石油與天然氣地質(zhì)學(xué)

第一節(jié)石油一、石油的化學(xué)組成二、石油的分類三、海陸相石油的區(qū)別四、石油的物理性質(zhì)重點(diǎn)：石油的分類及海陸相石油的區(qū)別?，F(xiàn)在是1頁\一共有55頁\編輯于星期三石油：存在于地下巖石孔隙中的以液態(tài)烴為主體的可燃有機(jī)礦產(chǎn)，又稱原油。現(xiàn)在是2頁\一共有55頁\編輯于星期三1、元素組成

元素組成：碳（C）和氫（H）為主；其次為氧（O）、氮（N）、硫（S）。C：80%-88%；H：10%-14%；N、S、O總量在0.3~7%，一般低于2~3%，個(gè)別含硫達(dá)10%。C和H重量比5.7~7.7，平均6.5；原子比平均為0.57。一、石油的化學(xué)組成

化學(xué)成分：是一種成分十分復(fù)雜的天然有機(jī)化合物的混合物，主要成分是烴類。元素、化合物、餾分和組分?，F(xiàn)在是3頁\一共有55頁\編輯于星期三S平均為0.65%，具雙峰型，1%為交叉點(diǎn)；大于1%為高硫原油，小于1%為低硫原油。海相石油含硫量高于陸相石油?，F(xiàn)在是4頁\一共有55頁\編輯于星期三N在0.01~1.7%之間，平均0.094%，絕對(duì)多數(shù)原油小于0.2%；大于0.25%為富氮，小于0.25%為貧氮。O在0.1~4.5%之間，與其氧化程度有關(guān)。此外，50多種其它元素，如釩、鎳等。2、化合物組成烴類組成占97%-99%，少量非烴。

烴類組成：烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等。

非烴組成：含S、N、O等雜原子化合物。現(xiàn)在是5頁\一共有55頁\編輯于星期三

（1）烴類

①飽和烴

烷烴：CnH2n+2，占石油組分50~60%，氣態(tài)烴的碳1~4個(gè)，甲烷；第一種液態(tài)烴是正戊烴，液態(tài)烴的碳原子5~16；第一種固態(tài)烴是正十七烷烴，固態(tài)烴碳原子17以上。

正構(gòu)烷烴：占石油體積15~20%，輕質(zhì)油達(dá)30%，重質(zhì)油小于15%。一般C1~C45，個(gè)別有C60，大部分小于C35。異構(gòu)烷烴：以小于C10為主，常見C6~C8?，F(xiàn)在是6頁\一共有55頁\編輯于星期三現(xiàn)在是7頁\一共有55頁\編輯于星期三環(huán)烷烴：CnH2n，由碳的數(shù)目決定名稱，三員環(huán)、四員環(huán)和五員環(huán)等，占石油比例為20~40%。以單環(huán)和雙環(huán)為主，其次為三環(huán)，四環(huán)以上較少。

現(xiàn)在是8頁\一共有55頁\編輯于星期三②不飽和烴占原油重量的20~45%，偶見有直鏈烯烴。芳香烴：具有苯環(huán)，含量高的石油沸點(diǎn)高，不易燃。

單環(huán)芳烴：苯、甲苯等；

多環(huán)芳烴：聯(lián)苯、三苯甲烷等；

稠環(huán)芳烴：萘、蒽和菲等。現(xiàn)在是9頁\一共有55頁\編輯于星期三環(huán)烷芳香烴：包含一個(gè)或幾個(gè)縮合芳環(huán)，并與飽和環(huán)及鏈烷基稠合。主要的是兩環(huán)構(gòu)成的茚滿和萘滿；重要的是四環(huán)和五環(huán)芳烴，包括甾族和萜族化合物?，F(xiàn)在是10頁\一共有55頁\編輯于星期三（2）非烴

①含硫化合物硫是石油中的有害物質(zhì)，產(chǎn)生有毒氣體和酸類，硫的含量是評(píng)價(jià)石油質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。100多種化合物，多呈硫醇、硫醚及硫化物等，重質(zhì)油較多。

