1《石油地質(zhì)學(xué)》油氣藏中的流體—石油、天然氣和油田水改

1、石油地質(zhì)學(xué),第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),第一節(jié) 石油瀝青類概述,石油瀝青類（Petroleum asphalts, Petroleum bitumens) 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、油田水的成分和性質(zhì),可燃有機(jī)礦產(chǎn)的主要元素： 碳和氫，還會有少量的氧、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。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),油氣藏中的流體石油、天然氣、

2、油田水,任一個油氣藏或油藏中都存在石油、天然氣、油田水三種流體，而純氣藏中只有天然氣和油田水。這些流體在圈閉范圍內(nèi)按重力分異，在垂向上呈層狀分布，天然氣最輕居圈閉頂部，石油居中，水在下面。,油氣藏中的石油、天然氣、油田水三者并非截然分離，氣-油、油-水和氣-水之間存在過渡帶，它們以一定關(guān)系共存于儲集層的孔隙裂縫系統(tǒng)中。,第二節(jié) 石油的成分和性質(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)。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),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),原油（Crude o

3、il）：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。,基本概念,（一）元素組成 (Elemental composition),元素組成： C、H、O、 S 、N 和微量元素（灰分） C、H兩元素主要呈烴類化合物存在，是石油組成的主體。 S、O、N元素組成的化合物大多富集在渣油或膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中。,一、石油的化學(xué)成份,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),H：1114%平均13%,C：8487%平均:84.5%,S +N+O+微量元素：14%,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 （半咸咸水）S高（） 內(nèi)陸相（淡水）S低（）。,

4、按氮組成可分為： N 0.25%：高氮原油,按硫組成可分為： S %： 高硫原油,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),利用發(fā)射光譜法和中子活化分析法在石油灰分中已發(fā)現(xiàn)種微量元素，按其含量多少和常見程度列舉如下種元素：鐵(Fe)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硅(Si)、鋁(Al)、釩(V)、鎳(Ni)、銅(Cu)、銻(Sb)、錳(Mn)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、硼(B)、鈷(Co)、鋅(Zn)、鉬(Mo)、鉛(Pb)、錫(Sn)、鈉(Na)、鉀(K)、磷( P)、鋰(Li）、氯(Cl)、鉍(Bi)、鈹(Be)、鍺(Ge)、銀(Ag)、砷(As)、鎵(Ga)、金(Au)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、

5、鎘(Cd)。 特征：這些元素與自然界有機(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。 用途：其中V、Ni含量及其比值（V/Ni）已被用來確定生油巖相、油源對比以及研究油氣運(yùn)移等問題。 如V、Ni高且V/Ni1-海相；V/Ni1陸相,石油的灰分微量元素,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),（二）石油的餾分,石油的餾分組分,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，每一部分就是一個餾分。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),（三）石油的組分,石油的組分：石油化合物的不同組分對有機(jī)溶劑和吸附具有選擇性溶解

6、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，每一部分就是一個組分，分別為油質(zhì)、苯膠質(zhì)、酒精苯膠質(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)(Benzene gum)：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。 酒精苯膠質(zhì)(Alcohol-benzene gum)：溶于酒精和苯，同時也被硅膠所吸附。 瀝青質(zhì)(Asphaltum;Pitch)：用石油醚分離，得到一種不溶于石油醚的物質(zhì),暗黑色-黑色瀝青狀無定形的固體。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),（四）石油的化合物組成,第一章 石油、天然氣、油田

7、水的成分和性質(zhì),在近代實(shí)驗(yàn)室中，用色譜可將石油劃分為：烴類和非烴類化合物 A烴類化合物： a、飽和烴：烷烴（正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴）、環(huán)烷烴 b、芳烴：芳烴和環(huán)烷芳烴 B非烴化合物：膠質(zhì)和瀝青質(zhì)：為含S、N、O化合物。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),1、烷烴（Paraffinalkane),石油中已鑒定出的正烷烴有C1C46，個別報(bào)導(dǎo)曾提及見到C60正烷烴，但大部分正烷烴碳數(shù)C35。石油中多數(shù)占15.5%（體積），輕質(zhì)石油可達(dá)30%以上，而重質(zhì)石油可小于15%。在常溫常壓下： C1C4 （甲烷丁烷）氣態(tài)C5C16 （戊烷十六烷）液態(tài)C17 的高分子烷烴皆呈固態(tài)。,第一章 石油、天然氣、

