第一章油氣藏中的流體石油天然氣和油田水

第一章油氣藏中的流體石油天然氣和油田水第一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)石油瀝青類概述第二節(jié)石油成份和性質(zhì)第三節(jié)天然氣成份和性質(zhì)第四節(jié)油田水成份和類型第五節(jié)油氣中的碳?xì)涞韧凰氐谝徽率?、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)石油與天然氣地質(zhì)學(xué)第二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)石油瀝青類概述石油瀝青類（Petroleumasphalts,Petroleumbitumens)

天然氣、石油及其固態(tài)衍生物統(tǒng)稱。是可燃有機(jī)礦產(chǎn)組成的主要部分第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)可燃有機(jī)礦產(chǎn)主要元素：

碳和氫，還會(huì)有少量的氧、硫、氮等雜質(zhì)。從物理狀態(tài)分類，可燃有機(jī)礦產(chǎn)可分為三類：

1．氣態(tài)可燃礦產(chǎn)：即天然氣。

2．液態(tài)可燃礦產(chǎn)：以石油為代表。

3．固態(tài)可燃礦產(chǎn)：種類較多，包括煤、油頁巖、硫磺及石油衍生物：地瀝青、地蠟、石瀝青等。第三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)石油的成份和性質(zhì)－－存在于地下巖石孔隙介質(zhì)中的由各種碳?xì)浠衔锱c雜質(zhì)組成的，呈液態(tài)和稠態(tài)的油脂狀天然可燃有機(jī)礦產(chǎn)。

石油（Petroleum）：－－指氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的以烴類為主的混合物。（國際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì))原油（Crudeoil）：采至地表的液態(tài)石油。烴類（Hydrocarbons）

由碳和氫兩種元素構(gòu)成的化合物。一、基本概念第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一二、石油的餾分和組分石油的餾分組分表1、石油的餾分：是利用組成石油的化合物具有不同沸點(diǎn)的特性，加熱蒸餾，將石油切割成不同沸點(diǎn)范圍（即餾程）的若干部分，每一部分就是一個(gè)餾分。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一2、石油的組分組成

石油的組分：石油化合物的不同組分對(duì)有機(jī)溶劑和吸附具有選擇性溶解和吸附性能，選用不同有機(jī)溶劑和吸附劑，將石油分成若干部分，每一部分就是一個(gè)組分，分別為油質(zhì)、苯膠質(zhì)、灑精苯膠質(zhì)及瀝青質(zhì)。

油質(zhì)（Oily)：凡能溶解于中性有機(jī)溶劑，不被硅膠所吸附，淺黃色粘性油狀物。

苯膠質(zhì)(Benzenegum)：能溶解于中性有機(jī)溶劑，被硅膠所吸附，主要溶于苯，屬暗色的油狀物。

灑精苯膠質(zhì)(Alcohol-benzenegum)：溶于酒精和苯，同時(shí)被硅膠所吸附。

瀝青質(zhì)(Asphaltum;Pitch)：用石油醚分離，得到不溶于石油醚的暗黑色-黑色瀝青狀無定形的固體。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一三、石油的化學(xué)組成（一）元素組成(Elementalcomposition)不同地區(qū)石油的元素組成存在差異國內(nèi)外某些石油的元素組成第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一（一）元素組成(Elementalcomposition)元素

C、H、O、S、N

和微量元素（灰分）

C、H為主占總量95~99%－烴類主要元素

O、S、N含量低，占1~4%－存在于高分子化合物中

H：11～14%

平均13%C：84～87%

平均:84.5%S+N+O+微量元素：1～4%第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一不同時(shí)代和成因的9347個(gè)石油樣品中含硫量的分布（據(jù)Tissot＆Welte，1978；轉(zhuǎn)自陳榮書，1994）S含量具有環(huán)境指示意義：

－海相、近海陸相、陸相碳酸巖和蒸發(fā)巖

S高（＞１）（半咸－咸水環(huán)境）－－陸相（－S低（＜１）（淡水環(huán)境）第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

按氮含量：

貧氮原油N<0.25%

高氮原油N>0.25%：

按硫含量：

低硫原油S<０.５%：含硫原油S＝０.５－２％高硫原油S>２%：第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

不同中石油的微量元素含量不同微量元素與自然界有機(jī)質(zhì)的元素組成相似，表明石油與原始有機(jī)質(zhì)存在著明顯的親緣關(guān)系.

