油氣藏中組成石油的各種成分和相態(tài)的比例因地而異，因此，石油沒有確定的化學成分和物理常數一、石油的概念及組成第四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（二）石油的元素組成

石油沒有確定的化學成分，因而也就沒有確定的元素組成。但其元素組成還是有一定的變化范圍。石油主要由碳(C）、氫（H）、硫（S）、氮（N）、氧（O）等元素組成，不同產地的石油元素組成含量存在差異

。一、石油的概念及組成第五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二石油的元素組成（重量百分比）

原

油

產

地元

素

組

成CHSNO中

國大慶(薩爾圖混合油)85.7413.310.110.150.69勝利(101混合油)86.2612.200.800.41-弧島油田84.2411.742.200.47-大港油田(混合油)85.6713.400.120.23-江漢油田(混合油)83.0012.812.090.471.63克拉瑪依油田(混合油)86.1313.300.040.250.28前蘇聯(lián)

雅雷克蘇80.6110.361.05痕量8.97烏克蘭84.6014.000.141.251.25老格羅茲尼86.4212.620.32-0.68卡拉-布拉克87.7712.37--0.46美國文圖拉(加利福尼亞州)84.6012.700.401.701.20科林加(加利福尼亞州)86.4011.700.60--博芒特(得克薩斯州)85.7011.000.702.61堪薩斯州84.2013.001.900.450.45(據石毓程，1980補充)第六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

原油中含硫量變化很大，從萬分之幾（克拉瑪依，0.05%）到百分之幾（委內瑞拉，5.48%）。根據含硫量可把原油分為高硫原油（含硫量大于1%）和低硫原油（含硫量小于1%）。原油中的硫主要來自有機物的蛋白質和圍巖的含硫酸鹽礦物如石膏等，故產于海相環(huán)境的石油較形成于陸相環(huán)境的石油含硫量高。

原油中含氮量在0.1-1.7%之間，平均值0.094%。90%以上的原油含氮量小于0.2%。原油的含氧量在0.1-4.5%之間，主要與其氧化變質程度有關。第七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

除上述5種主要元素之外，還從原油灰分（石油燃燒后的殘渣）中發(fā)現有鐵(Fe)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硅(Si)、鋁(Al)、釩（V）、鎳（Ni）、銅（Cu）、銻（Sb）、錳（Mn）、鍶（Sr）、鋇（Ba）、硼（B）、鈷（Co）、鋅（Zn）、鉬（Mo）、鉛（Pb）、錫（Sn）、鈉（Na）、鉀（K）、磷（P）、鋰（Li）、氯（Cl）、鉍（Bi）、鈹（Be）、鍺（Ge）、銀（Ag）、砷（As）、鎵（Ga）、金（Au）、鈦（Ti）鉻（Cr）、鎘（Cd）等30多種元素。這些元素雖然種類繁多，但總量僅占石油重量的萬分之幾，在石油中屬微量元素，亦或稱之為灰分元素。第八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

在石油微量元素中，以釩(V)、鎳(Ni)兩種元素含量高、分布普遍，且鑒于其與石油成因有關聯(lián)，最為石油地質學家所重視。

V/Ni比值可做為區(qū)分是來自海相環(huán)境還是陸相環(huán)境沉積物的標志之一。

一般V/Ni>1被認為是海相環(huán)境。

V/Ni<1為陸相環(huán)境。第九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（三）石油的化合物組成

組成石油的主要元素是C、H、S、N、O，但由這5種元素構成的化合物卻是龐大的?；\統(tǒng)地說，組成石油的化合物多是有機化合物，作為雜質混入的無機化合物不多，含量甚微，可以忽略不計。石油的化合物組成，歸納起來可以分為烴和非烴兩大類，其中烴類是主要的，這與元素組成以C、H占絕對優(yōu)勢相一致。一、石油的概念及組成第十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二飽和烴或烷烴或石蠟烴（鏈烷烴及環(huán)烷烴）不飽和烴--烯烴、芳香烴和環(huán)烷-芳香烴烴類化合物第十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二1.烴類化合物

（1）.

飽和烴在石油中飽和烴在數量上占大多數，一般占石油所有組分的50-60%?？杉毞譃檎龢嬐闊N、異構烷烴(同分異構體—具有相同成分但具不同分子結構從而具不同特性的物體）和環(huán)烷烴。直鏈的正構烷烴平均占石油的15-20%（體積），輕質原油可達30%以上，而重質原油可小于15%。石油中已鑒定出的正烷烴自C1-C45，但石油大部分正烷烴碳數≤C35。

在常溫常壓下

，正烷烴C1-C4為氣態(tài)，C5-C15為液態(tài)，C16以上為固態(tài)（天然石蠟）。第十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

石油中帶支鏈（側鏈）的異構烷烴以≤C10為主，常見于C6-C8中；C11-C25較少，且以異戊二烯型烷烴最重要。石油中的異戊二烯型烷烴，一般被認為是葉綠素的側鏈-植醇演化而來，因而是石油生物成因的標志化合物。這種異構烷烴的特點是每四個碳原子帶有一個甲基支鏈。現已從石油中分離出多種異戊二烯型化合物，其總量達石油的0.5%。其中研究和應用較多的是2,6,10,14-四甲基十五烷（姥鮫烷）和2,6,10,14-四甲基十六烷（植烷）。研究表明，同一來源的石油，各種異戊二烯型化合物極為相似。因而常用之作為油源對比的標志。異戊二烯烴同系列立體化學結構圖第十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

