油层物理石油的组成与性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章油层流体物理性质油层流体物理性质The Physical Properties of Reservoir Fluids第1页2v储层流体(reservoir fluids):是指储存于地下储层中石油(Crude oil or oil)、天然气(Natural gas)地层水(Formation water or oilfield water)。v 储层流体特点：(1)处于高温、高压状态(2)地层油中溶解有大量天然气(3)地层水中溶解有大量盐类物质第2页3第一节第一节 石油组成与性质石油组成与性质v石油与天然气从化学组成上讲为同一类物质同一类物质。现已确定石油中烃类主要是由烷烃、环烷烃和芳香烃这三种饱和烃类组成。原油中普通未发觉非饱和烃类，如烯烃、炔烃。烷烃又称石蜡族烃，其化学通式为CnH2n+2。v 烷烃因为其分子量大小不一样，存在形态也不一样。v 在常温常压下，C1C4为气态，它们是构整天然气主要成份；v C5C16是液态，它们是石油主要成份；v 而C17以上烷烃为固态，即所谓石蜡。石油中固态烃能以溶解或结晶状态存在于石油中。所以，石油与天然气在化学结构上说均为烃类，只是分子量不一样而已。第3页4第一节第一节 石油组成与性质石油组成与性质v一、石油组成一、石油组成 石油中主要含碳、氢元素，也含有硫、氮、氧元素以及一些微量元素。表l1是国内外一些原油碳、氢元素含量。第4页5一、石油组成一、石油组成 我国大部分原油硫含量都比较低，比如，大庆和大港原油含硫量仅为0.12%，即使是我国含硫较高原油(孤岛和江汉原油)其含硫量与世界各地高含硫原油相比较也不算很高（表12）。表 12 石油中硫、氮元素含量 元素含量 原 油 硫(质量)氮(质量%)大庆 0.12 0.13 胜利 0.80 0.41 孤岛 1.82.0 0.50 大港 0.12 0.23 任丘 0.30 0.38 江汉 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页6一、石油组成一、石油组成v从化学组成化学组成化学组成化学组成来看:石油可分为两大类，即烃类和非烃类。即烃类和非烃类。即烃类和非烃类。即烃类和非烃类。烃类和非烃类相对含量，因石油产地不一样，差异也很大。有石油(轻质石油)，烃类含量可达90以上，但有石油(重质石油)烃类含量甚至低到50左右。v1.1 石油中烃类化合物石油中烃类化合物v1、石油中烷烃、石油中烷烃在石油中带有直链或支链，但没有任何环结构饱和烃，称之为烷烃（或链烃）。烷烃化学性质很不活泼，在普通条件下不易发生反应。但在加热或催化剂以及光化学作用下，烷烃能起各种反应，比如卤化、磺化、氧化以及裂化等反应。第6页71.1 石油中烃类化合物石油中烃类化合物v2、石油中环烷烃、石油中环烷烃环烷烃是环状饱和烃，其性质也比较稳定，而且是石油主要组成之一。有机化学家曾经合成各种碳数环烷烃。不过，在石油中大量存在却只有含五碳环环戊烷系和六碳环环己烷系。v3、石油中芳香烃、石油中芳香烃 苯系芳香烃在石油中普遍存在，依据资料介绍，曾从美国产石油中分离出带有不一样碳数烷基侧链苯同系物40余种，侧链能够是烷基，也能够是环烷基。我国大庆、胜利、任丘、新疆等地原油汽油馏分中(l60)，已定量测定百各种单体烃，其中苯系芳香烃约有10余种。第7页8一、石油组成一、石油组成v1.2 石油中非烃类化合物石油中非烃类化合物组成石油主要是烃类，而硫、氮、氧这些元素则以各种含硫、含氧、含氮烃类化合物形态以及兼含有硫、氮、氧胶状、沥青状物质形态存在于石油中，因为已不是纯粹碳氢化合物，所以被统称非纯烃类化合物非纯烃类化合物非纯烃类化合物非纯烃类化合物，俗称非烃类。显然，它们都是极性物质。1、含氧化合物：环烷酸、苯酚和脂肪酸等；2、含硫化合物：硫化氢、硫醇、硫醚和噻吩等，另外石油中还含有元素硫。3、含氮化合物：吡咯、吡啶、喹琳、吲哚和咔唑等杂环化合物。4、胶质和沥青质：石油中胶质-沥青质亦属于非烃化合物，它们多是高分子杂环氧、硫、氮化合物，含有较高或中等界面活性，它们对石油许多性质，诸如颜色、比重、粘度和界面张力等都有较大影响，了解这类化合物性质对提升原油采收率尤为主要。