V、Ni分布廣泛，具有成因意義海相原油－V/Ni>1陸相原油－V/Ni<12.微量元素——灰分第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)已發(fā)現(xiàn)60多種微量元素第十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一（二）石油的化合物組成烴飽和烴烷烴正構(gòu)烷烴異構(gòu)烷烴環(huán)烷烴不飽和烴芳烴+環(huán)烷芳烴非烴含S、含N、含O化合物第十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一常溫常壓：

C1～C4（甲烷～丁烷）－－氣態(tài)

C5～C16（戊烷～十六烷）－液態(tài)

C17＋高分子烷烴－－固態(tài)

1、烷烴（Paraffin

alkane)

石蠟烴，脂肪族烴，CnH2n+2第十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一石油中正烷烴有C1～C46大部分正烷烴碳數(shù)≤C35石油中多數(shù)占15.5%（體積）輕質(zhì)石油≥30%重質(zhì)石油≤15%

第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)（1）.

正構(gòu)烷烴（N-alkane）第十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一不同碳原子數(shù)的正構(gòu)（不同碳數(shù)正構(gòu)烷烴相對(duì)含量分布））烷烴相對(duì)含量呈一條連續(xù)的曲線。正構(gòu)烷烴分布曲線這說明正烷烴同系物是一個(gè)連續(xù)漸變系列.主峰碳數(shù)

曲線上極大值第十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一不同類型的正構(gòu)烷烴分布曲線第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)分布特征與成油母型、成油環(huán)境及演化程度密切相關(guān)。廣泛的應(yīng)用于石油的成因和油源對(duì)比研究。不同原油正構(gòu)烷烴分布曲線據(jù)主峰碳位置及形態(tài)，分3種基本類型①主峰小于C15，且主峰區(qū)較窄；②主峰大于C25，且主峰區(qū)較寬；③主峰在C15-C25之間，且主峰區(qū)較寬。第十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一原油中正構(gòu)烷烴分布特征：a.環(huán)境

陸相石油：高碳數(shù)（＞C22）正烷烴多海相石油：低碳數(shù)（＜C21）正烷烴含量多b.演化演化程度較高：低碳數(shù)正烷烴多；演化程度低的石油：正烷烴高碳數(shù)多。c.生物作用微生物強(qiáng)烈降解的原油：正烷烴被選擇性降解，一般含量較低，低碳數(shù)的更少。第十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一石油中正構(gòu)烷烴的來源：

現(xiàn)代生物：如細(xì)菌、藻類含脂類的植物或蠟質(zhì)有機(jī)質(zhì)的演變、分解第十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一（2）、異構(gòu)烷烴（Isoalkane）

石油中的異構(gòu)烷烴以≤C20為主，異戊間二烯烷烴最重要。特點(diǎn)：直鏈上每4個(gè)碳原子有一個(gè)甲基支鏈。沉積物和原油含量最高是：植烷、姥鮫烷、降姥鮫烷、異十六烷及法呢烷研究和應(yīng)用最多是：植烷和姥鮫烷。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第二十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一不同沉積相Pr/Ph的變化情況表

來源：植物的葉綠素的側(cè)鏈植醇或色素演變而來，為生物標(biāo)志化合物。

用途：沉積環(huán)境研究第二十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一B、常用于油源對(duì)比標(biāo)志（指紋化合物）原理：同源石油所含異戊間二烯類烷烴類型和含量都十分接近第二十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一２、環(huán)烷烴（Cycloalkane）

由許多圍成環(huán)的多個(gè)次甲基（-CH2-）組成。組成環(huán)的碳原子數(shù)可以是大于3的任何數(shù)，相應(yīng)稱為三員環(huán)、四員環(huán)、五員環(huán)等。石油中的環(huán)烷烴多為：五員環(huán)或六員環(huán)。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第二十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一石油中環(huán)烷烴特征四環(huán)以上環(huán)烷烴具有很高的旋光性原油中分布單、雙環(huán)占環(huán)烷烴的50.5%；三環(huán)占環(huán)烷烴的20%；四、五環(huán)占環(huán)烷烴的25%。原油成熟度低熟原油－多環(huán)高熟原油－雙、單環(huán)

結(jié)論：低成熟的原油旋光性高第二十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一３、芳香烴（Aromatichydrocarbon）

含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，屬不飽和烴。依結(jié)構(gòu)可分為單環(huán)（苯、甲苯）、多環(huán)（聯(lián)苯等）、稠環(huán)（萘、菲等）三類芳香烴。石油的分布：低沸點(diǎn)餾分，芳香烴含量較少，主要為：?jiǎn)苇h(huán)芳香烴，如苯、甲苯和二甲苯。高沸點(diǎn)餾分主要為：雙環(huán)稠環(huán)芳香烴隨石油成熟度增加，芳烴系列向低環(huán)演化。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第二十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一４、非烴化合物

