油層物理石油的組成與性質(zhì)市公開課獲獎課件

1、第一章油層流體物理性質(zhì)The Physical Properties of Reservoir Fluids第1頁第1頁2儲層流體(reservoir fluids):是指儲存于地下儲層中石油(Crude oil or oil )、天然氣(Natural gas)地層水(Formation water or oilfield water)。 儲層流體特點： (1)處于高溫、高壓狀態(tài) (2)地層油中溶解有大量天然氣 (3)地層水中溶解有大量鹽類物質(zhì)第2頁第2頁3第一節(jié) 石油構成與性質(zhì)石油與天然氣從化學組成上講為同一類物質(zhì)?，F(xiàn)已確定石油中烴類主要是由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴這三種飽和烴類組成。原油中普

2、通未發(fā)覺非飽和烴類，如烯烴、炔烴。烷烴又稱石蠟族烴，其化學通式為CnH2n+2。 烷烴因為其分子量大小不同，存在形態(tài)也不同。 在常溫常壓下，C1C4為氣態(tài)，它們是構整天然氣主要成份； C5C16是液態(tài)，它們是石油主要成份； 而C17以上烷烴為固態(tài)，即所謂石蠟。石油中固態(tài)烴能以溶解或結晶狀態(tài)存在于石油中。因此，石油與天然氣在化學結構上說均為烴類，只是分子量不同而已。 第3頁第3頁4第一節(jié) 石油構成與性質(zhì)一、石油構成 石油中主要含碳、氫元素，也含有硫、氮、氧元素以及一些微量元素。 表l1是國內(nèi)外一些原油碳、氫元素含量。 第4頁第4頁5一、石油構成 我國大部分原油硫含量都比較低，比如，大慶和大港原油

3、含硫量僅為0.12%，即使是我國含硫較高原油(孤島和江漢原油)其含硫量與世界各地高含硫原油相比較也不算很高（表12）。表12 石油中硫、氮元素含量 元素含量 原 油 硫 (質(zhì)量) 氮 (質(zhì)量%) 大慶 0.12 0.13 勝利 0.80 0.41 孤島 1.82.0 0.50 大港 0.12 0.23 任丘 0.30 0.38 江漢 1.83 0.30 世界各地原油最高含量 5.50 0.77 世界各地原油最低含量 0.02 0.02 第5頁第5頁6一、石油構成從化學組成來看: 石油可分為兩大類，即烴類和非烴類。烴類和非烴類相對含量，因石油產(chǎn)地不同，差異也很大。有石油(輕質(zhì)石油)，烴類含量可達

4、90以上，但有石油(重質(zhì)石油)烴類含量甚至低到50左右。 1.1 石油中烴類化合物1、石油中烷烴在石油中帶有直鏈或支鏈，但沒有任何環(huán)結構飽和烴，稱之為烷烴（或鏈烴）。烷烴化學性質(zhì)很不活潑，在普通條件下不易發(fā)生反應。但在加熱或催化劑以及光化學作用下，烷烴能起各種反應，比如鹵化、磺化、氧化以及裂化等反應。第6頁第6頁71.1 石油中烴類化合物2、石油中環(huán)烷烴環(huán)烷烴是環(huán)狀飽和烴，其性質(zhì)也比較穩(wěn)定，而且是石油主要組成之一。有機化學家曾經(jīng)合成各種碳數(shù)環(huán)烷烴。不過，在石油中大量存在卻只有含五碳環(huán)環(huán)戊烷系和六碳環(huán)環(huán)己烷系。3、石油中芳香烴 苯系芳香烴在石油中普遍存在，依據(jù)資料介紹，曾從美國產(chǎn)石油中分離出帶有

5、不同碳數(shù)烷基側(cè)鏈苯同系物40余種，側(cè)鏈能夠是烷基，也能夠是環(huán)烷基。我國大慶、勝利、任丘、新疆等地原油汽油餾分中(l60)，已定量測定百各種單體烴，其中苯系芳香烴約有10余種。第7頁第7頁8一、石油構成1.2 石油中非烴類化合物構成石油主要是烴類，而硫、氮、氧這些元素則以各種含硫、含氧、含氮烴類化合物形態(tài)以及兼含有硫、氮、氧膠狀、瀝青狀物質(zhì)形態(tài)存在于石油中，由于已不是純正碳氫化合物，因此被統(tǒng)稱非純烴類化合物，俗稱非烴類。顯然，它們都是極性物質(zhì)。1、含氧化合物：環(huán)烷酸、苯酚和脂肪酸等；2、含硫化合物：硫化氫、硫醇、硫醚和噻吩等，另外石油中還含有元素硫。3、含氮化合物：吡咯、吡啶、喹琳、吲哚和咔唑等