8、油田水的成分和性質(zhì),A. 正構(gòu)烷烴（N-alkane）,不同碳原子數(shù)的正構(gòu)烷烴相對含量呈一條連續(xù)的曲線。,不同類型的正構(gòu)烷烴分布曲線,這說明正烷烴同系物是一個連續(xù)漸變系列.,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),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：主峰小于C15，且主峰區(qū)較窄；主峰大于C25，且主峰區(qū)較寬；主峰在C15-C25之間，且主峰區(qū)較寬。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比研究。,主峰碳數(shù) 曲線上極大值,正構(gòu)烷烴分布特征： a. 陸相有機(jī)質(zhì)形成的石油：高碳數(shù)（C22）正烷烴多； 海相有機(jī)質(zhì)（菌藻類）形成的石油：低碳數(shù)（C21）正

9、烷烴含量多。 b.年代老、埋深大，有機(jī)質(zhì)演化程度較高的石油：低碳數(shù)正烷烴多； 有機(jī)質(zhì)演化程度較低的石油：正烷烴碳數(shù)偏高。 c. 受微生物強(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。,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)（主要在高等植物的葉、孢子花粉、果實(shí)）。 有機(jī)質(zhì)的演變、分解。,B、異構(gòu)烷烴（Isoalkane）,來源：有人認(rèn)為是植物的葉綠素的側(cè)鏈植醇或色素演變而來，為生物標(biāo)志化合物。因此，同源的石油所含異戊間二烯類烷烴類型和含量都十分接近。因此，常用于油源對比標(biāo)志（指紋化合物），近來也用于沉積環(huán)境研究。,石油中的異構(gòu)烷烴以C20為主，且以

10、異戊間二烯烷烴最重要。其特點(diǎn)是在直鏈上每4個碳原子有一個甲基支鏈。在沉積物和原油中以植烷、姥鮫烷、降姥鮫烷、異十六烷及法呢烷的含量最高。研究和應(yīng)用最多的是植烷和姥鮫烷。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),、環(huán)烷烴（Cycloalkane）,由許多圍成環(huán)的多個次甲基（-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)。 其含量與成熟度有關(guān)： 成熟度低高，由多環(huán)雙、單環(huán)。 一般，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%。 原油中大于四環(huán)的環(huán)烷烴一般具有很高的旋光性，所以沒成熟的原油旋

11、光性高。多環(huán)環(huán)烷烴與四環(huán)的甾族化合物和五環(huán)的三萜稀類化合物很相似，被作為有機(jī)成因的主要證據(jù)之一。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),、芳香烴（Aromatic hydrocarbon）,含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，屬不飽和烴。根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同可分為單環(huán)（苯、甲苯）、多環(huán)（聯(lián)苯等）、稠環(huán)（萘、菲等）三類芳香烴。 在石油的低沸點(diǎn)餾分中，芳香烴含量較少，且多為單環(huán)芳香烴，如苯、甲苯和二甲苯。隨沸點(diǎn)升高，芳香烴含量亦增多，除單環(huán)芳香烴外，出現(xiàn)雙環(huán)芳香烴，如聯(lián)苯。在重質(zhì)餾分中還可能出現(xiàn)稠環(huán)芳香烴，如萘和菲，蒽的含量較少。 隨著石油成熟度增加，芳烴系列向低環(huán)演化。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),、非烴

12、化合物（Non-hydrocarbon chemical compound）,主要是含硫、氮、氧三種元素的有機(jī)化合物，主要集中在石油的高沸點(diǎn)餾分中。 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-R、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。石油中含氮化合物可分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。