環(huán)烷烴在石油中所占的比例為20-40%，平均30%左右。低分子（＜C10）的環(huán)烷烴，尤以環(huán)戊烷（C5-五員環(huán)）和環(huán)己烷（C6-六員環(huán)）及其衍生物是石油的重要組成部分，且一般環(huán)巳烷多于環(huán)戊烷。中等到大分子量（C10-35）的環(huán)烷烴可以是單環(huán)到六環(huán)。石油中環(huán)烷烴以單環(huán)和雙環(huán)為主，占石油中環(huán)烷烴的50-55%，三環(huán)約占20%，四環(huán)以上占25%左右。在石油中多環(huán)環(huán)烷烴的含量隨成熟度增加而減少，故高成熟原油中1-2環(huán)的環(huán)烷烴顯著增多。在常溫常壓下，環(huán)丙烷（C3H6）和甲基環(huán)丙烷（C4H8）為氣態(tài)，除此之外所有其它單環(huán)環(huán)烷烴均為液態(tài)，兩環(huán)以上（＞C11）的環(huán)烷烴為固態(tài)。第十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

（2）.不飽和烴石油中的不飽和烴主要是芳香烴和環(huán)烷-芳香烴，平均占原油重量的20-45%。石油中已鑒定出的芳香烴，根據其結構不同可以分為單環(huán)、多環(huán)和稠環(huán)三類。單環(huán)芳烴包括苯、甲苯、二甲苯等。多環(huán)芳烴有聯(lián)苯、三苯甲烷等。稠環(huán)芳烴包括萘（二環(huán)稠合），蒽和菲（三環(huán)稠合）以及苯并蒽和屈（四環(huán)稠合）。第十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

芳香烴在石油中以苯、萘、菲三種化合物含量最多，其主要分子也常常是以烷基的衍生物出現。如前者通常出現的主要是甲苯，而不是苯。環(huán)烷-芳香烴包含一個或幾個縮合芳環(huán)，并與飽和環(huán)及鏈烷基稠合在一起。石油中最豐富的環(huán)烷-芳香烴是兩環(huán)（一個芳環(huán)和一個飽和環(huán)）構成的茚滿和萘滿以及它們的甲基衍生物。而最重要的是四環(huán)和五環(huán)的環(huán)烷-芳烴，其含量及分布特征常用于石油的成因研究和油源對比。因為它們大多與甾族和萜族化合物有關，而甾族和萜族化合物是典型是生物成因標志化合物。第十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二2.非烴化合物

石油中的非烴化合物是指除C、H兩種主要元素外，還含有硫或氮或氧，亦或金屬原子（主要是釩和鎳）的一大類化合物。石油中這些元素的含量不多，但含這些元素的化合物卻不少，有時可達石油重量的30%。其中又主要是含硫、氮、氧的化合物。第十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（1）含硫化合物

硫是碳和氫之后的第三個重要元素，含硫的化合物也最為多見。目前石油中已鑒定出的含硫化合物將近100種，多呈硫醇、硫醚、硫化物（H2S）和噻吩（含硫的雜環(huán)化合物的形式存在，在重質石油中含量較為豐富。第十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（2）含氮化合物石油中含氮化合物較為少見，平均含量小于0.1%。目前從石油中分離出來的含氮化合物有30多種，主要是以含氮雜環(huán)化合物形式存在。其中以含釩和鎳的金屬卟啉化合物最為重要。原油中的卟啉類型與沉積環(huán)境有密切關系，海相石油富含釩卟啉，而陸相石油富含鎳卟啉。第十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二葉綠素（A）與原油中的卟啉（B）、植烷（Ph）、姥鮫烷(Pr)結構比較圖

（G.D.Hobsoh

etc.,1981）第二十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（3）含氧化合物

石油中含氧化合物已鑒定出50多種。包括有機酸、酚和酮類化合物。其中主要是與酸官能團－COOH有關的有機酸，有C1-24的脂肪酸，C5-10的環(huán)烷酸，C10-15的類異戊二烯酸。石油中的有機酸和酚（酸性）統(tǒng)稱石油酸，其中以環(huán)烷酸最多，占石油酸的95%，主要是五員酸和六員酸。幾乎所有石油中都含有環(huán)烷酸，但含量變化較大，在0.03-1.9%之間。環(huán)烷酸易與堿金屬作用生成環(huán)烷酸鹽，環(huán)烷酸鹽又特別易溶于水。因此地下水中環(huán)烷酸鹽的存在是找油的標志之一。第二十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（四）石油的餾分組成石油是數以百計的若干種烴類和非烴有機化合物的混合物，每種化合物都有自己的沸點和凝點。石油的餾分就是利用組成石油的化合物各自具有不同沸點的特性，通過對原油加熱蒸餾，將石油分割成不同沸點范圍的若干部分，每一部分就是一個餾分。分割所用的溫度區(qū)間（餾程）不同，餾出物（餾分）有所差異（表）。一、石油的概念及組成第二十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二石油產品的大致鎦程范圍