高硫石油：S>2%；

低硫石油：S<0.5%；

含硫石油：S=0.5~2%。一般含硫量較高的石油多產(chǎn)自碳酸鹽巖系和膏鹽巖系含油層。大慶：低硫；勝利：含硫；遼河：高硫?，F(xiàn)在是11頁\一共有55頁\編輯于星期三②含氮化合物含量小于0.1%，30多種，主要以含氮雜環(huán)化合物存在。堿性：吡啶、喹啉、異喹啉等；非堿性：卟啉、吲哚和咔唑等?，F(xiàn)在是12頁\一共有55頁\編輯于星期三③含氧化合物50多種，包括有機(jī)酸、酚和酮類化合物。有機(jī)酸：C2-24的脂肪酸，C5-10的環(huán)烷酸，C10-15的類異戊二烯酸。有機(jī)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％；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。地下水中環(huán)烷酸鹽的存在是找油的標(biāo)志之一。

現(xiàn)在是13頁\一共有55頁\編輯于星期三3、石油的餾分組成餾分就是利用組成石油的化合物各自具有不同沸點(diǎn)的特性，通過對(duì)原油加熱蒸餾，將石油分割成不同沸點(diǎn)范圍的若干部分。

溫度區(qū)間（餾程）：餾分有所差異。汽油：C5－C10煤油：C11－C13柴油：C14－C17重質(zhì)油：C18－C25潤滑油：C26－C35現(xiàn)在是14頁\一共有55頁\編輯于星期三4、石油的組分組成

石油組分分析：有機(jī)溶劑和吸附劑對(duì)化合物進(jìn)行選擇性溶解和吸附，分離出不同部分。

油質(zhì)：溶于氯仿和四氯化碳。

膠質(zhì)：溶于苯和酒精，能被硅膠吸附，主要是雜原子化合物。

瀝青質(zhì)：溶于氯仿、不溶于石油醚。現(xiàn)在是15頁\一共有55頁\編輯于星期三現(xiàn)在是16頁\一共有55頁\編輯于星期三二、石油的分類1、分類原則

石油化學(xué)家：側(cè)重于各餾分含量及其化學(xué)組成和物理性質(zhì)；地球化學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家：注意原油組成與生油巖及其演化作用關(guān)系。

2、Tissot和Welte的分類

指標(biāo)：烷烴（石蠟）、環(huán)烷烴、芳香烴和含硫、氮、氧化合物（膠質(zhì)和瀝青質(zhì)）的含量?，F(xiàn)在是17頁\一共有55頁\編輯于星期三現(xiàn)在是18頁\一共有55頁\編輯于星期三現(xiàn)在是19頁\一共有55頁\編輯于星期三三、海陸相石油的基本區(qū)別石油類型、含蠟量、含硫量、微量元素（釩和鎳）及碳穩(wěn)定同位素?，F(xiàn)在是20頁\一共有55頁\編輯于星期三現(xiàn)在是21頁\一共有55頁\編輯于星期三四、石油的物理性質(zhì)

1、顏色

淡黃色、黃褐色、棕色、深褐色、黑綠色至黑色。膠質(zhì)和瀝青含量越高，顏色越深。

2、相對(duì)密度和密度

（1）密度單位體積物質(zhì)的質(zhì)量（g/cm3）。本身的成分和體積變化相關(guān);溫度、壓力及溶解氣量有關(guān)。液體石油體積，常壓下隨溫度升高而增大。現(xiàn)在是22頁\一共有55頁\編輯于星期三膨脹系數(shù)：溫度每增加1oF，單位體積所增加的體積數(shù)。（2）相對(duì)密度105Pa,20oC石油與4oC純水的密度比值。國際上通常用API(60oF)表示。一般介于0.75~1.00之間，相對(duì)密度大于0.93為重質(zhì)石油，小于0.90為輕質(zhì)石油?，F(xiàn)在是23頁\一共有55頁\編輯于星期三現(xiàn)在是24頁\一共有55頁\編輯于星期三