13、,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),卟啉和礬卟啉的結(jié)構(gòu)式,卟啉是以4個吡咯環(huán)為基本結(jié)構(gòu)，由4個次甲基（-CH）橋鍵連接的含氮化合物。在石油中卟啉常與金屬、i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）的還原環(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、油田水的成分和性質(zhì),含氧化合物：主要有酸性和中性 酸性含氧化合物中有環(huán)烷酸、脂肪酸及酚，總稱石油酸；中性含氧化合物有醛、酮等，其含量較少。 酸性含氧化合物中環(huán)烷酸最多，占酸性物質(zhì)90%以上，易與堿金屬作用生

14、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、油田水的成分和性質(zhì),（五）餾分、組分和化合物組成三者的關(guān)系,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),二、石油的物理性質(zhì),(一) 顏色： 從無色、淡黃、黃褐、深褐、墨綠色至黑色。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),原油顏色深淺與芳烴、非烴含量有關(guān)。 芳烴、非烴含量高，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。,(二)

15、比重：是指atm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)） 一般介于0.750.98之間，變化大。 0.9重質(zhì)油；0.9輕質(zhì)油。 美國通常用API度、西歐用波美度來表示石油的比重。,關(guān)系如下： API=141.5/15.5C時比重 -131.5 波美度=140/15.5C時比重 -130,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(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,(三) 石油的粘度(Viscosity)：代表石油流動時分子之間相對運(yùn)動所引起的內(nèi)摩擦力大小。 三種表示方式： 動力粘度（絕對粘度t），單位（Pa.s)。 運(yùn)動粘度（

16、Vt=t / (比重)，單位 (m2/s)， 相對粘度(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間的比值。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),石油的粘度是一個很重要的參數(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。,原油的比重、粘度的影響因素：,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),化學(xué)成分： 烴C數(shù)或芳烴、含S、N、O化合物(非烴) ：d420 ， 同C數(shù)烴的d420 ，：烷烴環(huán)烷芳烴。,溶解氣量：d 420， 溫度： （地下石油遠(yuǎn)小于地面石油）； d420 。 壓力P：隨Depth,P,氣溶于油， d 4

17、20，,(四) 溶解性（Solubleness）： a、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。 b、可溶于氣 在地下，液態(tài)烴溶于氣態(tài)烴的條件：較高T、P。 c、不同化合物可選擇性溶解于氯仿（CHCl3）、苯、CCl4、石油醚等有機(jī)溶劑。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),(五) 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，無固定數(shù)值。凝固點(diǎn)：原油失去流動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。 (六) 熒光性：石油在紫外光照射下可產(chǎn)生延緩時間不足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

18、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 (七) 旋光性：石油能將偏振光的振動面旋轉(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)。 (八)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井曲線上可確定油水層。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),三、石油的分類,據(jù)油源環(huán)境分：海相油、陸相油 據(jù)成熟度分：未低熟、成熟、高熟油 石油地球化學(xué)分類 B.P.Tissotand Welte (1978),第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),注重原油組成及其

19、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端元。分為六種類型。,541個油田中6種石油類型的三角圖解,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,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),第三節(jié)天然氣的成分和性質(zhì),天然氣：廣義上指巖石圈中存在的一切天然生成的氣體。石油地質(zhì)中研究的主要是地殼上部存在的各種天然氣，包括烴類和非烴類氣體。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),一、天然氣分類： （一）成因類型 天然氣按成因可分為三大類，即有機(jī)成因氣、無機(jī)成因氣和混合

20、成因氣。有機(jī)成因氣又分為油型氣和煤成氣兩類；又根據(jù)有機(jī)質(zhì)演化的階段進(jìn)一步劃分出次一級類型，,（二）天然氣的產(chǎn)狀分類,（三）其它分類 按天然氣存在的相態(tài)可以分為： 游離氣、溶解氣、吸附氣和固態(tài)氣水化合物。 依天然氣與石油產(chǎn)出的關(guān)系分為：伴生氣和非伴生氣。 依其形成的地質(zhì)條件和成藏要素可分為：常規(guī)氣和非常規(guī)氣。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),聚集型和分散型 聚集型：指呈游離狀態(tài)的天然氣聚集成藏的天然氣。 包括純氣藏氣、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,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

