石油地質(zhì)學(xué)(柳廣弟)第一章油水

1．石油的組分（按照在有機(jī)溶劑中的選擇性溶解）（1）油質(zhì)（oil）：能溶于石油醚而不被硅膠吸附的部分。主要是烴類（2）膠質(zhì)(resins)：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)。主要為NSO化合物（3）瀝青質(zhì)(asphaltenes)：能溶于氯仿，但不溶于石油醚、苯和灑精－苯的部分。一、石油的組分、族分和餾分1-12．族分按化合物組成對(duì)石油成分的一種分類?？煞譃轱柡蜔N、芳香烴、非烴和瀝青質(zhì)四部分。有時(shí)亦稱為族組成。目前一頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)3、餾份組成（Fractions）根據(jù)各餾份沸點(diǎn)不同進(jìn)行蒸餾區(qū)分（據(jù)潘鐘祥等，1986）（蒸餾）餾分輕餾分中餾分重餾分石油氣汽油C5~11煤油C9~16柴油C13~23重瓦斯油潤(rùn)滑油渣油切割溫度℃＜3535-190190-260260-320320-360360-530＞530目前二頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)柴油煤油汽油潤(rùn)滑油石蠟和瀝青目前三頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)二、石油的化學(xué)組成（一）元素組成

CHS+N+O

微量元素（灰分）

84---87%11---14%0.3---7%（一般在1-4%）

萬(wàn)分之幾或更少硫是石油中的有害雜質(zhì)，故含硫量常作為評(píng)價(jià)石油質(zhì)量的重要指標(biāo)。高硫石油：S>2%

含硫石油:2%>S>0.5%

低硫石油:S<0.5%

石油的元素組成與自然界有機(jī)物有明顯相似性，證明親緣關(guān)系.

（C、H、S、N、O、）Fe、Ca、Mg、（Si）、A1、V、Ni、Cu、Sb、Mn、Sr、Ba、B、Co、Zn、Mo、Pb、Sn、(Na)、K、P、Li、Cl、Bi、Be、Ge、Ag、As、Gd、Au、Ti、Cr、Cd目前四頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)海相石油與陸相石油V、Ni含量及V/Ni比的差別

V、Ni含量及V/Ni可用于烴源巖有機(jī)相確定及油源對(duì)比.目前五頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)（二）石油的烴類組成（1）烷烴（Alkanes）分子中碳原子以單鍵相連成鏈狀無(wú)支鏈者稱正烷烴,有支鏈者稱異烷烴密度、熔點(diǎn)與沸點(diǎn)均隨相對(duì)分子量增加而升高相對(duì)密度小于1，幾乎不溶于水（氣態(tài)烴除外）1、烴類化合物（烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴）目前六頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)在異構(gòu)烷烴中具有重要意義的是異戊間二烯型烷烴，其特點(diǎn)是從第二個(gè)碳原子開始，每四個(gè)碳原子有一個(gè)甲基支鏈。姥鮫烷（Pristane）和植烷（Phytane）是重要的生物標(biāo)志化合物。常用來進(jìn)行油源對(duì)比，區(qū)分沉積環(huán)境（氧化－還原環(huán)境）。在強(qiáng)還原環(huán)境下以形成植烷為主,在弱氧化條件下以形成姥鮫烷為主。目前七頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)甲烷乙烷丙烷丁烷異丁烷目前八頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)管線中的結(jié)蠟（C33＋）目前九頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)碳原子以單鍵相連成環(huán)狀的飽和烴。根據(jù)分子中的碳環(huán)數(shù)目，分單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)和多環(huán)烷烴。石油中多為五員環(huán)和六員環(huán)（分別由5個(gè)和6個(gè)碳原子組成的環(huán)）。密度、熔點(diǎn)與沸點(diǎn)均較碳原子數(shù)相同的烷烴高。相對(duì)密度小于1（2）環(huán)烷烴（Naphthene）環(huán)丙烷環(huán)戊烷環(huán)己烷目前十頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)（3）芳香烴（Aromatics）單環(huán)芳烴具特殊芳香味，有毒。分子中含有苯環(huán)的烴類，屬不飽和烴。按結(jié)構(gòu)可分為：?jiǎn)苇h(huán)芳烴（含一個(gè)苯環(huán)）多環(huán)芳烴（含兩個(gè)以上獨(dú)立苯環(huán)）稠環(huán)芳烴