（Non-hydrocarbonchemicalcompound）

主要是含硫、氮、氧的化合物，主要集中在石油的高沸點(diǎn)餾分中?？偤坎欢啵N類不少

含硫化合物：最重要的非烴化合物，存在于中、重餾分中。主要有硫醇（-SH）、硫化物（-S-）（包括硫醚R-S-Rˊ、環(huán)硫醚）、二硫化物（-S-S-）以及噻吩衍生物。此外，還有元素硫、硫化氫。硫來自有機(jī)物的蛋白質(zhì)和圍巖的含硫礦物石膏等含氮化合物：主要集中在膠質(zhì)—瀝青質(zhì)中。為堿性和中性兩大類。堿性含氮化合物主要是吡咯、吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要意義的中性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有機(jī)成因的重要生物標(biāo)志物。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第二十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一卟啉和礬卟啉的結(jié)構(gòu)式

卟啉是以4個(gè)吡咯環(huán)為基本結(jié)構(gòu)，由4個(gè)次甲基（-CH＝）橋鍵連接而成。在石油中卟啉常與金屬Ｖ、Ｎi絡(luò)合形成有機(jī)絡(luò)合物，它比較穩(wěn)定，易保存，具有極強(qiáng)的吸光性和熒光性。卟啉本身在高溫或氧化條件下易分解，說明石油是在溫度不高（<250℃）、還原環(huán)境下形成，卟啉還易被粘土吸附，可應(yīng)用于油氣運(yùn)移研究。吡咯環(huán)次甲基第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第二十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一咔唑及系列化合物結(jié)構(gòu)圖這類化合物易和地層水和礦物表面發(fā)生吸附作用，造成油氣中含量隨運(yùn)移距離增加而減少：吡咯環(huán)上連接兩苯環(huán)第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第二十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

含氧化合物：分中性和酸性

中性含氧化合物：有醛、酮等，含量少。酸性含氧化合物：石油酸（環(huán)烷酸、脂肪酸及酚總稱）環(huán)烷酸最多，占酸性物質(zhì)90%以上，易與堿金屬作用生成環(huán)烷酸鹽，極易溶于水，因此，油田水中環(huán)烷酸可作為一種含油氣性直接標(biāo)示；第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第二十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一5、石油餾分、組分和化合物三者的關(guān)系

組分（溶劑分離）族分（熱色譜鑒定）餾分（熱分離）油質(zhì)飽和烴汽油苯膠質(zhì)芳香烴煤油酒精苯膠質(zhì)非烴柴油瀝青瀝青質(zhì)重油瀝青第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第三十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一四、石油的物理性質(zhì)1、顏色：范圍廣：無色、淡黃、黃褐、深褐、墨綠色至黑色。深色多，淺色少

第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第三十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一原油顏色深淺與膠質(zhì)－瀝青質(zhì)含量有關(guān)。

膠質(zhì)－瀝青質(zhì)含量高，顏色深；反之，顏色淺。

無色或淺色石油：運(yùn)移過程中，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)被巖石吸附，剩下淺色油質(zhì)部分。高溫裂解，使高分子—>低分子烴，而形成淺色輕質(zhì)組分（如塔里木）

石油受到氧化或菌解而形成黑色的瀝青質(zhì)、炭質(zhì):如勝利、克拉瑪依。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第三十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一２、相對(duì)密度：是指１amt下，20℃石油與4℃純水單位體積的重量比，用d420表示（中國和前蘇聯(lián)）一般原油比重介于0.75～0.98之間，變化大。

重質(zhì)油——比重>0.9；

輕質(zhì)油——比重<0.9美國用API度、西歐用波美度。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)API度、波美度與d420在數(shù)值上正好相反，前者越大，后者越小，油質(zhì)也輕第三十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一3、石油的粘度(Viscosity)：代表石油流動(dòng)時(shí)分子之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的內(nèi)摩擦力大小。三種表示方式：

動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度ηt），單位（Pa.s)。

運(yùn)動(dòng)粘度（Vt=ηt/(比重))，單位(m2/s)，

相對(duì)粘度(稱恩氏粘度Et)，是在恩氏粘度計(jì)中200ml原油與20℃同體積蒸餾水流出時(shí)間的比值。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)石油的粘度是一個(gè)很重要的參數(shù)，在油田的開采和集輸方面很重要。如克拉瑪依采用注蒸氣法開采，還有一些油田注氮?dú)忾_采。第三十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

原油的比重、粘度的影響因素：第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)化學(xué)成分：

烴C數(shù)↑或芳烴、含S、N、O化合物(非烴)↑：d420↑，μ↑同C數(shù)烴的d420

，μ：烷烴<環(huán)烷<芳烴。溶解氣量↑：d420↓，μ↓溫度↑：μ↓（地下石油μ遠(yuǎn)小于地面石油）；d420

↓。壓力P：隨Depth↑,P↑,氣溶于油，d420↓，μ↓第三十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