21、烴氣體含量少，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、油田水的成分和性質(zhì),1、聚集型天然氣,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肌３梢?、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）。可分為干氣氣藏和濕氣氣藏?？蔀闊N氣，也可為非烴氣。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),（四）主要天然氣類型特征,（3）凝析氣

22、：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、油田水的成分和性質(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。,2、分散型天然氣,（1）油內(nèi)溶解氣：溶解于石油中的天然氣。 油溶氣（濕氣，C2可達(dá)40%) （2）水內(nèi)溶解氣：溶解于水中的天然氣。 水溶氣（CH、N2、C2+、CO2少） 包括低壓水溶氣和高壓地?zé)嵝退軞?低壓水溶氣不單獨(dú)開采但可和其它綜合開

23、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、油田水的成分和性質(zhì),第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),（）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，天然氣的儲量即可達(dá)151012m3。我國海洋中分布廣泛，是當(dāng)前海洋勘探研究方向之一。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(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

24、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。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(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。 2002年AAPG期刊出版的非常規(guī)天然氣系統(tǒng)研究專集代表了當(dāng)前在非常規(guī)氣的

25、富集規(guī)律和成藏機(jī)理方面的研究水平。這類天然氣系統(tǒng)的成藏機(jī)理、條件和過程往往有別于常規(guī)天然氣系統(tǒng)。主要區(qū)別在于儲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)動無關(guān)，有時缺少底水；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；一般含氣品位相對較低，但有時規(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,二、天然氣的化學(xué)成分,世界氣藏氣化學(xué)組成圖,元素組成：以碳、氫為主，碳占6580%，氫占1220%，另有少氮、氧、硫及其它微量元素。 化合物組成：以甲烷為主，其次為重

26、烴氣，并含有數(shù)量不等的非烴類氣體，N2 、CO2、H2S 及其它惰性氣體。 世界上絕大多數(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%以上的儲量會集中于烴含量在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。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),三、天然氣的物理性質(zhì),(一) 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0.650.75，高者可達(dá)1.5，濕氣的比重大于干氣。 (二) 粘度：天然氣的粘度與其化學(xué)組成及其所處的環(huán)境

27、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)動加快，碰撞增多）。 (三) 蒸氣壓力：氣體液化時所需施加的壓力稱蒸氣壓力。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、油田水的成分和性質(zhì),(四) 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，都可增加天然氣在石油中的溶解度。 (五) 熱值：每立方天然氣燃燒時所發(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/

28、千克。熱值是評價(jià)燃料質(zhì)量的重要指標(biāo)。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),(六) 壓縮系數(shù)和體積系數(shù) 等溫壓縮系數(shù)：是指在溫度恒定的條件下，壓力每改變一個大氣壓時，單位氣體體積的變化率。 Cg:等溫壓縮系數(shù)，負(fù)號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氣體在地下儲層條件下所占的體積數(shù)。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),(七) 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。在臨界溫度時使氣體液化

29、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?。淄槌猓?。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),第四節(jié)油田水的成分與性質(zhì),第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),一.油田水的概念及來源 油田水：從廣義上理解，油田水是指油田區(qū)域（含油構(gòu)造）內(nèi)的地下水，包括油層水和非油層水。狹義的油田水是指油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水，即油層水。,(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

30、外從側(cè)面流動的油層水，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、油田水的成分和性質(zhì),油田水存在狀態(tài)：油田水存在于儲集層的孔隙裂縫中，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，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)管阻力時才能運(yùn)動。 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。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),(二) 油田水的來源,油田水來源于盆地的沉積水、大氣的滲入水、粘土礦物的初

31、生水和地球深處的深成水。 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、油田水的成分和性質(zhì),(一) 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)/水的相對密度。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),二、油田水的礦化度及化學(xué)組成,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51046104ppm以上，最高可達(dá)642798ppm。陸相油田水的礦化度一般為510331

