《石油地質(zhì)學》課件第一章 油、氣、水的成分和性質(zhì)

1、第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)水油氣背斜油氣藏研究油氣水組成和性質(zhì)的意義指示油氣來源的層位/洼陷指示油氣形成的時期指示油氣運移方向和距離指示油氣保存情況西部原油色譜特征反映成因類型豐富成熟低熟混合來源混合-降解嚴重降解中等降解嚴重降解，正構(gòu)烷烴大量缺失，出現(xiàn)25-降藿烷系列輕度或未降解UCM鼓包原油密度平面變化規(guī)律生物降解高升稠油成因典型未熟-低熟油區(qū)稠油為次生成因陳家洼陷臺安洼陷牛心坨洼陷雷家油田陳家洼陷臺安洼陷牛心坨洼陷雷家油田1,6-/1,7-DMC1.350.850.891.031.091.220.931.261.121.39高64-24-24雷29-13雷53雷觀1高2-2

2、-011高觀12高1-5-13高3-2-072高3-6-0151高3-6-25曾17-23高升油氣運移第一節(jié) 石油的成分和性質(zhì)一、石油的組分和族分1石油的組分（oil component） 組分是根據(jù)石油中的不同成分在不同溶劑中的選擇性溶解對石油成分進行的分類常用的有機溶劑：石油醚、苯、灑精苯、氯仿（1）油質(zhì)：能溶于石油醚而不被硅膠吸附的部分。（2）膠質(zhì)：用苯和灑精苯從硅膠上解吸（溶解）下的石油部分。又可分為苯膠質(zhì)和灑精苯膠質(zhì)。（3）瀝青質(zhì)：能溶于氯仿，但不溶于石油醚、苯和灑精苯的部分。石油的組分分為油質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)油質(zhì)石油醚酒精-苯膠質(zhì)2石油的族分（oil component）按石油中化合

3、物組成對石油成分的一種分類，分為飽和烴、芳香烴、非烴和瀝青質(zhì)四部分。石油組分、族組成和餾分的對應關系二、石油的化學組成59種元素：1石油的元素組成（Elemental component）（1）主要元素：氫（H）：10%14%（2）次要元素：硫（S）、氮(N)、氧(O)（3）微量元素（灰分）：如釩（V）、鎳(Ni)碳（C）：83%88%、石油的化學組成2石油的烴類組成（Hydrocarbons）（1）烷烴（Alkanes）C1-C4為氣態(tài)烴C5-C16的直鏈烷烴呈液態(tài)C17+呈固態(tài) CnH2n+2正構(gòu)烷烴：直鏈異構(gòu)烷烴：具有烷基側(cè)鏈烷烴是石油組成的主體烷烴、芳香烴 興古7井3978-4014.

4、5m正常原油的飽和烴是一個連續(xù)的系列正構(gòu)烷烴分布異戊間二烯型烷烴 植烷（Phytane）：2、6、10、14-四甲基十六烷姥鮫烷（Pristane）：2、6、10、14-四甲基十五烷 直鏈結(jié)構(gòu)中，每4個碳原子就有1個甲基支鏈2石油的烴類組成（Hydrocarbons）（1）烷烴（Alkanes）（2）環(huán)烷烴（Cycloalkanes）含有碳環(huán)結(jié)構(gòu)的飽和烴 組成環(huán)的碳原子數(shù)：三員環(huán)、四員環(huán)、五員環(huán)、六員環(huán) 碳環(huán)的數(shù)目：單環(huán)烷烴、雙環(huán)烷烴、三環(huán)烷烴多環(huán)烷烴CCCCCCCCCCCCCC重要環(huán)烷烴：環(huán)己烷、環(huán)戊烷、甲基環(huán)己烷、二甲基環(huán)戊烷（3）芳香烴（Aromatics） 含有苯環(huán)的碳氫化合物單環(huán)芳香