４、溶解性（Solubleness）石油難溶于水石油各種成分在水中溶解度同大→小順序是：

非烴→芳烴→環(huán)烷烴→烷烴。可溶于氣

液態(tài)烴溶于氣態(tài)烴的條件：較高T、P?？蛇x擇性溶解于有機(jī)溶劑氯仿（CHCl3）、苯、CCl4、石油醚等。

第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第三十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一5、凝固和液化：石油凝固和液化的溫度范圍是隨其組成而變化的，凝固點(diǎn)：原油失去流動(dòng)能力的最高溫度稱為凝固點(diǎn)。含高分子的烴越多，凝固點(diǎn)越高。６、熒光性石油在紫外光照射下可產(chǎn)生延緩時(shí)間不足10-7秒的發(fā)光現(xiàn)象，稱為熒光性。石油中的多環(huán)芳烴和非烴具有熒光性。熒光色隨不飽和烴的濃度及分子量增加而加深。輕質(zhì)石油顯淺藍(lán)色，膠質(zhì)較多顯綠黃色，瀝青質(zhì)為褐色。熒光錄井方法判斷含油層

第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第三十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一７、旋光性：

石油能將偏振光的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)一定角度的能力。石油的旋光性與含有結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的生物成因標(biāo)志物有關(guān)，因此旋光性常作為石油有機(jī)成因的證據(jù)。

８、導(dǎo)電性：石油是不良導(dǎo)體，在地下屬高電阻。利用這一特性在視電阻率測(cè)井曲線上可確定油水層。第三十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一三、石油的分類（參考）

（1）據(jù)油源環(huán)境分：海相油、陸相油（2）據(jù)成熟度分：未－低熟、成熟、高熟油（3）石油地球化學(xué)分類

B.P.Tissot

andWelte(1978)

第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)注重原油組成及其與生油巖和演化作用的關(guān)系。分類采用三角圖，以烷烴、環(huán)烷烴、芳烴＋N、S、O化合物作為三角圖解的三個(gè)端元。分為六種類型。541個(gè)油田中6種石油類型的三角圖解第三十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一四、海陸相原油的基本區(qū)別海陸相石油在三角圖上的分布低硫石油在三角圖上的分布海相陸相以芳香—中間型和石蠟—環(huán)烷型為主，飽和烴占25—70%，芳烴占25—60%。以石蠟型為主，飽和烴占60－90%，芳烴占10—20%。含蠟量低含蠟量高含硫量高含硫量低V/Ni>1V/Ni<1碳同位素δ13C值>-27‰碳同位素δ13C值<-29‰第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第四十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)天然氣的成份和性質(zhì)一、天然氣的概念和產(chǎn)狀二、天然氣的化學(xué)組分三、天然氣的物理性質(zhì)第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第四十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一（一）天然氣的概念和產(chǎn)狀1、天然氣概念：廣義上指巖石圈中存在的一切天然生成的氣體。油氣地質(zhì)是指存在于地殼巖石孔隙天然生成的以烴為主的可燃?xì)怏w。多數(shù)有機(jī)成因，也有無機(jī)成因。包括烴類和非烴類氣體。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第四十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一（二）天然氣的產(chǎn)狀類型第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)（1）按分布特征分：聚集型和分散型聚集型：指呈游離狀態(tài)存在的聚集成藏的天然氣。包括氣藏氣、氣頂氣和凝析氣。

分散型：在地下呈分散狀態(tài)的天然氣。包括油溶氣、水溶氣、煤層氣（吸附氣）和固態(tài)氣水合物第四十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一（2）天然氣存在的相態(tài)可以分為：

游離氣、溶解氣、吸附氣和固態(tài)氣水化合物。（3）天然氣與石油產(chǎn)出的關(guān)系分為：

伴生氣和非伴生氣。

（4）依形成的地質(zhì)條件和成藏要素分：常規(guī)氣和非常規(guī)氣。第四十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一（5）按氣藏特征：干氣氣藏、濕氣氣藏

干氣氣藏：甲烷含量大于95%，重?zé)N氣體含量少，采到地表也是氣體。

濕氣氣藏：含較多的甲烷，還有乙、丙、丁烷液態(tài)烴，還溶解了戊、己烷等，重?zé)N含量大于5%，采到地表除含較多氣體外，還凝結(jié)出部分液態(tài)烴。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第四十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一1、聚集性天然氣油氣藏中油、氣、水分布示意圖

（1）氣頂氣：與石油共存于油氣藏中呈游離氣頂狀態(tài)產(chǎn)出的天然氣。以烴類為主，除大量的甲烷外，還有重?zé)N氣體和輕組分的液態(tài)烴，少量氮?dú)夂投趸?。成因、分布與石油有關(guān)。