(含兩個(gè)以上苯環(huán),彼此通過共用兩個(gè)相鄰碳原子稠合而成）苯甲苯目前十一頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)（三）石油的非烴組成主要包括含硫、含氮、含氧化合物（1）含硫化合物石油中的硫以元素硫、硫化氫、硫醇、硫醚…等形式出現(xiàn)石油中的硫主要來自有機(jī)物的蛋白質(zhì)和地層中的含硫酸鹽礦物如石膏等，故產(chǎn)于蒸發(fā)盆地的石油含硫量較高。易形成H2S、H2SO4、H2SO3

等，對(duì)金屬管線設(shè)備造成腐蝕。HydrogenSulphidethiophene(C4H4S)硫化氫噻吩目前十二頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)corrosion目前十三頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)（2）含氮化合物（Nitrogencompounds）含量一般萬(wàn)分之幾－千分之幾金屬卟啉類化合物：石油有機(jī)成因證據(jù)之一（葉綠素血紅素）油源對(duì)比—V/Ni比值（3）含氧化合物（Oxygencompounds）含量一般千分之幾

石油酸中環(huán)烷酸最重要（水化學(xué)找油標(biāo)志）

（4）含硫、氮、氧的化合物膠質(zhì)、瀝青質(zhì)（resinandasphaltene）苯酚phenol

（石炭酸）目前十四頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)三.石油的物理性質(zhì)（一）顏色由化學(xué)組成決定。主要取決于瀝青質(zhì)的含量。淺黃色～黑，但深色石油居多。無(wú)色石油可能與油氣運(yùn)移中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)被巖石吸附有關(guān)。（四川黃瓜山、大港）目前十五頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)相對(duì)密度：20℃的石油與4℃純水單位體積的重量比。D420：0.75～1.00。石油按密度分類：輕質(zhì)油（<0.87）正常石油（）重油（>0.93)我國(guó)以

0.82-0.89居多（瀝青質(zhì)少，膠質(zhì)多，故粘度偏高，密度偏低）決定因素：1膠質(zhì)

瀝青質(zhì)含量；

2大分子烴類含量；

3溶解氣含量（二）相對(duì)密度美國(guó)西歐目前十六頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)決定因素：溫度、壓力、化學(xué)組成，溶解氣含量稀油：<100mPa·s稠油：>100mPa·s普通稠油：100~10000mPa·s特稠油：10000mPa·s~50000mPa·s超稠油：>50000mPa·s

（三）粘度（Viscosity）受溫度影響極大，壓力加大亦有增加。決定了石油流動(dòng)性，進(jìn)而影響到產(chǎn)量、開發(fā)方式和運(yùn)輸過程反映石油流體內(nèi)摩擦力的參數(shù)，運(yùn)動(dòng)粘度或動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度單位：Pa·s或mPa·s(1mPa·s=1厘泊)目前十七頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)紫外線照射下發(fā)出熒光的性質(zhì)。多環(huán)芳烴及非烴引起發(fā)光，飽和烴則不發(fā)光。熒光分析（巖屑、薄片）發(fā)光強(qiáng)度與石油或?yàn)r青質(zhì)濃度有關(guān)。發(fā)光顏色依化合物不同而不同。輕質(zhì)油：淺蘭色；膠質(zhì)多者：綠～黃；瀝青質(zhì)多者：褐色。

（四）熒光性（Fluorescence）目前十八頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)（五）旋光性（Rotarypolarization）當(dāng)偏光通過石油時(shí)，偏光面會(huì)旋轉(zhuǎn)一定角度，這種特性稱為旋光性。左旋、右旋物質(zhì)；天然石油多為右旋。0.1度~幾十分。隨含油地層年代增長(zhǎng)而減小。（六）溶解性(solubility)烴類難溶于水，易溶于氯仿，四氯化碳，苯，石油醚等有機(jī)溶劑。（七）導(dǎo)電性（Conductivity）高電阻率—電阻率測(cè)井目前十九頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)第二節(jié)天然氣天然氣的概念：天然氣（廣義）：天然存在于自然界的一切氣體。如：大氣、地表氣、沉積巖中的氣、宇宙氣、火山氣。天然氣（狹義）：指與油氣田有關(guān)的以烴類為主的可燃?xì)怏w。世界氣藏氣化學(xué)組成圖（據(jù)Bоронов,Tихомиров等，1976）