餾分輕餾分(低沸餾分)中餾分（中沸餾分）重餾分（高沸餾分）石油氣(醚)汽油煤油柴油重瓦斯油潤滑油渣油溫度(℃)＜35（＜40）35-190（40-180）190-260（180-230）260-320（230-405）320-360360-530（405-515）＞530（＞515）

通常石油的煉制過程可以看作就是對石油的分餾?，F代煉油工業(yè)為了提高石油中輕餾分的產量和提高產品質量，除了采用直餾法外，還采用催化熱裂化、加氫裂化、熱裂解、石油的鉑重整等一系列技術措施。例如在常壓下分餾出的汽油只占原油的15-20%，在采用催化熱裂化后，可使汽油的產量提高到50-80%，以滿足各方面以汽油作能源燃料的需求。第二十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（五）石油的組分組成石油組分分析是過去在石油研究中曾廣泛使用的一種方法。它是利用有機溶劑和吸附劑對組成石油的化合物具有選擇性溶解和吸附的性能，選用不同有機溶劑和吸附劑，將原油分成若干部分，每一部分就是一個組分。一、石油的概念及組成第二十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

一般在作組分分析之前，先對原油進行分餾，去掉低于210℃的輕餾分，切?。?10℃的餾分進行組分分析。凡能溶于氯仿和四氯化碳的組分稱為油質，它們是石油中極性最弱的部分，其成分主要是飽和烴和一部分低分子芳烴。

溶于苯的組分稱為苯膠質，其成分主要是芳烴和一些具有芳環(huán)結構的含雜元素的化合物（主要為含S、N、O的多環(huán)芳烴）。用酒精和苯的混合液（或其它極性更強的如甲醇、丙酮等）作溶劑，可以得到酒精-苯膠質（或其它相應組分），此類膠質的成分主要是含雜元素的非烴化合物。用石油醚分離，溶于石油醚的部分是油質和膠質。剩下不溶于石油醚的組分（但可溶于苯、二硫化碳和三氯甲烷等中性有機溶劑，呈膠體溶液，可被硅膠吸附）為瀝青質；后者是渣油的主要組分，其主要成分是結構復雜的大分子非烴化合物。第二十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)石油一、石油的概念及組成二、石油的分類三、石油的物理性質四、海、陸相石油的基本區(qū)別第一章油氣藏中的流體第二十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二二、石油的分類石油的分類常因目的（用途）不同而采用的參數各異。目前石油地質學上較為流行的是蒂索和威爾特（1978）提出的分類。下面對該分類作一簡單介紹。該分類主要是依據原油中各烴類的含量比例關系，以烷（石蠟）烴、環(huán)烷烴、芳烴+S、N、O化合物三個參數作為三個端元，采用三角圖解來劃分原油類型。注意該方案中所用參數是原油中沸點＞210℃餾分的分析數據。

該方案是考慮到飽和烴含量對于石油性質有重大影響，且飽和烴分布上在50%處為兩個眾數的最小值，可以明顯地將芳香型原油與石蠟型-環(huán)烷型原油分開（圖）。第二十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

在636個正常的和重質降解石油樣品中飽和烴的分布（據Ｂ.Ｐ.Tissot等，1978）

表示六種石油類型的三角圖解（據Ｂ.Ｐ.Tissot等，1978）第二十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二在＞210℃石油餾分中的濃度石油類型石油中硫的含量（近似值）每一類樣品的數目S＞50%AA＜50%P＞N且P＞40%石蠟型石油＜1%100P≤40%且N≤40%石蠟-環(huán)烷型石油217N＞P且N≥40%環(huán)烷型石油21S≤50%AA≥50%P＞10%芳香-中間型石油＞1%126P≤10%N≤25%芳香-瀝青型石油41石油的分類表（據Ｂ.Ｐ.Tissot等，1978）

S=飽和烴AA=芳香烴+膠質+瀝青質P=石蠟烴N=環(huán)烷烴

樣品總數=541第二十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)石油一、石油的概念及組成二、石油的分類三、石油的物理性質四、海、陸相石油的基本區(qū)別第一章油氣藏中的流體第三十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二三、石油的物理性質熱值導電性旋光性螢光性蒸發(fā)與揮發(fā)凝固和液化溶解性粘度比重和密度顏色第三十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（一）、顏色

在透射光下石油的顏色可以呈淡黃、褐黃、深褐、淡紅、棕色、黑綠色及黑色等色。原油顏色的深淺主要取決于膠質、瀝青質的含量。其含量愈高，則顏色愈深。

第三十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（二）、比重和密度

液態(tài)石油的比重，在我國和前蘇聯(lián)是指在101325Pa下，20℃（或15.5℃）石油與4℃純水單位體積的重量比。歐、美各國則是用101325Pa下，60℉（15.55℃）石油與4℃純水單位體積的重量比，通常稱之為API度。在國際石油貿易中常以API度為單位。

石油比重一般介于0.75-0.98之間。通常把比重大于0.9的稱為重質石油，小于0.9的稱為輕質石油。Intheworld，原油大多為輕質石油；重質石油居次要地位。比重最大的可達1.0以上，這種石油用一般方法難于開采。第三十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