5、烴：多環(huán)芳香烴：稠環(huán)芳香烴：分子中含有兩個或兩個以上的獨立苯環(huán)分子中含有一個苯環(huán)苯分子中含有兩個或兩個以上的相連的苯環(huán)3石油的非烴組成（nonhydrocarbons）（1）含硫化合物（sulfur compounds）硫醇類（-SH）：硫基化合物硫醚類（-S-）：硫醚基化合物噻吩類：含有一個硫原子和四個碳原子的不飽和五員環(huán)的化合物石油中含硫化合物的數(shù)量高硫石油：S2%含硫石油：S=0.5%-2%低硫石油：S0.5%其多少會影響原油的價格腐蝕輸油管道（2）含氮化合物（nitrogen compounds）非堿性含氮化合物：咔唑、卟啉等堿性含氮化合物：吡啶、喹啉、異喹啉等卟啉可以用于說明石油的有

6、機成因咔唑可以用于研究石油的運移方向3石油的非烴組成（nonhydrocarbons）（3）含氧化合物（oxygen compounds）酸性氧化物：環(huán)烷酸、脂肪酸（R-COOH）中性氧化合物：酚、醛（R-CO-H）和酮（R-CO-R）3石油的非烴組成（nonhydrocarbons）三、石油的物理性質(zhì)1.顏色（colour）黑色、深綠色、黃褐色、淡黃色、無色顏色與組成有關：膠質(zhì)-瀝青質(zhì)含量越高，顏色越深。也能反映成熟程度。第一節(jié) 石油的成分和性質(zhì)2.密度（density）輕質(zhì)油：0.87中等石油（正常石油）：0.87-0.93重質(zhì)石油（重油）：0.93相對密度:20的石油與4同體積水的重量比

7、值(0.75-1.00) 石油按密度的分類密度的其它表示習慣美國：歐洲：波美度API密度10.010.01.000020.020.10.933330.030.20.875040.040.30.832550.050.40.77783粘度（viscosity） 反映石油流體內(nèi)摩擦力的參數(shù)，動力粘度單位：PaS或mPa.S（1mPa.s=1厘泊）正常原油的粘度：5% 干氣：重烴氣5% 干燥系數(shù)（C1/C2+)甲烷系數(shù)(C1/C1+)三、天然氣的性質(zhì)1.相對密度標準狀況下，單位體積天然氣與同體積空氣質(zhì)量之比2粘度0時：0.31 10-3mPa.s: 20時:12 10-3mPa.s 與成分、壓力、溫度

8、有關3.天然氣的溶解性 天然氣可以溶于石油和水中 三、天然氣的性質(zhì)天然氣在水中的溶解度與壓力有關4.天然氣的擴散性（diffusion） 擴散作用是物質(zhì)在濃度梯度的作用下，自發(fā)地發(fā)生的從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)轉(zhuǎn)移，以達到濃度平衡的一種物質(zhì)傳遞過程 擴散作用強度與分子大小、濃度梯度、介質(zhì)條件有關四、天然氣地下存在形式（相態(tài)、產(chǎn)狀）氣態(tài)溶解態(tài)（水溶氣、油溶氣）吸附氣（如，煤層吸附氣）固態(tài)（固體水合物）第三節(jié) 油田水的成分和類型 一、油田水及其來源 油田水（oilfield water)：油田區(qū)域內(nèi)的地下水，包括油層水和非油層水。狹義的油田水指與含油層相連通的水。油層水產(chǎn)狀：底水和邊水。油田水來源來源復

9、雜而認識不統(tǒng)一，一般認為有4種來源沉積水：沉積物堆積過程所保存的水，水的鹽度和組成與沉積物堆集時的環(huán)境有關；滲入水：指大氣淡水的滲入。對高礦化度的地下水起淡化作用轉(zhuǎn)化水：粘土礦物轉(zhuǎn)化，有機質(zhì)生烴過程形成深成水：從深部沿江游離出來的水和變質(zhì)作用過程的變質(zhì)水。二、油田水的化學組成無機組分有機組分1無機組成（inorganic components） 無機離子：Cl- Na+ Mg+ Ca+ HCO3- SO4-2 微量元素：碘、溴、硼、鋇、鍶、銨等 2有機組成（organic components）烴類：氣態(tài)烴（C1-C4）、苯、甲苯 甲酚、鄰甲酚、環(huán)烷酸、脂肪酸酚、有機酸：影響油田地下水化學性質(zhì)