（2）氣藏氣：純氣藏的氣體（單獨(dú)聚集的天然氣）?？煞譃楦蓺鈿獠睾蜐駳鈿獠?。可為烴氣，也可為非烴氣。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)（三）主要天然氣類型特征第四十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

（3）凝析氣：當(dāng)?shù)叵聹囟?、壓力超過臨界條件后，由液態(tài)烴逆蒸發(fā)而形成的氣體。開采出來后，由于地表壓力、溫度較低，按照逆凝結(jié)規(guī)律而逆凝結(jié)為輕質(zhì)油即凝析油。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)

凝析氣藏和濕氣氣藏的區(qū)別：

凝析油中含大量的輕質(zhì)烴類，重質(zhì)烴類較少，呈淡黃色，剛開采是伴生氣較多，隨著氣藏不斷開采，伴生氣越來越少；濕氣氣藏含的氣體多，凝析氣藏含的氣體少。第四十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第四十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一2、分散性天然氣

（1）油溶氣：溶解于石油中的天然氣。濕氣，C2＋可達(dá)40%

（2）水溶氣：溶解于水中的天然氣。（CH４、N2、C2+、CO2少）

包括低壓水溶氣和高壓地?zé)嵝退軞獾蛪核軞獠粏为?dú)開采但可和其它綜合開發(fā)。高壓地?zé)崴泻瑲饬枯^高，特別是在異常高壓帶以下的地下水中，含氣量特別高。如前蘇聯(lián)刻赤半島，水溶氣和熱水的綜合利用，是很有價(jià)值的

。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第四十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第五十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)（３）天然氣水合物

天然氣水合物是固態(tài)的結(jié)晶化合物。氣水合物是在冰點(diǎn)附近的特殊溫度和壓力條件下形成的。主要分布在凍土、極地和深海沉積物分布區(qū)。據(jù)前蘇聯(lián)學(xué)者估計(jì)，僅西伯利亞的氣水合物中，天然氣的儲(chǔ)量即可達(dá)15×1012m3。我國海洋中分布廣泛，是當(dāng)前海洋勘探研究方向之一。第五十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)3．伴生氣和非伴生氣凡是在油藏范圍內(nèi)與油藏分布有密切關(guān)系的氣頂氣、油溶氣以及油藏之間或油藏上/下方的氣藏氣，都稱為伴生氣。而那些與油藏分布沒有明顯聯(lián)系或僅有少量石油存在，但沒有重要的工業(yè)價(jià)值，而氣藏又十分巨大和重要的氣藏氣，都稱為非伴生氣。根據(jù)成因含義，亦可將那些在成油過程伴生形成的天然氣稱為伴生氣；而煤系有機(jī)質(zhì)或未成熟和過成熟有機(jī)質(zhì)形成的天然氣稱非伴生氣。因?yàn)?，后一類成氣過程沒有或僅形成少量石油。第五十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)

非常規(guī)天然氣目前主要指煤層氣、頁巖裂縫中的氣、淺層生物氣（沼氣）和盆地中心氣包括深盆氣。這種天然氣實(shí)際上介于分散型和聚集型之間的過渡類型氣。區(qū)別在于儲(chǔ)集層為低孔低滲的致密砂巖、裂縫泥巖和煤層；天然氣運(yùn)聚可能與浮力驅(qū)動(dòng)無關(guān)，有時(shí)缺少底水；氣藏往往與構(gòu)造圈閉無關(guān)，除巖性封閉外氣的毛細(xì)管力封閉非常重要；一般含氣品位相對(duì)較低，但有時(shí)規(guī)模非常大。這類天然氣資源如煤層氣和盆地中心已顯現(xiàn)出有相當(dāng)大的潛力。因此，非常規(guī)天然氣系統(tǒng)的研究和它的開發(fā)利用已受到了廣泛的重視。4．非常規(guī)天然氣第五十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一二、天然氣的化學(xué)組成

元素組成：

碳、氫為主，碳占65～80%，氫占12～20%少氮、氧、硫及其它微量元素。

化合物組成：

烴類C1~C4為主，以甲烷為主，其次為重?zé)N氣含有數(shù)量不等的非烴類氣體N2

、CO2、H2S及其它惰性氣體。數(shù)量不多，種類多

第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第五十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一絕大多數(shù)氣藏的成分是以烴氣為主的。烴含量高于80%的氣藏約占?xì)獠乜倲?shù)的85%以上，90%以上的儲(chǔ)量會(huì)集中于烴含量在90%以上的氣藏中；氮?dú)夂繛橹鞯臍獠貎H占?xì)獠財(cái)?shù)的百分之幾，含量在90%以上的不到1%；以CO2、或H2S為主的氣藏占?xì)獠乜偭康?%以下。世界氣藏氣化學(xué)組成圖第五十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一國內(nèi)外某些油（氣）田氣的化學(xué)成分（百分含量）（據(jù)張厚福等，1999）第五十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一三、天然氣的物理性質(zhì)