一、天然氣的組成1.元素組成CH為主，少量N+O+S。2.化合物組成（1）烴類氣體CH4占80--90%重?zé)N氣（C2、C3、C4<10%)干氣（drygas）：CH4>95%藍(lán)色火焰，少含汽油蒸汽。濕氣（wetgas）：含重?zé)N氣>5%，黃色火焰。1-2目前二十頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)（2）非烴氣常見有N2、CO2、H2S、H2、CO、Hg蒸氣及惰性氣體，有時(shí)還含有少量有機(jī)硫、氧、氮化合物。非烴氣的含量一般小于10%，但亦有少量非烴氣的含量超過10%，極少數(shù)是以非烴氣為主的氣藏，如N2氣藏，CO2氣藏、H2S氣藏。痕量到微量的稀有氣體，如氦、氖、氪、氬、氙、氡等惰性氣體美國(guó)：本得隆起二迭系砂巖氣藏N2

達(dá)8.6%中國(guó)：廣東三水盆地砂頭峪氣田CO2達(dá)99.5%河北趙蘭莊油氣田孔一段（地層含石膏）H2S達(dá)92%目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)二、天然氣的產(chǎn)狀1、聚集型天然氣氣藏氣（干氣，貧氣）：烴類氣體單獨(dú)聚集成藏，不與石油伴生。C1一般大于95%，重?zé)N氣含量極少（1—4%）。N2為主的氣藏?cái)?shù)量＜10%，CO2或H2S為主的氣藏＜1%氣頂氣（濕氣，富氣gascap）：與石油共存于油氣藏中，呈游離氣頂狀態(tài)的天然氣。重?zé)N氣含量可達(dá)百分之幾—幾十，僅次于甲烷按相態(tài)：游離態(tài)、溶解態(tài)、吸附態(tài)、固態(tài)氣水合物按分布：聚集型、分散型按與石油關(guān)系：伴生氣、非伴生氣目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)2、分散型天然氣油溶氣氣在油中溶解度高，根據(jù)含氣量加以處理、利用水溶氣分低壓水溶氣和高壓水溶氣煤層氣煤層中吸附的和游離態(tài)的天然氣，即瓦斯固態(tài)氣水合物水與天然氣（甲烷）結(jié)合形成的白色固態(tài)結(jié)晶物3、伴生氣和非伴生氣與成因有關(guān)，探明儲(chǔ)量中非伴生氣約占75%目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)天然氣化合物的分子的長(zhǎng)度和有效直徑要比石油化合物分子的長(zhǎng)度和有效直徑一般要小，前者更有利于運(yùn)移。

組成甲烷/硫化氫二氧化碳乙烷丙烷/異丁烷正烷烴雜環(huán)化合物瀝青質(zhì)長(zhǎng)度（10-10m）4.24.75.56.54.2-4015-30>50分子有效直徑（10-10m）分子有效直徑（10-10m）分子有效直徑（10-10m）氦2.0二氧化碳3.3正烷烴4.8氫2.3氮3.4環(huán)烷烴5.4氬2.9甲烷3.8雜環(huán)化合物10-30水3.2苯4.7瀝青質(zhì)50-100三、天然氣的物理性質(zhì)1、分子大小石油、天然氣的各種化合物分子長(zhǎng)度天然氣、水和液—固態(tài)烴類和非烴類化合物分子有效直徑目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)密度（ρg）：ρg=PMg/ZRTP-壓力，Mg-表觀分子量，Z-壓縮因子（理想氣體等于1），R-通用氣體常數(shù)，T-絕對(duì)溫度。天然氣的密度：在地表一般0.7—0.75kg/m3；在地下可達(dá)150—250kg/m3，凝析氣可達(dá)225—450kg/m3。相對(duì)密度（rg）天然氣的相對(duì)密度：常溫常壓下天然氣的密度（ρg）和空氣的密度（ρa(bǔ)）之比。

rg=ρg/ρa(bǔ)=Mg/MaMa為空氣的表觀分子量。天然氣的相對(duì)密度0.56—1.0之間。因此，它們通常比空氣要輕。

2、密度和相對(duì)密度目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)在水中溶解度用亨利公式表示：Q=C×PP為壓力，C為溶解系數(shù)或亨利系數(shù)（即：亨利系數(shù)一個(gè)大氣壓下單位體積水溶解天然氣的體積）。換言之，天然氣溶解度與壓力成正比。