32、04ppm，最高可達(dá)148900ppm。 （2）碳酸鹽巖儲層油田水礦化度比碎屑巖儲層高。 （3）保存條件好的儲層水礦化度比開啟程度高的儲層高。 （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、油田水的成分和性質(zhì),(二) 油田水的化學(xué)組成,油田水的化學(xué)組成，包括： 無機(jī)組成：HCO3-、SO42-、Cl- Ca2+、Na+、Mg2+ 微量元素碘、溴、硼、鋇、鍶、銨等. 其組合特征及異常值能反應(yīng)油田水的地質(zhì)特征。 有機(jī)組成：油田水中含有氣態(tài)烴、液態(tài)烴、苯、酚及環(huán)烷酸等有機(jī)組分，其含量及比值可作為找油的水化學(xué)標(biāo)志。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),三、油田水的類型,蘇林（S

33、ulin）分類： 分類原則：是HCO3-、SO42-、Cl-和Ca2+、Na+、 Mg2+6種陰、陽離子的相對含量，以Na/Cl、 (Na-Cl)/SO4和(Cl-Na)/Mg這三個成因系數(shù)，把天然水劃分為四種基本類型。,Sulin的油田水成因分類表（據(jù)Sulin,1946),第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),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、油田水的成分和性質(zhì),MgCl2,CaCl2,NaHCO3,Na2SO4,

34、蘇林分類也存在一些問題，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。他的分類缺乏區(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、油田水的成分和性質(zhì),四、油田水的物性 1相對密度一般1.0，主要是油田水含鹽分，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

35、色，含H2S時是淡青色；含鐵質(zhì)膠狀體時帶淡紅色、褐色或淡黃色。 4嗅味：水中含石油時，具汽油或煤油味；含H2S時，具腐蛋味；溶解NaCl時，帶咸味；含氯離子時，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、油田水的成分和性質(zhì),第五節(jié) 重質(zhì)油與固體瀝青,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個重質(zhì)油和特重質(zhì)油油藏，地質(zhì)儲量15500108t。 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個大中型含

36、油氣盆地。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),一、重質(zhì)油的成分和性質(zhì),原油按粘度、相對密度劃分為輕質(zhì)油、中重油、重質(zhì)油、瀝青砂四類 。 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。國際現(xiàn)用定量指標(biāo)來定義。 在原始油層溫度下脫氣原油粘度為（1001000）10-3mPaS或者在15.6（60）及0.1Mpa下密度為9341000kg/m3的原油。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),（一）重質(zhì)油的概念：,（二）重質(zhì)油的成分和性質(zhì) 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

37、學(xué)成份與常規(guī)油不同。 其氧、硫、氮等元素含量高： S：0.41.0%以上，N：0.71.20%。 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%，個別可達(dá)50%。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),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)成分不甚穩(wěn)定，也無一定晶形，彼此之間常呈過渡形式，因此鑒定比較困難。 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

38、成因及物化性質(zhì)可分四大類 ：,二、固體瀝青的成分和性質(zhì),第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),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、

39、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),第六節(jié)石油瀝青類中的碳、氫、硫、氧、氮同位素,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、油田水的成分和性質(zhì),（一） 穩(wěn)定碳同位素豐度,豐度表示方法,國際上趨于使

40、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)，簡稱PDB，其中：C1C12=1123.710-5,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),一、碳同位素,（二） 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 相對減小。13C 值減少 6%。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),3. 熱力和化學(xué)反應(yīng)的動力效應(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

41、；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、油田水的成分和性質(zhì),（三） 油氣中碳同位素分布特點(diǎn),A.原油 13C：-22-33；平均值：-25-26。 海相： 13C值較高：-27-22； 陸相： 13C值偏低：-29-33。 隨組分分子量的增大，急劇增大。 烷烴正構(gòu)烷烴； 芳烴隨環(huán)數(shù)增加值增大；可溶瀝青干酪根。 年代越老的石油，12C越富集，13C越少。,第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì),B.天然氣 隨天然氣成熟度的增高而增大： 高溫深層富C13，低溫淺層富C12 生物成因氣： 13C -60-95 低 熱解成