１、比重：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，單位體積天然氣與同體積空氣的重量比，即天然氣的比重。一般為0.65～0.75，高者可達(dá)1.5，濕氣的比重大于干氣。２、粘度：天然氣的粘度與其化學(xué)組成及其所處的環(huán)境有關(guān)。一般隨分子量增加而減小，隨溫度、壓力增大而增大（因分子間的運(yùn)動(dòng)加快，碰撞增多）。３、蒸氣壓力：在某一溫度下對(duì)氣體液化時(shí)所施加的最小壓力稱蒸氣壓力。蒸汽壓力隨溫度升高而增大。在同一溫度條件下碳?xì)浠衔锏姆肿恿吭叫?，則其蒸氣壓力越大。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第五十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

４、溶解性：在相同的條件下，天然氣在石油中的溶解度遠(yuǎn)大于在水中的溶解度。當(dāng)天然氣重?zé)N增多，或者石油中的輕餾份較多時(shí)，都可增加天然氣在石油中的溶解度。５、熱值：每立方天然氣燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量稱為熱值。單位每千卡/米3

或千卡/千克。濕氣熱值較高，可達(dá)210千卡/米3，而煤和石油的熱值分別為4103千卡/千克及104千卡/千克。熱值是評(píng)價(jià)燃料質(zhì)量的重要指標(biāo)。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第五十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一6．壓縮系數(shù)和體積系數(shù)壓縮系數(shù)：是指在溫度恒定的條件下，壓力每改變一個(gè)大氣壓時(shí)，單位氣體體積的變化率。

Cg:等溫壓縮系數(shù)，負(fù)號(hào)表示隨壓力增大而體積減少。在低壓下，真實(shí)氣體Cg比理想氣體大；在高壓下，真實(shí)氣體Gg比理想氣體小。

天然氣的地層體積系數(shù)，指在地面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下采出的1m3氣體在地下儲(chǔ)層條件下所占的體積數(shù)。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第五十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一7．臨界溫度和臨界壓力

單組分氣體都有一特定溫度，高于此溫度時(shí)不管加多大壓力都不能使該氣體轉(zhuǎn)化為液體，該特定溫度稱為臨界溫度。在臨界溫度時(shí)使氣體液化所需的最低壓力稱為臨界壓力。天然氣的臨界溫度隨分子中C原子數(shù)增大而提高，而臨界壓力則減小。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第六十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)油田水一、地下水的賦存狀態(tài)二、油田水的來源三、油田水的礦化度四、油田水的化學(xué)組成五、油田水的類型第六十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)油田水的組成與性質(zhì)

油田水：－廣義上是指油田區(qū)域（含油構(gòu)造）內(nèi)的地層水，包括油層水和非油層水。－狹義上是指油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水，即油層水。

第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第六十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一一、油田水的產(chǎn)狀油田水和油氣藏在分布上的相互關(guān)系

根據(jù)水與油、氣分布的相對(duì)位置，分為底水和邊水。

底水是指含油（氣）外邊界范圍以內(nèi)直接與油（氣）相接觸，并從底下托著油氣的油層水。

邊水是指含油（氣）外邊界以外從側(cè)面流動(dòng)的油層水，實(shí)際是底水的外延。油田范圍內(nèi)非油層水，分別稱之為是上層水、夾層水和下層水。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第六十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

油田水存在狀態(tài)：油田水存在于儲(chǔ)集層的孔隙—裂縫中，按照水在其中的存在狀態(tài)，可分為吸附水、毛細(xì)管水和自由水三種。

吸附水：呈薄膜狀被巖石表面顆粒所吸附，在一般溫度和壓力下不能自由運(yùn)動(dòng)，亦稱束縛水。

毛細(xì)管水：存在于毛細(xì)管孔隙—裂縫中，當(dāng)作用于水的外力超過毛細(xì)管阻力時(shí)才能運(yùn)動(dòng)。

自由水：是存在于超毛細(xì)管孔隙、孔洞和縫隙中，在重力作用下能自由運(yùn)動(dòng)。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第六十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一二、油田水的來源和形成

來源

盆地的沉積水大氣的滲入水粘土礦物的初生水地球深處的深成水形成

油田水的形成可以看作是這三種水以不同比例混合的水，經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)作用，并與油氣相伴生的油層水。

第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第六十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第六十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第六十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一四、油田水的礦化度