第8页9一、石油组成一、石油组成v1.3石油分子量、含蜡量及胶质沥青质含量石油分子量、含蜡量及胶质沥青质含量1、石油分子量：原油中最小分子是分子量为16甲烷。最大分子是沥青质，其分子量可达几千。2、含蜡量：含蜡量是指在常温常压条件下原油中所含石蜡和地蜡百分比。3、胶质含量：胶质是指原油中分子量较大(约3001000)、含有氧、氮、硫等元素多环芳香烃化合物，通常呈半固态分散状溶解于原油中。4、沥青质含量：沥青质是一个高分子量(1000以上)、含有多环结构、呈黑色固态烃类化合物。5、含硫量：指原油中所含硫(硫化物或单质硫)百分数。第9页10二、石油物理性质二、石油物理性质v石油物理性质上差异是其化学组成不一样一个反应。石油物理性质上差异是其化学组成不一样一个反应。天然石油通常是淡黄色到黑色、流动或半流动性液体。世界各地所产石油在性质上差异很大。从颜色看，绝大多数石油都是黑色，但也有暗黑、暗绿、暗褐色，更有一些石油呈赤褐、浅黄色。以相对密度论，绝大多数石油相对密度介于0.800.98之间，但也有个别例外，如伊朗某地石油相对密度高达1.016，而美国加里福尼亚洲某地石油相对密度低到0.707。第10页11二、石油物理性质二、石油物理性质v 1.原油物理性质原油物理性质指颜色、密度、粘度、凝固点、含蜡量、溶解性、发烧量、荧光性、旋光性等。本节所讲内容，侧重于地面商品原油物理性质。v1、颜色：、颜色：普通呈棕褐色、黑褐色、黑绿色，也有黄色、棕黄色和浅红色石油 第11页12v2、原油密度与相对密度：、原油密度与相对密度：原油密度是指单位体积原油质量，其数学表示式为：(11)式中：o 原油密度，kgm3；mo原油质量，kg；Vo原油体积，m3。相对密度相对密度:o=o/w美国惯用API度来表示石油密度 API=141.5/oAPI度与国际通用密度在数值上相反，API度高石油，实际上都是密度低轻质石油。第12页131.原油物理性质原油物理性质v3、凝固点：、凝固点：原油凝固点是指原油冷却由流动态到失去流动性临界温度点，它与原油中含蜡量、沥青胶质含量及轻质油含量等相关，影响原因十分复杂。v4、原油粘度：、原油粘度：地层流体油、气、水均为粘性流体。粘度是粘性流体流动时内部摩擦而引发阻力大小量度，流体粘度定义为流体中任一点上单位面积剪应力与速度梯度比值。v流体粘度还能够用运动粘度来表示，它是相同状态（P，T）下绝对粘度与密度之比：式中：运动粘度，m2/s v 动力粘度，Pa.S 流体密度，kg/m3第13页141.原油物理性质原油物理性质v表13为我国一部分油田原油性质。由表中能够看出，这些油田原油相对密度都在0.86以上。美国油气杂志1976至1978年登载世界原油指南中102个原油相对密度数据，其中有44个原油相对密度0.86。所以单从相对密度看，这些原油属较重原油。我国一些原油样品一些性质 产地 性质 大庆 原油 胜利 原油 任丘 原油 辽河 原油 新疆黑油山原油 克拉玛依 3号低凝油 胜利油田孤岛原油 大港羊三木原油 相对密度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 凝固点，30 28 36 17-22-54 2-4 含蜡量(吸附法)，26.2 14.6 22.8 13.5 0.77 1.05 4.9/沥青质，0 5.1 2.5 0.17 1.36 0.53 2.9 0.4 硅胶胶质，8.9 23.2 23.2 14.4 21.2 13.3 24.8 21.8 残炭（电炉法），%2.9 6.4 6.7 3.59 5.3 3.8 7.4 6.0 备注 中高密度原油 低凝点、高密度原油 注：40粘度，蒸馏法，氧化铝吸附色谱分析数据 第14页152.原油分类v1)地面原油分类地面原油分类（商品原油性质）（商品原油性质）v1、依据原油中硫含量可把原油分成为：、依据原油中硫含量可把原油分成为：(1(1）低硫原油）低硫原油）低硫原油）低硫原油原油中硫含量在原油中硫含量在原油中硫含量在原油中硫含量在0.50.5以下；以下；以下；以下；（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。