密度是單位體積物質的質量。密度單位形式上與比重差別不大，一般用g/ml或g/cm3。密度與物質本身的成分和體積變化相關。液體石油的體積，在常壓下隨溫度升高而增大。

地下石油的密度不僅與溫度壓力有關，還與溶解氣量有關，且后者才是影響石油密度的本質因素。溶解氣量增加則密度降低。地表和地下溫、壓條件不同，不僅影響石油體積，更主要的是由于溶解氣量的差異，導致石油物質組成的差異，實質上是改變了石油的質量。地下石油含有較多的溶解氣，是地下石油密度較地表石油密度低的根本原因。第三十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二不同比重石油的膨脹系數

比重API度平均膨脹系數（體積/單位體積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第三十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

在有氣頂氣條件下石油體積隨壓力增大而變化的情況（轉引自A.I.Levorsen,1954）第三十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（三）、

粘度

粘度是反映流體流動難易程度的一個物理參數。粘度值實質上是反映流體流動時分子之間相對運動所引起內摩擦力的大小。粘度大則流動性差，反之則流動性好。石油粘度是制定石油開發(fā)方案、油井動態(tài)分析及石油儲運都必須考慮的重要參數。粘度分為動力粘度、運動粘度和相對粘度。石油地質學上通常所用的粘度多指動力粘度。石油粘度大小主要取決于其化學組成，小分子的烷烴、環(huán)烷烴含量高，粘度就低；而石蠟、膠質、瀝青質含量高，粘度就高。石油粘度隨溫度升高、溶解氣量增加而降低。因此，地下石油的粘度常低于地表。在地下1,500-1,700m處，石油的粘度通常僅為地表的一半。

第三十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（四）、溶解性

石油能溶于多種有機溶劑。如氯仿、四氯化碳、苯、醚等。石油是多種有機化合物的混合物，實際上各種化合物都可以看作是有機溶劑，換言之，各成分之間具有互溶性。其中輕質組分對重質組分的溶解作用可能更明顯些，也更容易理解。有可能這種溶解作用正是重質組分得以實現運移的有效途徑。石油在水中的溶解度一般很低，通常隨分子量的增加很快變小，但隨不同烴類化學性質的差異而有很大的差別。其中芳烴的溶解度最大，可達數百到上千PPm；環(huán)烷烴次之，一般為14-150PPm；烷烴最低，僅幾個到幾十個PPm。在碳數相同時，一般芳香烴的溶解度大于鏈烷。如巳烷、環(huán)巳烷和苯分別為9.5、60和1,750mg/l，差別是非常明顯的。苯和甲苯是溶解度最大的液態(tài)烴。當壓力不變時，烴在水中的溶解度隨溫度升高而變大。芳香烴更明顯。但隨含鹽度和壓力的增大而變小（McAULIFFE，1979）。當水中飽和CO2和烴氣時，石油的溶解度將明顯增加。第三十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（五）、凝固和液化

石油的凝固和液化溫度沒有固定的數值。在凝固和液化之間可以出現中間狀態(tài)。富含瀝青的石油在溫度降低時無明顯凝固現象。石油的凝固點與粘度和重質石蠟的含量有關，尤其與后者關系密切。富石蠟的石油在溫度下降到結蠟點時，即伴隨石蠟晶出而出現凝固現象；高粘度原油一般富含石蠟，10℃左右便會變成粘糊狀或固體狀；石油凝固點的高低與含蠟量及烷烴碳原子數具有正相關性。凝固點高的原油容易使井底及油管結蠟，給采油增加困難。輕質石油凝固點很低，所以一般低凝固點的石油為優(yōu)質石油。

第三十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（六）、蒸發(fā)與揮發(fā)

蒸發(fā)和揮發(fā)都是指在常溫常壓下液體表面汽化的現象。二者可視為同義詞。蒸發(fā)側重于汽化現象本身，而揮發(fā)則是側重于表述這種現象的動態(tài)過程和結果。石油蒸發(fā)時輕組分優(yōu)先逸出；而通常石油的揮發(fā)性即指其輕組分以氣體形式離開石油散發(fā)掉的現象和事實；其結果同是使石油的比重增大。第四十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

（七）、螢光性

石油在紫外光照射下可產生發(fā)螢光的特性稱為螢光性。石油中只有不飽和烴及其衍生物具有螢光性。這是因為它們能吸收紫外光中波長較短、能量較高的光子，隨后放出波長較長而能量較低的光子，產生螢光。飽和烴不發(fā)螢光。螢光性可能與存在雙鍵有關。螢光色隨不飽和烴及含雙鍵的非烴濃度和分子量增加而加深。芳烴呈天藍色，膠質為黃色，瀝青質為褐色。利用石油具有螢光性，可以用紫外燈鑒定巖石中微量石油和瀝青類物質的存在。在有機溶劑中只要含有10-5瀝青類物質即可被發(fā)現。第四十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（八）、

旋光性

大多數石油都具有旋光性，即石油能使偏振光的振動面旋轉一定角度的性能。石油的旋光角一般是幾分之一度到幾度之間。絕大多數石油的旋光角是使偏振面向右旋移而成，僅有少數為左旋。石油的旋光性主要與組成石油的化合物結構上存在不對稱碳原子（又稱手征碳原子或手征中心）有關。而通常存在手征碳原子的甾、萜類化合物是典型的生物成因標志化合物。因此旋光性可以作為石油有機成因的重要證據之一。第四十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（九）、導電性