油田水的礦化度：即水中各種離子、分子和化合物的總含量，以水加熱至105℃蒸發(fā)后所剩殘?jiān)亓炕螂x子總量來表示，單位ml/l、g/l或ppm＝每升毫克數(shù)/水的相對(duì)密度。分布和特征：（1）海相沉積油田水礦化度比陸相高，多數(shù)海相油田水總含鹽量在5×104～6×104ppm以上，最高可達(dá)642798ppm。陸相油田水的礦化度一般為5×103～3×104ppm，最高可達(dá)148900ppm。（2）碳酸鹽巖儲(chǔ)層油田水礦化度比碎屑巖儲(chǔ)層高。（3）保存條件好的儲(chǔ)層水礦化度比開啟程度高的儲(chǔ)層高。（4）埋藏深的比埋藏淺的地層水礦化度高。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第六十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一五、油田水的類型蘇林（Sulin）分類：分類原則：是HCO3-、SO42-、Cl-和Ca2+、Na+、Mg2+6種陰、陽離子的相對(duì)含量，以Na/Cl、(Na-Cl)/SO4和(Cl-Na)/Mg這三個(gè)成因系數(shù)，把天然水劃分為四種基本類型。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第六十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

蘇林認(rèn)為，在油田剖面上部以重碳酸鈉型為主，隨著埋深增加，過渡為氯化鎂型，最后成為氯化鈣型。油田水的水化學(xué)類型以氯化鈣型為主，重碳酸鈉型次之，硫酸鈉型和氯化鎂型較為罕見。天然水成因分類第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第七十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一蘇林分類中存在問題：主要是它所劃分的四種水型與天然分布的實(shí)際情況存在很大差別，如我國地表水淺層水常見氯化鎂水型和氯化鈣水型，深部地層則也見到Na2SO4、NaHCO3水型。分類缺乏區(qū)分油田水和非油田水的特征參數(shù)，而僅僅是天然水鹽類成份的分類。在成因上他把地下水全看成是地表水滲入而成的。實(shí)際上地下水有海相原生水及內(nèi)生水（如結(jié)晶水、幔源水等）。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第七十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一六、油田水的物性

1．相對(duì)密度一般>1.0，主要是油田水含鹽份，且含鹽越大，密度越大。

2．粘度：一般比純水高，且溶解的鹽份越多，則粘度越高；溫度越高，粘度越低。

3．顏色及透明度：油田水因含雜質(zhì)大多不透明，常帶顏色，含H2S時(shí)是淡青色；含鐵質(zhì)膠狀體時(shí)帶淡紅色、褐色或淡黃色。

4．嗅味：水中含石油時(shí)，具汽油或煤油味；含H2S時(shí)，具腐蛋味；溶解NaCl時(shí)，帶咸味；含氯離子時(shí)，帶苦味。

5．導(dǎo)電性：純水不導(dǎo)電，但油田水導(dǎo)電，且離子越多，導(dǎo)電性越強(qiáng)。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第七十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第五節(jié)重質(zhì)油與固體瀝青（選區(qū)）

重質(zhì)油和固體瀝青是石油烴類能源中的重要組成部分，蘊(yùn)藏著比常規(guī)原油資源數(shù)倍的巨大潛力，廣泛分布于世界各地。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上已發(fā)現(xiàn)1046個(gè)重質(zhì)油和特重質(zhì)油油藏，地質(zhì)儲(chǔ)量15500×108t。我國重質(zhì)油資源和固體瀝青資源的分布也較為豐富，主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地、塔北、柴達(dá)木、四川、內(nèi)蒙、泌陽等15個(gè)大中型含油氣盆地。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第七十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一一、重質(zhì)油

原油按粘度、相對(duì)密度劃分為輕質(zhì)油、中重油、重質(zhì)油、瀝青砂四類。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)（一）重質(zhì)油的概念：重質(zhì)油：是指用常規(guī)原油開采技術(shù)難于開采的具較大的粘度和密度的原油。第七十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一（二）重質(zhì)油的性質(zhì)和成份

重質(zhì)油與常規(guī)油相比：高分子烴和雜原子化合物含量較高，在物理性質(zhì)上具有密度大、粘度大、含膠量高、含蠟量低、凝固點(diǎn)高的特點(diǎn)。