3、粘度反映流體流動(dòng)難易程度。粘度大則流動(dòng)性差，反之則流動(dòng)性好。

動(dòng)力粘度：即絕對(duì)粘度，u=kF△P/QL(Pa.s)；

運(yùn)動(dòng)粘度：動(dòng)力粘度/密度，m2/s；恩氏粘度:即相對(duì)粘度，石油粘度/水的粘度。與溫度、壓力、組成有關(guān)。地下粘度小于地面；當(dāng)粘度大于10Pa.s,則歸于天然瀝青類。4、溶解性石油難溶于水，而易溶于有機(jī)溶劑，如：氯仿、四氯化碳、苯和石油醚、醇等?，F(xiàn)在是25頁\一共有55頁\編輯于星期三若以碳數(shù)相同的分子進(jìn)行比較，烷烴溶解度最小，芳香烴最大，環(huán)烷烴居中。各族烴類在水中的溶解度均隨分子量增大而減小。C（碳數(shù)）影響因素：溫度：降低而降低；壓力：只與氣態(tài)餾分相關(guān)，對(duì)其它烴類的影響甚微；含鹽量：水中無機(jī)組分和含鹽量增加時(shí)，烴類的溶解度會(huì)降低?，F(xiàn)在是26頁\一共有55頁\編輯于星期三5、熒光性在紫外線照射下發(fā)出熒光，是一種冷發(fā)光現(xiàn)象，常用于檢測巖芯是否含油。飽和烴不發(fā)光，芳香烴和非烴發(fā)光。輕質(zhì)油發(fā)淺蘭色，含膠質(zhì)多一般發(fā)綠或黃色，含瀝青多一般發(fā)褐色。6、旋光性當(dāng)偏光通過石油時(shí)，偏光面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這個(gè)角叫旋光角，多數(shù)為右旋，一般隨含油地層年代的增長而減小?，F(xiàn)在是27頁\一共有55頁\編輯于星期三第二節(jié)天然氣一、天然氣的概念及產(chǎn)狀二、天然氣的化學(xué)組成三、天然氣的物理性質(zhì)四、天然氣與石油的差別重點(diǎn)：天然氣的產(chǎn)狀及物理性質(zhì)?，F(xiàn)在是28頁\一共有55頁\編輯于星期三一、天然氣的概念及產(chǎn)狀

1、天然氣的概念廣義：自然界所有天然形成的氣體。

狹義：指氣態(tài)烴和非烴氣。

2、天然氣的產(chǎn)狀類型

相態(tài)：游離氣、溶解氣、吸附氣和固體水溶氣；

分布特點(diǎn)：聚集型和分散型；

與石油產(chǎn)出關(guān)系：伴生氣和非伴生氣。

（1）聚集型

氣藏氣：不與石油伴生，單獨(dú)聚集成藏，為純天然氣氣藏。甲烷占?xì)獠貧怏w成分的95%以上?，F(xiàn)在是29頁\一共有55頁\編輯于星期三

氣頂氣：與石油共生，位于油氣藏的頂部，重?zé)N氣含量可達(dá)百分之幾或幾十，僅次于甲烷，屬于濕氣。

凝析氣：當(dāng)?shù)叵聹囟?、壓力超過臨界條件后，液態(tài)烴逆蒸發(fā)（可逆裂解）為氣體，稱為凝析氣。一旦采出后，由于地表壓力、溫度降低而凝結(jié)為輕質(zhì)油，即凝析油?，F(xiàn)在是30頁\一共有55頁\編輯于星期三（2）分散型

油溶氣：油藏內(nèi)溶解的天然氣。一般從幾立方到上千立方都存在。

水溶氣：溶解在水中的天然氣；包括低壓水溶氣和高壓地?zé)嵝退軞?。天然氣在水中的溶解度是石油的百倍。與溫度、壓力、礦化度等有關(guān)。溫度不變時(shí)，溶解度與壓力成正比。較高壓力：溫度<80℃時(shí)，隨溫度升高，溶解度下降；溫度>80℃時(shí)，隨溫度升高，溶解度上升。現(xiàn)在是31頁\一共有55頁\編輯于星期三