6、雜環(huán)化合物。4、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)：石油中膠質(zhì)-瀝青質(zhì)亦屬于非烴化合物，它們多是高分子雜環(huán)氧、硫、氮化合物，含有較高或中檔界面活性，它們對石油許多性質(zhì)，諸如顏色、比重、粘度和界面張力等都有較大影響，理解這類化合物性質(zhì)對提升原油采收率尤為主要。第8頁第8頁9一、石油構成1.3石油分子量、含蠟量及膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量1、石油分子量：原油中最小分子是分子量為16甲烷。最大分子是瀝青質(zhì)，其分子量可達幾千。 2、含蠟量：含蠟量是指在常溫常壓條件下原油中所含石蠟和地蠟百分比。3、膠質(zhì)含量：膠質(zhì)是指原油中分子量較大(約3001000)、含有氧、氮、硫等元素多環(huán)芳香烴化合物，通常呈半固態(tài)分散狀溶解于原油中。4、瀝青質(zhì)含量

7、：瀝青質(zhì)是一個高分子量(1000以上)、含有多環(huán)結構、呈黑色固態(tài)烴類化合物。5、含硫量：指原油中所含硫(硫化物或單質(zhì)硫)百分數(shù)。 第9頁第9頁10二、石油物理性質(zhì)石油物理性質(zhì)上差異是其化學組成不同一個反應。天然石油通常是淡黃色到黑色、流動或半流動性液體。世界各地所產(chǎn)石油在性質(zhì)上差異很大。從顏色看，絕大多數(shù)石油都是黑色，但也有暗黑、暗綠、暗褐色，更有一些石油呈赤褐、淺黃色。以相對密度論，絕大多數(shù)石油相對密度介于0.800.98之間，但也有個別例外，如伊朗某地石油相對密度高達1.016，而美國加里福尼亞洲某地石油相對密度低到0.707 。第10頁第10頁11二、石油物理性質(zhì) 1.原油物理性質(zhì)指顏色

8、、密度、粘度、凝固點、含蠟量、溶解性、發(fā)熱量、熒光性、旋光性等。本節(jié)所講內(nèi)容，側(cè)重于地面商品原油物理性質(zhì)。1、顏色：普通呈棕褐色、黑褐色、黑綠色，也有黃色、棕黃色和淺紅色石油 第11頁第11頁122、原油密度與相對密度：原油密度是指單位體積原油質(zhì)量，其數(shù)學表示式為： (11)式中：o 原油密度，kgm3； mo原油質(zhì)量，kg； Vo原油體積，m3。相對密度: o= o/ w美國慣用API度來表示石油密度 API=141.5/ oAPI度與國際通用密度在數(shù)值上相反，API度高石油，事實上都是密度低輕質(zhì)石油。第12頁第12頁131.原油物理性質(zhì)3、凝固點：原油凝固點是指原油冷卻由流動態(tài)到失去流動性

9、臨界溫度點，它與原油中含蠟量、瀝青膠質(zhì)含量及輕質(zhì)油含量等相關，影響原因十分復雜。4、原油粘度：地層流體油、氣、水均為粘性流體。粘度是粘性流體流動時內(nèi)部摩擦而引起阻力大小量度，流體粘度定義為流體中任一點上單位面積剪應力與速度梯度比值。流體粘度還能夠用運動粘度來表示，它是相同狀態(tài)（P，T）下絕對粘度與密度之比：式中： 運動粘度，m2/s v 動力粘度，Pa.S 流體密度，kg/m3第13頁第13頁141.原油物理性質(zhì)表13為我國一部分油田原油性質(zhì)。由表中能夠看出，這些油田原油相對密度都在0.86以上。美國油氣雜志1976至1978年登載世界原油指南中102個原油相對密度數(shù)據(jù)，其中有44個原油相對密

10、度0.86。因此單從相對密度看，這些原油屬較重原油。我國一些原油樣品一些性質(zhì) 產(chǎn)地 性質(zhì) 大慶 原油 勝利 原油 任丘 原油 遼河 原油 新疆黑油山原油 克拉瑪依3號低凝油 勝利油田孤島原油 大港羊三木原油 相對密度204d 0.8554 0.9005 0.8837 0.8662 0.9149 0.8839 0.9495 0.9437 粘度(50),厘泊 17.3 75.1 50.5 7.8 316.2 29.2 316.8 595.8 凝固點， 30 28 36 17 -22 -54 2 -4 含蠟量(吸附法)， 26.2 14.6 22.8 13.5 0.77 1.05 4.9 / 瀝青質(zhì)