石油及其產品具有極高的電阻率，石油的電阻率為109-1016Ω·m，與高礦化度的油田水（電阻率為0.02-0.1Ω·m）和沉積巖（1-104Ω·m）相比，可視為無限大。石油及其產品都是非導體。第四十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（十）、熱值

石油作為重要的能源，其主要經濟價值就在于它的熱能。石油的熱值因石油的品質差別而有所差異，比重在0.7-0.8kg/l的原油為44.5-47MJ/kg；比重為0.8-0.9kg/l的原油為43-44.5MJ/kg；比重為0.9-0.95kg/l的原油為42-43MJ/kg。與煤比較（煤的熱值為22-32MJ/kg），大約1.5噸煤的熱值才相當于1噸石油。第四十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)石油一、石油的概念及組成二、石油的分類三、石油的物理性質四、海、陸相石油的基本區(qū)別第一章油氣藏中的流體第四十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二四、海、陸相石油的區(qū)別

海陸相石油的特征有著明顯的區(qū)別，主要有如下幾個方面：

石油類型含蠟量含硫量釩、鎳含量與比值碳穩(wěn)定同位素的分布第四十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（一）、石油類型

海相石油以芳香-中間型和石蠟-環(huán)烷型為主，飽和烴占石油的25-70%，芳烴占總烴的25-60%。

陸相石油以石蠟型為主，部分為石蠟-環(huán)烷型,飽和烴占石油的60-90%，芳烴占總烴的10-20%。

第四十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（二）、含蠟量

含蠟量高是陸相石油的基本特征之一。世界上高蠟石油都產于陸相環(huán)境中。根據我國陸相石油的分析資料，含蠟量普遍大于5%，一般為10-30%，個別可達40%以上，而海相石油含蠟量均小于5%，一般僅0.5-3。

第四十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（三）、含硫量

海相石油一般為高硫石油，而陸相石油一般為低硫石油。含硫量主要與蒸發(fā)鹽或碳酸鹽母巖的沉積環(huán)境（主要是鹽度）有關。第四十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（四）、微量元素釩、鎳的含量和比值

石油中釩、鎳的含量和比值也是海陸相石油的區(qū)別之一。海相石油中釩、鎳含量高，且V/Ni＞1；而陸相石油中釩、鎳含量較低，且V/Ni＜1。此外，釩、鎳主要存在于卟啉類化合物中，海相石油富含釩卟啉，而陸相石油富含鎳卟啉。第五十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（五）、碳穩(wěn)定同位素分布

海陸相石油的碳穩(wěn)定同位素組成也有明顯差別。據廖永勝（1982）統(tǒng)計，第三系海相石油的δ13C值一般大于-27‰，而陸相石油的δ13C值一般小于-29‰。不同時代海、陸相石油的δ13C值可有一定幅度的變化，但兩者的差別仍是基本的。第五十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)石油第二節(jié)天然氣

第三節(jié)油田水第一章油氣藏中的流體第五十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)天然氣一、天然氣的概念及產狀二、天然氣的化學組成三、天然氣的物理性質四、天然氣與石油的區(qū)別第一章油氣藏中的流體第五十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（一）天然氣的概念

所謂天然氣，廣義上理解，是指自然界天然存在的一切氣體。根據其存在的環(huán)境，索柯洛夫（В.А.СΟКΟЛΟВ，1971）將天然氣分為八類，即大氣、地表沉積物中氣、沉積巖中氣、海洋中溶解氣、變質巖中氣、巖漿巖中氣、地幔排出氣及宇宙氣。實際上，目前研究較為充分的是以沉積巖為主體的地殼上部巖石圈中的天然氣，特別是以烴類為主的氣藏和油氣藏中的天然氣（偶然發(fā)現的非烴氣藏僅作為附帶）。因此，在石油及天然氣地質學中研究的主要對象是地殼上部巖石圈中以烴類為主的天然氣（狹義）。一、天然氣的概念及產狀第五十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（二）天然氣的產狀類型

地殼中的天然氣，依其存在的相態(tài)可以分為游離氣、溶解氣（溶于油和水中）、吸附氣和固體水溶氣；依其分布特點可以分為聚集型和分散型；依其與石油產出的關系可以分為伴生氣和非伴生氣。一、天然氣的概念及產狀第五十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二天然氣的類型存在的相態(tài)分布特點與石油產出的關系游離氣溶解氣吸附氣固體水溶氣聚集型分散型伴生氣非伴生氣游離氣氣藏氣氣頂氣凝析氣油溶氣水溶氣煤層氣致密地層氣

氣水合物第五十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)天然氣一、天然氣的概念及產狀二、天然氣的化學組成三、天然氣的物理性質四、天然氣與石油的區(qū)別第一章油氣藏中的流體第五十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