煤層氣：煤層中所含的吸附和游離狀態(tài)的天然氣。與煤的變質(zhì)作用和煤層頂板透氣性相關(guān)。全球煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量為68~238*1012m3，中國為30~35*1012m3。

吸附氣：通過分子吸附作用而附著在巖石顆粒表面的氣體。與巖性、溫度、壓力、熱變質(zhì)程度等因素有關(guān)。

游離氣：煤層孔隙或裂隙中儲(chǔ)存的氣體。致密地層氣：致密砂巖和裂縫性含氣頁巖中的天然氣。美國日產(chǎn)氣達(dá)1.5*1012m3。現(xiàn)在是32頁\一共有55頁\編輯于星期三吸附能力隨地層壓力增高而增大；但與變質(zhì)程度正相關(guān)性不明顯。1－8號(hào)代表褐煤到無煙煤?，F(xiàn)在是33頁\一共有55頁\編輯于星期三固態(tài)氣體化合物：在海洋底特定壓力和溫度條件下，甲烷氣體分子天然地被封閉在水分子的擴(kuò)大晶格中，形成固態(tài)氣體化合物，成為“天然氣冰”，或“天然氣水合物”。前蘇聯(lián)在西伯利亞北極永久凍土帶發(fā)現(xiàn)氣體水合物氣田--“麥索亞卡氣田”?，F(xiàn)在是34頁\一共有55頁\編輯于星期三在標(biāo)準(zhǔn)溫度壓力下，每立方米水合物約含標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)甲烷60－172m3；良好的蓋層。氣體水合物的形成同壓力、溫度關(guān)系密切。當(dāng)溫度為0OC時(shí)，形成水合物的壓力約為2.6MPa;當(dāng)溫度為300OC時(shí)，形成水合物的壓力約為100MPa。

氣水化合物中甲烷總量約20*1015m3，較常規(guī)天然氣大2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。將產(chǎn)生大量氮?dú)夂土蚧锏?，引起溫室效?yīng)?，F(xiàn)在是35頁\一共有55頁\編輯于星期三300-600m深的水柱靜壓力足以形成水合物所需的壓力；主要存在于海底沉積物下部300-1000m。現(xiàn)在是36頁\一共有55頁\編輯于星期三二、天然氣的化學(xué)成分主要為烴類，以甲烷為主，含少量C2-C5類重?zé)N氣；非烴氣為次要成分，以N2、CO、CO2、H2S、H2，Ar等居多。重?zé)N氣>5%稱濕氣，<5%稱干氣。氣態(tài)烴：甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等；非烴氣：氫、氮、二氧化碳、硫化氫等。高溫高壓下，C5-C7烷烴和部分環(huán)烷烴、芳烴及有機(jī)硫化物也可呈氣態(tài)。現(xiàn)在是37頁\一共有55頁\編輯于星期三三、天然氣的物理性質(zhì)

1、密度和相對(duì)密度密度：單位體積氣體的質(zhì)量。烴類一般為0.677~3.045g/cm3，混合物為0.7~0.75g/cm3，隨重?zé)N含量增加而增加。

相對(duì)密度：同溫同壓下天然氣密度與空氣密度比值。烴類為0.554~2.49，混合物為0.56~1.0。天然氣的地下密度隨溫度的增加而減小，隨壓力的增大而加大。2、粘度與化學(xué)組成及環(huán)境有關(guān)，在0oC時(shí)，為0.31*10-3mPa·s，在20oC時(shí)，為12*10-3mPa·s?，F(xiàn)在是38頁\一共有55頁\編輯于星期三

3、臨界溫度和壓力

臨界溫度：指氣相純物質(zhì)能維持液相的最高溫度。

臨界壓力：在臨界溫度時(shí)，氣態(tài)物質(zhì)液化所需的最低壓力。逆蒸發(fā)：在地下較高溫度（烴類物系的臨界溫度與臨界凝結(jié)溫度之間）的特定條件下，隨著壓力增加，液態(tài)烴可轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。一般隨相對(duì)分子質(zhì)量增加而減小，隨溫度和壓力增加而增大?，F(xiàn)在是39頁\一共有55頁\編輯于星期三