重質(zhì)油的化學(xué)成份比常規(guī)油不同。

其氧、硫、氮等元素含量高：

S：0.4~1.0%以上，N：0.7~1.20%。

微量元素含量也是常規(guī)原油的幾倍至幾十倍。

S、N元素含量偏高的原因：細(xì)菌生物降解。

族份組成上：重質(zhì)油飽和烴和芳烴含量小于60%（常規(guī)原油>60%），非烴和瀝青質(zhì)可達(dá)10%~30%，個(gè)別可達(dá)50%。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第七十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第七十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一我國重質(zhì)油資源較為豐富，已在15個(gè)大中型含油氣盆地和地區(qū)發(fā)現(xiàn)數(shù)量眾多的重油油藏(圖)，規(guī)模大且成帶分布，從中元古界到下第三系均有分布，該類資源將成為21世紀(jì)重要的接替能源

第七十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

固體瀝青是同石油有關(guān)的固態(tài)衍生物，多為深褐色至黑色的有機(jī)礦物，化學(xué)成份不甚穩(wěn)定，也無一定晶形，彼此之間常呈過渡形式。

鑒定固體瀝青的標(biāo)志主要依靠化學(xué)成份、密度、硬度、稠度、熔點(diǎn)、溶解度、可燃性、燃燒、火焰及地質(zhì)產(chǎn)狀特征。固體瀝青種類繁多按成因及物化性質(zhì)可分四大類：物理分異產(chǎn)物地蠟高氮瀝青貧膠地蠟風(fēng)化產(chǎn)物軟瀝青地瀝青石瀝青硬瀝青脆瀝青腐殖化產(chǎn)物酸性碳質(zhì)瀝青腐殖碳質(zhì)瀝青變質(zhì)產(chǎn)物碳質(zhì)瀝青黑瀝青焦性瀝青碳瀝青次石墨二、固體瀝青第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第七十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

重質(zhì)油一般是由于地殼抬升或斷裂作用破壞了原始油藏上覆蓋層的有效性，使地表水滲入到油藏，使油藏發(fā)生生物降解或氧化而形成。

固體瀝青則一般是原始油藏已出露地表或近地表遭受較為徹底的破壞產(chǎn)物。但具體成因較復(fù)雜，目前研究程度較低，尚無明確結(jié)論。

有些固體瀝青如地蠟、軟瀝青、地瀝青及石瀝青等，常在地表成為找油的直接標(biāo)志，是評(píng)價(jià)區(qū)域含油氣遠(yuǎn)景的強(qiáng)有力佐證。如柴達(dá)木油田的深褐色地蠟、老君廟油田的黑色瀝青、克拉瑪依油田的黑色石瀝青。我國老一代地質(zhì)學(xué)家就是依靠這些標(biāo)志（油氣苗）在西北找到一批油氣田。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第七十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一克拉瑪依市東北方，有一座高約30米的由瀝青類物質(zhì)和砂石混雜硬化堆積的黑色山丘——黑油山瀝青丘。第八十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第八十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第八十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)石油瀝青類的同位素

同位素：指元素周期表中原子序數(shù)相同，原子量不同的元素（相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)）

同位素可分為穩(wěn)定同位素和放射性同位素。

穩(wěn)定同位素：指原子核的結(jié)構(gòu)不會(huì)自發(fā)改變。

放射性同位素：系指能自行蛻變形成具質(zhì)子數(shù)不同的新原子同位素。

穩(wěn)定同位素有兩個(gè)最顯著的屬性：（1）穩(wěn)定性：經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)之后，原子核結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。（2）分餾作用：指同位素在兩種同位素比值不同的物質(zhì)之間進(jìn)行分配。

油氣分析的同位素主要有：

C、H、S、O、N。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第八十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一１、穩(wěn)定碳同位素豐度

豐度表示方法——國際上趨于使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即美國南卡羅萊納州白堊系箭石的碳同位素標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱PDB，其中：C1３／C12=1123.7×10-5第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)一、碳穩(wěn)定同位素第八十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

１、分餾機(jī)理

（1)同位素的交換反應(yīng)指不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是化學(xué)物質(zhì)間，不同相或單個(gè)分子發(fā)生的同位素重新分配所引起的分餾作用。在溫度較高的地帶大氣和水

（2)光合作用的動(dòng)力效應(yīng)植物在光合作用過程中，吸收CO2和H2O，致使自身富集12C，而13C相對(duì)減小。δ13C值減少6%。

第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第八十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一(3)

熱力和化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力效應(yīng)

-C-C-鍵的穩(wěn)定性順序：

在低溫條件下，形成的烴類，富集12C；在高溫條件下形成的烴類，富集13C。

(4)

物理化學(xué)效應(yīng)

蒸發(fā)作用：氣相富集輕同位素12C

，液相富集13C。擴(kuò)散作用：先擴(kuò)散部分富集12C

，殘余富13C。第一章石油、天然氣、油田水的組成和性質(zhì)第八十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期一

δ13C：-22‰～-33‰；平均值：-25‰～-26‰。①海相：δ13C值較高：-27‰～-22‰；陸相：