v2、依据原油中胶质、依据原油中胶质-沥青质含量可将原油分为：沥青质含量可将原油分为：(1)少胶原油原油中胶质-沥青质含量在8以下 (2)(2)胶质原油胶质原油胶质原油胶质原油原油中胶质原油中胶质原油中胶质原油中胶质-沥青质含量在沥青质含量在沥青质含量在沥青质含量在825825之间之间之间之间 (3)多胶原油原油中胶质-沥青质含量在25以上。第15页161)地面原油分类地面原油分类v3、依据原油中含蜡量可将原油分为：、依据原油中含蜡量可将原油分为：v (1)少蜡原油一原油中含蜡量在1以下；v (2)含蜡原油一一原油中含蜡量在12之间 vv （3 3）高含蜡原油一一原油中含蜡量在）高含蜡原油一一原油中含蜡量在）高含蜡原油一一原油中含蜡量在）高含蜡原油一一原油中含蜡量在2 2以上。以上。以上。以上。（大庆（大庆（大庆（大庆原油）原油）原油）原油）v4、按原油关键组分划分为：、按原油关键组分划分为：v （1）凝析油：密度0.93g/cm3（20）原油。第16页171)地面原油分类地面原油分类v5、依据地面脱气原油相对密度分类：、依据地面脱气原油相对密度分类：v表15是国际上国际上国际上国际上按原油品位质量分类方法，我国大多数油田属于中质或重质品位。API度与国际通用密度在数值上相反，API度高石油，实际上都是密度低轻质石油。表 1-5 原油按密度分类 相 对 密 度 分 类 O API,API 轻质油 中质油 重质油 0.855 0.855 0.93 4 0.934 34 34 20 20 第17页182）地层原油分类）地层原油分类v6、粘度是地层油主要物性之一，它决定着油井产能大小、油田开发难易程度及油藏最终采收率。按粘度分为：按粘度分为：1低粘油：指油层条件下原油粘度低于5mPa.S2中粘油：油层条件下原油粘度520mPa.S高粘油：油层条件下原油粘度2050mPa.S稠油：油层条件下原油粘度高于50mPa.S，相对密度大于0.92034第18页192）地层原油分类）地层原油分类稠油分类稠油分类主要指标主要指标辅助指标辅助指标开采方式开采方式名称名称级别级别粘度，粘度，mPa.s相对密度相对密度注水注蒸汽注水注蒸汽普通稠油普通稠油II-1501500.92注蒸汽注蒸汽I-215010000*0.92注蒸汽注蒸汽特稠油特稠油II10000*50000*0.95注蒸汽注蒸汽超稠油超稠油III50000*0.98注蒸汽注蒸汽注：注：*指地面粘度，其它为地下粘度指地面粘度，其它为地下粘度第19页202）地层原油分类）地层原油分类v7、依据相态分：、依据相态分：凝析油：地层条件下为气相烃类，开采时当压力低于露点压力后凝析出液态烃轻质油，普通相对密度0.82。挥发油：地层条件下呈液态，相态上靠近临界点，在开发过程中挥发性强，收缩率高。地面气油比普通在2101200m3/m3之间，普通相对密度1.75。高凝油：指凝固点40轻质高含蜡原油。第20页21三、油气藏分类三、油气藏分类v按油气藏内流体组成级相对密度分：按油气藏内流体组成级相对密度分：（1）气藏：以CH4为主，还含有少许乙烷、丙烷和丁烷。（2）凝析气藏：含有甲烷到辛烷(C8)烃类，它们在地下原始条件是气态，伴随流体压力下降，会凝析出液态烃。（3）挥发性油藏也称为临界油气藏：其特点是含有比C8重烃类，结构上部靠近于气、下部靠近于油、但油气无显著分界面，原油具挥发性，相对密度为0.70.8。这类油气藏在我国吉林油区、中原油区、西部地域深层及英国北海、美国东部等都有发觉。（4）油藏：油藏流体中以液相烃为主，油中都溶解一定量天然气，地面相对密度为0.80.94，国外常将这类常规油藏中原油称为黑油(Black oil)。（5）重质油藏又称稠油油藏：原油粘度高，相对密度大是该类油藏特点。第21页22三、油气藏分类三、油气藏分类v分类方法二分类方法二按地层流体性质划分界限对油气藏分类按地层流体性质划分界限对油气藏分类 类 别 气油比 m3m3 甲烷含量 凝析油含量 cm3m 3 地面液体密度 gcm3 天然气 凝析气 轻质油 黑 油 12600 55012600 250550 250 85 7590 5575 60 33 551800 0.700.80 0.720.82 0.760.83 0.831.0 第22页23三、油气藏分类三、油气藏分类v分类方法三分类方法三v依据油气层埋藏深度小于1500m 浅层，15002800m 中深层，28004000m 深层，大于4000m 超深层。第23页