常見的天然氣組分在純水的溶解系數(shù)（20℃，1×105Pa）在石油中溶解度烴類天然氣在石油中溶解度（或溶解系數(shù)）大大高于在水中溶解度（溶解系數(shù)）。一方面較重?zé)N氣溶解度較大，另一方面輕餾分較重餾分有更大的溶解天然氣能力。天然氣組分甲烷乙烷丙烷丁烷異丁烷二氧化碳硫化氫氮?dú)馊芙庀禂?shù)0.0330.0470.0370.0360.0250.872.580.016

3、溶解度天然氣溶解度：?jiǎn)挝惑w積的溶劑溶解天然氣的體積。目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)天然氣的粘度與其化學(xué)組成有關(guān)。一般天然氣的粘度在0℃時(shí)為0.31×10-3mPa·s,20℃時(shí)為12×10-3mPa·s。天然氣的動(dòng)力粘度要比石油小得多，一般只有后者百分之幾。5、吸附作用天然氣被巖石吸附的現(xiàn)象。單位質(zhì)量巖石吸附天然氣量大小與巖石類型和天然氣化合物類型以及壓力溫度等有關(guān)有關(guān)。巖石對(duì)氣態(tài)烴吸附值

氣體巖石壓力（mmHg※）吸附含量（cm3/kg）甲烷砂巖粘土685.8762.2529.671.8丙烷砂巖粘土73.87725.07600.61,012.9丁烷砂巖粘土791.53690.401,152.31,643.94、粘度目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)烴類天然氣是優(yōu)質(zhì)的燃料，每立方米天然氣燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量。與重?zé)N含量有關(guān)。單位kJ/m3。

熱值排序：煤<干氣<石油<濕氣<氫氣

7、蒸氣壓力：

氣體液化時(shí)所施加的最低壓力稱蒸氣壓力。 分子量越小，蒸汽壓越大甲烷最不易液化 溫度越高，蒸汽壓越大高溫下易呈為氣態(tài) 壓力降低，重?zé)N氣易轉(zhuǎn)化為汽態(tài)8、天然氣的擴(kuò)散性（diffusion） 擴(kuò)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(dá)到濃度平衡的一種物質(zhì)傳遞過程6、熱值目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)第三節(jié)油田水一、油田水的概念及形成油田水（oilfieldwater）:油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水

1-3油田水來源（1）沉積水：在沉積物堆積過程中保存在其中的水。又稱原生水。含鹽度和化學(xué)組成與沉積時(shí)的古海（湖）水的特征有密切關(guān)系，并受埋藏后的改造作用明顯影響。（2）滲入水：大氣降雨滲入地下形成的水。（3）轉(zhuǎn)化水：沉積物在成巖過程中或有機(jī)質(zhì)成烴作用中產(chǎn)生的水。（4）深成水：由巖漿作用或變質(zhì)作用形成的水?；蚍Q內(nèi)生水.油田水的形成是上述各種水混合而成，以沉積水和轉(zhuǎn)化水為主。油田水演化過程中，礦化度一般增高。目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)二、油田水的化學(xué)組成無(wú)機(jī)組分(占絕大部分）有機(jī)組分（含量一般很?。┗疽噪x子形式存在Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-烴類氣體苯甲苯環(huán)烷酸酚

（找油的重要水化學(xué)標(biāo)志）鋇緦銨溴碘硼…目前三十頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)的油探井地層水中可檢測(cè)到的苯和甲苯利用水化學(xué)方法直接找油目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)三、油田水的礦化度單位體積水中各種離子的總含量稱水的礦化度。用mg/L或ppm表示(ppm-重量百萬(wàn)分?jǐn)?shù))1ppm=百萬(wàn)分之一換算:1mg/L=1ppm/水的密度油田水通常以高礦化度為特征(數(shù)萬(wàn)-數(shù)十萬(wàn)ppm)地表河水/湖水多為淡水(數(shù)百ppm)海水的平均礦化度為35000ppm