10、主要因素（1）大氣水滲入淡化作用 （6）溶解作用和溶濾作用（2）擴散和濃縮作用 （7）礦物轉(zhuǎn)變及沉淀作用（3）泥巖壓實排水作用 （8）陽離子交替吸附作用（4）地下水滲濾濃縮作用 （9）生物地球化學作用（5）粘土礦物脫水作用 （10）混合作用礦化度：單位體積油田水中溶解固體物質(zhì)的總和單位：g/L三、油田水的礦化度四、油田水的類型蘇林分類的原則： 依據(jù)（Cl- Na Ca+ Mg+ HCO3- SO4-2） 之間的當量關系硫酸鈉（Na2SO4）型重碳酸鈉（NaHCO3）型氯化鎂（MgCl2）型氯化鈣（CaCl2）型四種水型：裸露的地質(zhì)構(gòu)造中的地下水可能屬于硫酸鈉型，與地表水隔絕的封閉水多為氯化鈣型

11、，兩者之間的過渡帶為氯化鎂型油田剖面上部層段多為重碳酸氫鈉型，隨深度增加過渡為氯化鎂行和氯化鈣型五、油田水與油氣的關系1、根據(jù)油田水的水化學特征可直接找油油田水與非油田水中有機組分的差異油層水的烴類有氣態(tài)烴(C1-4烴類)和液態(tài)烴。而非油層水中常只含少量甲烷。油層水中苯系化合物含量高,一般可達0.011.58mg/l,最高可達56mg/l,且甲苯/苯大于1;非油層水中苯系化合物含量低,且甲苯/苯小于1。酚在油層水中含量較高,一般大于0.1mg/l,最高可達1015mg/l,且以鄰甲酚和甲酚為主;非油層水的含量低,且以苯酚為主。油田水中常含數(shù)量不等的環(huán)烷酸、脂肪酸和氨基酸等。2、根據(jù)水化學資料判

12、斷油氣運移、聚集和保存條件油氣保存有利的環(huán)境：高礦化度，氯化鈣型水；反映滲透水交替緩慢或停止。脫硫系數(shù)（S042-/(SO42-+Cl-)、鈉氯系數(shù)Na+/Cl-)可以反映地下水流動的環(huán)境和油氣運移方向。在泥巖壓實排水形成的離心流方向上,礦化度、Na+濃度、Cl-濃度和鹽化系數(shù)升高,(CO32-+HCO3-)、SO42-濃度、鈉氯系數(shù)(rNa+/rCl-)和脫硫系數(shù)降低.在大氣水下滲向心流方向上,礦化度、離子濃度和鈉氯系數(shù)、脫硫系數(shù)和鹽化系數(shù)一致升高. 北部位于中部深凹帶，受泥巖壓實排出的淡水影響，礦化度較低；南部鄰近南斷階帶，斷裂溝通的大氣水下滲淡化導致地層水礦化度也比較低；之間夾持的條帶為

13、離心流和向心流的共同越流泄水區(qū)，地層水礦化度較高.地層水水型均為NaHCO3型。高郵凹陷真武曹莊油田戴南組一段地層水礦化度(g/L)與水型分布圖 黃玨油田北部鄰近深凹帶的井位于泥巖壓實水離心流區(qū)，地層水受泥巖壓實排水淡化影響礦化度較低；南部位于斷階帶，受斷裂溝通的大氣水下滲淡化顯著影響，地層水礦化度也較低；中間夾持的條帶為兩者的匯合越流泄水區(qū)，地層水礦化度相對較高。 N第四節(jié) 石油的碳同位素 氫同位素：H1、H2、H3氧同位素：O16、O17、O18硫同位素：S32、S33、S34、S35氮同位素：N14、N15碳同位素：C12、C13、C14一、同位素概念 具相同質(zhì)子數(shù)(Z)和不同中子數(shù)(N)的元素的原子，稱為該元素的同位素。1、穩(wěn)定碳同位素C13和C12的比值2、13C值（C13/C12）標準1123.7x10-5PDB標準：美國南卡羅萊那州白堊系皮迪組擬箭石的碳同位素值二、碳同位素豐度表示方法三、碳同位素分布特點無機碳13C值高于有機碳的13C值有機物的13C值0分子越大，重同位素含量越高；油的重同位素豐度高于氣的重同位素豐度 13C烷烴 13C