4、溶解性天然氣溶于石油和水。天然氣在石油中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在水中的溶解度。5、熱值每立方米天然氣燃燒時(shí)發(fā)出的熱量（KJ/m3）。天然氣的熱值一般40000~100000KJ/m3

，石油為41840KJ/m3

，煤僅為16736KJ/m3。四、天然氣與石油的區(qū)別1、成分石油復(fù)雜，天然氣簡單。2、物理性質(zhì)相態(tài)不同，在密度、粘度、溶解度、吸附性等方面也區(qū)別較大?，F(xiàn)在是40頁\一共有55頁\編輯于星期三第三節(jié)油田水一、油田水的概念二、油田水的產(chǎn)狀三、油田水的來源四、油田水的化學(xué)組成五、油田水的類型六、油田水的物理性質(zhì)重點(diǎn)：油田水的產(chǎn)狀及化學(xué)組成。現(xiàn)在是41頁\一共有55頁\編輯于星期三一、油田水的概念廣義：油氣田區(qū)域內(nèi)的地下水。

狹義：油氣田范圍內(nèi)直接與油氣層連通的地下水。二、油田水的產(chǎn)狀

狀態(tài)：吸附水、毛細(xì)管水和自由水。

產(chǎn)狀：底水、邊水現(xiàn)在是42頁\一共有55頁\編輯于星期三三、油田水的來源四、油田水的化學(xué)組成

指溶于油田水中的溶質(zhì)的化學(xué)組成，包括無機(jī)組成、有機(jī)組成、溶解氣等。

1、無機(jī)組成離子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-等。來源：沉積水、滲入水、成巖水等。現(xiàn)在是43頁\一共有55頁\編輯于星期三現(xiàn)在是44頁\一共有55頁\編輯于星期三2、有機(jī)組成

烴類：氣態(tài)烴和液態(tài)烴。

酚：鄰甲酚和甲酚為主。

有機(jī)酸：環(huán)烷酸、脂肪酸和氨基酸等。3、溶解氣氣體成分：O2、N2、CO2、H2S、CH4等。現(xiàn)在是45頁\一共有55頁\編輯于星期三五、油田水的類型以離子含量及其組合關(guān)系進(jìn)行劃分：大陸水：Cl-<SO42-<HCO3-、Mg2+>Na+<Ca2+、Cl-

<Na+（當(dāng)量），海水則相反。Sulin分類根據(jù)Na/Cl、(Na-Cl)/SO4、(Na-Cl)/Mg分四類?，F(xiàn)在是46頁\一共有55頁\編輯于星期三六、油田水的物理性質(zhì)

1、顏色和透明度顏色：淡青綠色（H2S），褐色或淡紅色（Fe3+）。透明度：不透明或混濁狀。

2、氣味和味道氣味：刺鼻的臭雞蛋味、汽油或煤油味。味道：咸味、苦味。

3、相對(duì)密度一般大于1，隨含鹽度增加而增大。

4、粘度大于純水，隨鹽分增加而增大。

5、導(dǎo)電性離子越多，導(dǎo)電性越強(qiáng)?，F(xiàn)在是47頁\一共有55頁\編輯于星期三第四節(jié)油氣的碳、氫溫度同位素一、同位素的概念及分餾作用二、穩(wěn)定同位素在自然界的豐度、比值、標(biāo)準(zhǔn)及表示方式三、油氣中的穩(wěn)定碳同位素四、油氣中的氫同位素重點(diǎn)：碳、氫同位素的應(yīng)用?，F(xiàn)在是48頁\一共有55頁\編輯于星期三穩(wěn)定同位素和非穩(wěn)定（放射性）同位素。

分餾作用：物質(zhì)在生物、化學(xué)和物理作用下其組成元素的同位素發(fā)生變化、轉(zhuǎn)移或分離。二、穩(wěn)定同位素在自然界的豐度、比值、標(biāo)準(zhǔn)及表示方式

一、同位素的概念及分餾作用