11、， 0 5.1 2.5 0.17 1.36 0.53 2.9 0.4 硅膠膠質(zhì)， 8.9 23.2 23.2 14.4 21.2 13.3 24.8 21.8 殘?zhí)浚姞t法），% 2.9 6.4 6.7 3.59 5.3 3.8 7.4 6.0 備注 中高密度原油 低凝點、高密度原油 注：40粘度，蒸餾法，氧化鋁吸附色譜分析數(shù)據(jù) 第14頁第14頁152.原油分類1)地面原油分類 （商品原油性質(zhì)）1、依據(jù)原油中硫含量可把原油分成為： (1）低硫原油原油中硫含量在0.5下列； （2）含硫原油原油中硫含量在0.5%2.0%。 （3）高硫原油原油中硫含量在2.0%以上。2、依據(jù)原油中膠質(zhì)-瀝青質(zhì)含量可

12、將原油分為： (1) 少膠原油原油中膠質(zhì)-瀝青質(zhì)含量在8下列 (2) 膠質(zhì)原油原油中膠質(zhì)-瀝青質(zhì)含量在825之間 (3) 多膠原油原油中膠質(zhì)-瀝青質(zhì)含量在25以上。第15頁第15頁161)地面原油分類3、依據(jù)原油中含蠟量可將原油分為： (1) 少蠟原油一原油中含蠟量在1下列； (2) 含蠟原油一一原油中含蠟量在12之間 （3）高含蠟原油一一原油中含蠟量在2以上。 （大慶原油）4、按原油關鍵組分劃分為： （1）凝析油：密度0.93g/cm3（20）原油。 第16頁第16頁171)地面原油分類5、依據(jù)地面脫氣原油相對密度分類：表15是國際上按原油品位質(zhì)量分類辦法，我國大多數(shù)油田屬于中質(zhì)或重質(zhì)品位。

13、API度與國際通用密度在數(shù)值上相反，API度高石油，事實上都是密度低輕質(zhì)石油。表1-5 原油按密度分類 相 對 密 度 分 類 O API , API 輕質(zhì)油 中質(zhì)油 重質(zhì)油 0.855 0.8550.934 0.934 34 3420 20 第17頁第17頁182）地層原油分類6、粘度是地層油主要物性之一，它決定著油井產(chǎn)能大小、油田開發(fā)難易程度及油藏最后采收率。 按粘度分為：1低粘油：指油層條件下原油粘度低于5mPa.S2中粘油：油層條件下原油粘度520mPa.S高粘油：油層條件下原油粘度2050mPa.S稠油：油層條件下原油粘度高于50mPa.S，相對密度不小于0.92034第18頁第18

14、頁192）地層原油分類稠油分類主要指標輔助指標開采方式名稱級別粘度，mPa.s相對密度注水注蒸汽普通稠油II-1501500.92注蒸汽I-215010000*0.92注蒸汽特稠油II10000*50000*0.95注蒸汽超稠油III50000*0.98注蒸汽注：*指地面粘度，其它為地下粘度第19頁第19頁202）地層原油分類7、依據(jù)相態(tài)分：凝析油：地層條件下為氣相烴類，開采時當壓力低于露點壓力后凝析出液態(tài)烴輕質(zhì)油，普通相對密度0.82。揮發(fā)油：地層條件下呈液態(tài)，相態(tài)上靠近臨界點，在開發(fā)過程中揮發(fā)性強，收縮率高。地面氣油比普通在2101200m3/m3之間，普通相對密度1.75。高凝油：指凝固

15、點40輕質(zhì)高含蠟原油。 第20頁第20頁21三、油氣藏分類按油氣藏內(nèi)流體構成級相對密度分：（1）氣藏：以CH4為主，還含有少許乙烷、丙烷和丁烷。（2）凝析氣藏：含有甲烷到辛烷(C8)烴類，它們在地下原始條件是氣態(tài)，伴隨流體壓力下降，會凝析出液態(tài)烴。 （3）揮發(fā)性油藏也稱為臨界油氣藏：其特點是含有比C8重烴類，結構上部靠近于氣、下部靠近于油、但油氣無明顯分界面，原油具揮發(fā)性，相對密度為0.70.8。這類油氣藏在我國吉林油區(qū)、中原油區(qū)、西部地域深層及英國北海、美國東部等都有發(fā)覺。（4）油藏：油藏流體中以液相烴為主，油中都溶解一定量天然氣，地面相對密度為0.80.94，國外常將這類常規(guī)油藏中原油稱為黑油(Black oil)。 （5）重質(zhì)油藏又稱稠油油藏：原油粘度高，相對密度大是該類油藏特點。 第21頁第21頁22三、油氣藏分類分類辦法二按地層流體性質(zhì)劃分界線對油氣藏