礦化度資料可用于研究油氣藏保存條件及圈定有利的油氣聚集區(qū)域目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)地層水礦化度隨深度的增大而增高（美國(guó)俄克拉荷馬州賓夕法尼亞系Cherokee砂巖）（據(jù)Dickey，1979）目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)水中的離子在相互作用時(shí),按等當(dāng)量反應(yīng)(即等當(dāng)量的陰離子與等當(dāng)量的陽(yáng)離子相化合)。常用毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)（meg％）來表示各種離子的相對(duì)含量。毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)的計(jì)算方法：先求出每種離子的毫克當(dāng)量數(shù)(meg):meg=mg/L*離子價(jià)/原子量再將陰、陽(yáng)離子的毫克當(dāng)量數(shù)分別相加，并令兩個(gè)和分別等于100％計(jì)算每種陰、陽(yáng)離子在其總毫克當(dāng)量數(shù)中所占的比例算例在進(jìn)行水化學(xué)分析時(shí)常假定所有的陽(yáng)離子為Na+（或Na+＋K+）Ca2+Mg2+所有的陰離子為Cl-SO42-HCO3-目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)換算系數(shù)(離子價(jià)/原子量)一號(hào)水樣

mg/Lmegmeg%二號(hào)水樣

mg/Lmegmeg%Na+0.0435441001918743034132.2

99Ca2+0.04991100054920211.00.5Mg2+0.08231500123670.60.5全部陽(yáng)離子2590100133.8100Cl-0.0282918002589100324091.468.3SO42-0.0208--4078.56.3HCO3-0.0164340.5206533.925.3全部陰離子2590100133.899.9元素將mg/L轉(zhuǎn)換成毫克當(dāng)量和毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)（據(jù)Dickey，1986）Na：23，Ca：40，Mg：24，Cl：35，S:32，H:1，C：12？目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)油田水是天然水的一部分。人們常根據(jù)水中離子的組合及其比例將水分成不同類型。目前應(yīng)用較廣的是蘇林（1946）提出的分類方案。根據(jù)這一方案，天然水可分為四種基本水型：四、油田水的類型強(qiáng)弱水中的主要離子按化學(xué)親合力可排序如下：Cl-Na+SO42-Mg2+HCO3-Ca2+強(qiáng)弱目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)硫酸鈉型(Na2SO4)重碳酸鈉型(NaHCO3)氯化鎂型(MgCl2)氯化鈣型(CaCl2)地表水原生水水型濃度(meq%)比NaNa-ClCl-NaClSO4Mg>1<1<0>1>1<0<1<0<1<1<0>1蘇林分類的主要水型（據(jù)Dickey，1986）目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)概括說來，地表水含有SO42-

和HCO3-，但卻只含很少的Ca2+

和Mg2+。因此，陽(yáng)離子幾乎全為Na+。故Na+

的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)應(yīng)近似等于所有陰離子的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)之和：Na+

＝Cl-+SO42-

＋HCO3-

（大致）Na+-Cl-

＝SO42-

＋HCO3-

（大致）此時(shí)Na/Cl>1若（Na－Cl）/SO4<1，稱硫酸鈉型水若（Na－Cl）/SO4>1，稱重碳酸鈉型水即地表水目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)典型的原生水幾乎不含SO42-

和HCO3-，所有的陰離子幾乎均為Cl-。因此：Cl-

＝Na++Ca2+

＋Mg2+

（大致）Cl--Na+

＝Ca2+

＋Mg2+

（大致）此時(shí)Na/Cl<1。若（Cl－Na）/Mg<1，稱氯化鎂型水若（Cl－Na）/Mg>1，稱氯化鈣型水代表了缺乏循環(huán)交替的地層水的特征油田水的水型以氯化鈣型為主，其次為重碳酸鈉型，而硫酸鈉型和氯化鎂型較為罕見。原生水目前三十九頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)（一）比重：一般>1。礦化度越高，比重越大。（二）顏色：一般不透明而呈渾濁狀；并常帶有顏色。（三）溴味：常具汽油味或煤油味，有咸味、苦味、腐臭味（含H2S時(shí)）。（四）導(dǎo)電性：因含多種離子而導(dǎo)電。礦化度越高，導(dǎo)電性越好。（用途：電測(cè)井解釋油氣水層）五、油田水的物理性質(zhì)目前四十頁(yè)\總數(shù)四十四頁(yè)\編于七點(diǎn)第4節(jié)油氣的