氣（油）藏中天然氣的主要成分是烴類。通常以甲烷占優(yōu)勢，并有數量不等的重烴氣（C2+）。在某些石油伴生氣（氣頂氣和油溶氣）中，重烴氣含量可以超過甲烷。非烴氣在絕大多數氣藏氣中為次要成分，常見的非烴氣有N2、CO2、H2S、CO、SO2、H2、Hg等，以及痕量到微量的惰性氣體如氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）、氡（Rn）等。在某些氣藏中非烴氣體也可以成為主要成分，如N2氣藏、CO2氣藏、H2S氣藏等。二、天然氣的化學組成第五十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

據雅庫琴尼（В.П.ЯКУЧеНИ，1976）對世界上不同時代，不同構造單元的2,000個氣藏、15,000個分析數據的統(tǒng)計結果表明，世界上絕大多數氣藏的成分是以烴氣為主。烴含量高于80%的氣藏數占總數的85%以上，90%以上的天然氣儲量集中于烴含量在90%以上的氣藏中。氮氣為主的氣藏占氣藏總數的百分之幾，含量在90%以上的不到1%。以CO2和H2S為主的氣藏也不足氣藏總數的1%。世界上若干有代表性的地區(qū)和油氣田中的天然氣成分如表所示。第五十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二地區(qū)及油氣田名稱時代成分CH4C2+CO2H2SN2其它前蘇聯(lián)西西北利亞氣田K97.8-99.91痕量到0.8550.1-0.680-0.0040.45-1.690-.07阿塞拜疆凝析氣田N91.3-97.931.58-8.660-0.5奧倫堡凝析氣田P1—C381.55-91.0-3.21.3-4.52.4-7.4羅馬什金油田D40.049.90.109.0美國胡果頓氣田P74.311.40014.0潘漢得油氣田Ar+P91.36.380.101.0中

國圣燈山氣田P194.570.990.2402.430.02大慶油田K183.8213.00.110.58老君廟油田N64.935.00.1荷蘭格羅寧根氣田P181.33.50.3014.0北海英國赫威特氣田本塔爾砂巖(T）83.198.390.080.028.4赫威特砂巖（T）92.135.490.0202.32.366法國拉克氣田J3—K168.665.579.9215.520.33世界上若干地區(qū)和油氣田中天然氣成分簡表第六十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二(一）、天然氣的烴類組成

天然氣的烴類組成一般以甲烷為主，重烴氣次之。重烴氣以C2H6和C3H8最為常見；>C4者較少見。在多數情況下

，含量隨碳數增加而減少；但在有的氣藏中也可見C3H8和C4H10異常高的現象。重烴氣中C4-C7除正構烷烴外，有時還有少到微量環(huán)烷烴和芳烴。一般常根據重烴氣的含量將天然氣劃分為濕氣和干氣。但不同學者所用的參數、量值及具體的劃分方案不盡相同。在天然氣地質學上常用重烴氣含量5%作為劃分干氣和濕氣的界限，C2+≥5%稱為濕氣，C2+＜5%稱為干氣。典型的濕氣和干氣以及歐、非、美洲若干有商業(yè)價值的天然氣烴類組成如表所示。第六十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

天然氣組成%（體積）資料來源CH4C2H6C3H8C4H9>C5H12非烴典型濕氣84.66.45.32.61.1

Heron(964)干氣96.02.00.60.31.1利曼（英，北海）94.83.00.60.20.20.2Tiratsoo(1979)非洲利比亞71.416.07.93.41.3/阿爾及利亞86.59.42.61.10.10.3尼日利亞88.16.32.10,31.12.1圣弗朗西斯科（美，加州）88.597.011.930.280.032.06洛杉磯（美，加州）86.58.01.90.30.23.1華盛頓特區(qū)95.152.840.630.240.11.04第六十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

天然氣的烴類組成變化很大，如我國柴達木盆地聶中的氣藏氣，甲烷含量為99.5%，重烴（C2H6）含量僅0.035%，C1/C2+為2843，H/C原子比為3.999；而俄羅斯格羅茲尼的石油伴生氣，甲烷含量僅30.8%，重烴（C2H6-C5H12）含量卻高達69.2%，且其中C3H8-C5H12各占20%左右，相應地，C1/C2+為0.445，H/C原子比為3.02。這兩個例子可作為天然氣烴類組成兩個極端的代表，其差別是顯而易見的。第六十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（二）、天然氣的非烴組成

在以烴類為主的天然氣聚集中，一般將非烴氣體成分視為雜質。但有的非烴氣體含量達到一定的品位也具有很高的經濟價值，應予以足夠的重視；同時，研究非烴氣體，對了解天然氣的形成、運移等也有重要意義。因此我們有必要對天然氣中的非烴氣體有所認識。天然氣（主要是氣藏氣）中常見的非烴氣有N2、CO2、H2S、CO、SO2、H2、Hg蒸氣及惰性氣體，有時還有少量含硫、氮、氧的有機化合物。非烴氣的含量一般小于10%，但亦有少量氣藏非烴氣體含量可超過10%，極少數是以非烴氣體為主的氣藏，如N2氣藏，CO2氣藏，H2S氣藏。第六十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)天然氣一、天然氣的概念及產狀二、天然氣的化學組成三、天然氣的物理性質四、天然氣與石油的區(qū)別第一章油氣藏中的流體第六十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

天然氣是多種烴類和非烴的氣態(tài)混合物。在常溫常壓下以氣態(tài)存在的烴類有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷及新戊烷；非烴類有氫、氮、二氧化碳、硫化氫和惰性氣體。在地下高溫高壓下，C5-C7烷烴和部分環(huán)烷烴、芳烴及有機硫化物也可以呈氣態(tài)存在。三、天然氣的物理性質

第六十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二(一)、密度與相對密度

天然氣的密度定義為單位體積氣體的質量。在標準狀況下，天然氣中主要烴類成分的密度為0.6773kg/m3（甲烷）-3.0454kg/m3（戊烷）。天然氣混合物的密度一般為0.7-0.75kg/m3，其中石油伴生氣特別是油溶氣的密度最高可達1.5kg/m3甚至更大些。天然氣的密度隨重烴含量尤其是高碳數的重烴氣含量增加而增大，亦隨CO2和H2S的含量增加而增大。天然氣的相對密度是指在相同溫度、壓力條件下天然氣密度與空氣密度的比值，或者說在相同溫度、壓力下同體積天然氣與空氣質量之比。天然氣烴類主要成分的相對密度為0.5539（甲烷）-2.4911（戊烷），天然氣混合物一般在0.56-1.0之間，亦隨重烴及CO2和H2S的含量增加而增大。第六十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二化合物分子式分子量密度相對密度甲烷CH416.0430.67730.5539乙烷C2H630.0701.26931.0382丙烷C3H844.0971.86141.5225丁烷C4H1058.1242.45352.0068異丁烷C4H1058.1242.45352.0068戊烷C5H1272.1513.04542.4911異戊烷C5H1272.1513.04542.4911新戊烷C5H1272.1513.04542.4911巳烷C6H1486.1783.63742.9753庚烷C7H16100.2054.22993.4596環(huán)戊烷C5H1070.1352.96042.4215環(huán)巳烷C6H1284.1623.55262.9057苯C6H678.1143.29742.6969甲苯C7H892.1413.88913.1812二氧化碳CO244.0101.85771.5195硫化氫H2S34.0761.43801.7165氮N228.0131.1822

1.9672天然氣中常見組分的密度和相對密度（101325Pa，15.55℃）

第六十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

天然氣在地下的密度隨溫度的增加而減小，隨壓力的增加而加大。但鑒于天然氣的壓縮性極強，在氣藏中，天然氣的體積可縮小到地表體積的1/200-1/300，壓力效應遠大于溫度效應，因此地下天然氣的密度遠大于地表溫壓下的密度，一般可達150-250kg/m3；凝析氣的密度最大可達225-450kg/m3。第六十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（二）、臨界溫度和臨界壓力

在自然（地面或地下）條件下，氣體是否以氣態(tài)存在取決于溫度和壓力。這就涉及到臨界溫度和臨界壓力的概念。純物質的臨界溫度系指氣相物質能（通過加壓）維持液相的最高溫度。高于臨界溫度時，無論加多大壓力，都不能使氣態(tài)物質變?yōu)橐簯B(tài)。在臨界溫度時，氣態(tài)物質液化所需要的最低壓力稱為臨界壓力。高于臨界壓力時，無論多少溫度，氣、液兩相不可能共存。天然氣常見組分的臨界溫度和臨界壓力如表所示。第七十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二化合物沸點（℃）(101325Pa）凝固點（℃）(101325Pa）蒸氣壓力(101325Pa，℃）臨界溫度（℃）臨界壓力(101325pa)甲烷-161.49-182.48(340.228)-82.5745.44乙烷-86.60-183.23(54.436)32.27

48.16丙烷-42.04-187.6912.92996.6741.94丁烷-0.50-138.363.511152.0337.47異丁烷-11.72-159.614.913134.9436.00戊烷36.07-129.731.059196.5033.25異戊烷27.88-159.911.390187.2833.37新戊烷9.50-16.572.433160.6331.57巳烷68.73-95.320.337234.2829.73庚烷98.43-90.580.110267.1127.00環(huán)戊烷49.25-93.840.675238.6044.49環(huán)巳烷80.726.540.222286.3940.22苯80.095.530.219289.0148.34甲苯110.63-94.970.0702318.6440.55二氧化碳-78.50--31.0672.88硫化氫-60.33-82.8926.810100.3988.87氮-195.78-210.00--146.8933.55天然氣中常見組分的臨界溫度和臨界壓力

第七十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二對于各烴類組分來說，甲烷的臨界溫度為-82.57℃，乙烷為32.37℃。因此它們在地下除溶于石油和水或形成氣水合物之外，均以氣相存在。丙烷臨界溫度為96.67℃，在低于該溫度時，在適當的壓力下即可液化。因此丙烷及碳數更高的烷烴，在地下大多以液相存在，僅有少量與甲烷、乙烷呈氣態(tài)或溶于石油或溶于水（數量更少）存在。第七十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（三）、溶解性

天然氣能不同程度溶于水和石油兩類溶劑中。

天然氣能不同程度地溶解于水和油兩類溶劑中，具體數量取決于天然氣和溶劑的成分以及氣體的壓力、溫度。不同成分的氣體其溶解系數有相當大的差別。根據相似相溶原理，烴氣在石油中的溶解度要比水中大許多倍。在標準狀況下甲烷在在石油中的溶解系數為0.3，是在水中溶解系數的近10倍（0.033）。溶解性隨壓力增高溶解度增大，隨溫度升高反而降低。另外，當石油中溶有天然氣時，即可降低石油本身的相對密度、粘度以及表面張力。第七十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二●天然氣的組分上，重烴氣特別是碳數較高的重烴氣含量愈高，溶解度愈大?！裨徒M分方面，在相同溫度、壓力條件下，天然氣在低碳數烴類含量高的輕質原油中比重質原油中的溶解度要高得多?！駵囟葘μ烊粴馊芙舛鹊挠绊懯请S油層溫度的升高溶解度降低，但其影響效應遠低于壓力的效應。第七十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二無論是溶于地層水還是原油中的天然氣，在條件發(fā)生改變時，其中的溶解氣都有可能脫離地層水或原油成為游離氣，并在適當的條件下聚集成為氣藏。特別是在油（氣）藏中，當壓力降低時，天然氣會自石油中析出，且各組分的析出與其溶解度相對應，甲烷最先開始析出，然后是乙烷、丙烷、丁烷等同系物依次析出。第七十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（四）、粘度

前已述及，粘度是指流體分子間相對運動所產生的內摩擦力的大小。天然氣的粘度就是天然氣分子間內部摩擦力的一種量度

天然氣粘度是研究天然氣運移、開發(fā)和集輸的一個重要參數。天然氣的粘度很小，在地表常溫常壓下，只有n×10-2-10-3MPa.s。遠比水（1MPa.s）和油（1-n×10MPa.s）粘度為低。天然氣粘度與氣體組成、溫度、壓力等因素有關。在接近大氣壓的低壓條件下，壓力對粘度的影響很小（可忽略），粘度隨溫度增加而變大，隨分子量增大而減??；而在較高壓力下，天然氣的粘度隨壓力增加而增大，隨溫度升高而減小，隨分子量增加而增大。此外，天然氣粘度還隨非烴氣體增加而增加。第七十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（五）、吸著作用

氣體與固體表面接觸所發(fā)生的關系，可以有吸收作用，也可以只有吸附作用，亦或兼而有之。吸附作用與吸收作用是有區(qū)別的，氣體與固體表面接觸并滲入固體物質內部（直至飽和）的現象叫做吸收作用；而氣體被固體吸收的初步過程是氣體分子被固體表面分子所吸引，這一現象叫做吸附作用。由于常常不能確定是吸附作用還是吸收作用，故把氣體（或液體）在固體表面發(fā)生的作用籠統(tǒng)稱之為吸著作用。第七十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（六）、擴散

氣體擴散是自然界常見的一種物理化學現象。按引起擴散的主導因素可分為濃度擴散和溫度擴散。按擴散介質可分為氣體在氣體中擴散（自由擴散）、氣體在液體中擴散和氣體在固體（巖石）中擴散。第七十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

濃度擴散是由物質的濃度差而引起，氣體由高濃度處向低濃度方向流動，分子的相互運動趨向于拉平相互接觸的容器內物質的濃度。隨著溫度升高，分子的熱運動加速，擴散加快。第七十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

擴散系數是濃度梯度等于1時1秒鐘內通過截面積為1厘米2的擴散氣體量。擴散系數反比于氣體壓力，因為隨著壓力增加，分子自由行程的長度減小，相應地壓縮氣體的擴散進行得比稀薄氣體慢。一般氣體的自由擴散系數（氣體在氣體中擴散）大部分在0.08-0.23厘米2/秒之間。氫具有最大的擴散系數，如氫通過氮或氦氣的擴散系數為0.7厘米2/秒。第八十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

氣體在液體中的擴散，從氣體在液體表層溶解（吸收作用）開始，然后由于在各液體層中存在氣體濃度差而進一步擴散。氣體在水中的擴散系數一般隨分子量和分子大小的增加而減小，隨壓力和溫度的升高而增大。氣體在巖石中的擴散比在自由空間進行得慢，也比在水中進行得慢。因為在巖石中氣體是沿充滿流體、結構復雜的孔道進行擴散。與自由空間擴散相比，在砂中較之慢2-3倍，在砂巖中慢9-14倍，在致密砂巖中要慢100倍。第八十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二氣體通過沒有孔隙的巖石（礦物質）的擴散比通過孔隙巖石小10-100倍，但隨著氣體的溫度和壓力升高，擴散速度將大大加快。熱擴散（溫度擴散）是由于存在溫度差而產生，熱擴散使輕分子或小分子氣體趨向于在高溫區(qū)集中，而重分子或大分子氣體在低溫區(qū)聚集。

天然氣的擴散不可小視，擴散可使氣田中的氣大量散失。在漫長的地質歷史中，甚至可使整個氣藏消失。第八十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（七）、熱值

熱能是天然氣主要經濟價值所在。天然氣的熱值與組成天然氣的成分有關，含烴氣比例越高，熱值越高；含非烴氣，特別是含CO2、N2等氣體比例越高，熱值越低。天然氣中主要烴氣成分的熱值如表所列。第八十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二天然氣中主要烴類氣體的熱值（據美國天然氣工程手冊，1959