石油天然气及油田水的基本特征.pptx

第一节第一节 石石 油油一、一、石油的成分石油的成分二、石油的分类二、石油的分类三、石油的物理性质三、石油的物理性质四、重质油、沥青砂和固体沥青概述四、重质油、沥青砂和固体沥青概述 3n馏分：蒸馏原油时按不同沸点范围所分馏馏分：蒸馏原油时按不同沸点范围所分馏(割割)的各个组分。常用各馏分的百分含量的各个组分。常用各馏分的百分含量(重量或体积重量或体积)表示石油的馏分组成。表示石油的馏分组成。n石油气，汽油，煤油，柴油，润滑油等石油气，汽油，煤油，柴油，润滑油等石油的馏分，组分，族分石油的馏分，组分，族分一、石油的成分一、石油的成分4组分：根据石油中的不同成分在不同有组分：根据石油中的不同成分在不同有机溶剂中的选择性溶解对石油成分进行机溶剂中的选择性溶解对石油成分进行的分类。的分类。一般可分为油质、苯胶质、酒精一般可分为油质、苯胶质、酒精-苯胶质、苯胶质、沥青质等几种组分。沥青质等几种组分。56族分：按石油中化合物组成对石油成族分：按石油中化合物组成对石油成分的一种分类。分的一种分类。分为饱和烃、芳香烃、非烃、沥青质分为饱和烃、芳香烃、非烃、沥青质沥青质：石油沥青中一种分子量更高沥青质：石油沥青中一种分子量更高(上千上万，甚至上上千上万，甚至上百万百万)，结构更复杂的含氧、硫、氮的含碳化合物的混合，结构更复杂的含氧、硫、氮的含碳化合物的混合物。具暗褐色到黑色的沥青状无定形固体。物。具暗褐色到黑色的沥青状无定形固体。78（一）石油的组成（一）石油的组成 9典型中性石油的馏分和化合物的关系图典型中性石油的馏分和化合物的关系图(据据BestougeffBestougeff，19671967；转自陈荣书，；转自陈荣书，1994)1994)10国内外某些石油的元素组成 2.2.微量元素微量元素（二）石油的化合物组成（二）石油的化合物组成（1 1）烷烃）烷烃（Paraffin alkane，石蜡烃，脂肪族烃，石蜡烃，脂肪族烃，CnH2n+2）1.烃类化合物烃类化合物 常温常压下常温常压下碳数多数C35，个别可达C200（美国）。一般占石油质量的1525，轻质石油中可达30以上，重质石油中可小于15。正构烷烃的物理常数（据张厚福等，1999）正烷烃分布曲线正烷烃分布曲线正烷烃分布曲线特征：正烷烃分布曲线特征：不同类型的石油的正烷烃分布曲线图不同类型的石油的正烷烃分布曲线图常见类异戊二烯型烷烃结构示意图 异烷烃：异戊间二烯型烷烃不同沉积相不同沉积相 Pr/Ph 的变化情况表的变化情况表植烷（植烷（Phytane）-Ph；姥蛟烷（；姥蛟烷（Pristane）-Pr四环甾烷和五环萜烷结构示意图（2 2）环烷烃）环烷烃（Cycloalkane；Naphthene）环烷烃的物理常数（据张厚福等，1999）（3 3）芳香烃）芳香烃（Aromatic hydrocarbon）和环烷芳香烃和环烷芳香烃 芳烃的基本结构2.非烃化合物非烃化合物卟啉和钒卟啉的结构式 二、石油的分类二、石油的分类 3 3、石油的地球化学分类（、石油的地球化学分类（B.P.Tissot and WelteB.P.Tissot and Welte）表示六种原油类型的三角图解表示六种原油类型的三角图解（四）海、陆相石油化学成分的基本区别（四）海、陆相石油化学成分的基本区别三、石油的物理性质三、石油的物理性质 1.1.颜色颜色2密度、比重和相对密度密度、比重和相对密度 v（3）石油的相对密度d d4 42020：1atm1atm下下2020单位体积原油与单位体积原油与4 4单位单位体积纯水的重量比。体积纯水的重量比。36APIAPIAPIAPI度和波美度越大，度和波美度越大，度和波美度越大，度和波美度越大，d d d d4 4 4 420202020越小，油质越轻。越小，油质越轻。越小，油质越轻。越小，油质越轻。（6060F F15.515.5）5.1315.141604-FdkAPI度5.1315.141604-FdkAPI度摄氏度摄氏度9/5+32=9/5+32=华氏度华氏度 比重与API度、波美度的换算表（据张厚福等，1999）1）化学组成石油密度与含氢量的关系图（据潘钟祥，1987）v石油相对密度d d4 42020的影响因素2）溶解气不同密度石油的膨胀系数（据潘钟祥，1987）3.3.粘度粘度：ViscosityViscosity石油的粘滞性石油的粘滞性大小用粘度（粘度（）来度量。石油粘度大，即不易流动。411.温度升高，石油粘度降低；温度升高，石油粘度降低；石油在地下深处比在地面粘度小2.压力增大，粘度也增加；压力增大，粘度也增加；3.环烷烃及芳香烃含量高，高分子碳氢化合物环烷烃及芳香烃含量高，高分子碳氢化合物 含量高的石油，粘度也较大；含量高的石油，粘度也较大；4.溶解气量的增加则会使粘度降低。溶解气量的增加则会使粘度降低。粘度大的石油往往呈暗色，密度也较大；粘度大的石油往往呈暗色，密度也较大；轻质石油的粘度比重质油低轻质石油的粘度比重质油低4.4.石油的溶解性：石油的溶解性：SolublenessSolubleness 难溶于水难溶于水25时某些烃类在淡水中的溶解度（PPM）4.4.石油的溶解性：石油的溶解性：SolublenessSolubleness5.5.石油的荧光性石油的荧光性（Fluorescence of petroleumFluorescence of petroleum）常用荧光分析来鉴定岩样中是否含油常用荧光分析来鉴定岩样中是否含油v 6.6.石油的旋光性石油的旋光性7.7.石油的凝固点石油的凝固点 由于温度下降，由液态石油开始凝固为固态时由于温度下降，由液态石油开始凝固为固态时的温度称为的温度称为凝固点凝固点。四、重质油、沥青砂与固体沥青概述四、重质油、沥青砂与固体沥青概述v重油重油:在原始油层温度下，脱气原油粘度为100-10000mPas，或在标准条件下密度为0.934-1.00g/cm3的原油。v沥青砂（超重油）：沥青砂（超重油）：在储层条件下，粘度为大于10000mPas，或在标准条件下密度大于1.00g/cm3的原油。（一）（一）重油和沥青砂重油和沥青砂1 1重油和沥青砂的化学成分重油和沥青砂的化学成分2 2重油和沥青砂的物理性质重油和沥青砂的物理性质与常规油相比：比重大、粘度大、含胶量高、比重大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点高含蜡量低、凝固点高我国部分地区重油常规物性参数（据张厚福等，我国部分地区重油常规物性参数（据张厚福等，19991999）（二）固体沥青（二）固体沥青固体沥青的成因分类固体沥青的成因分类 主要固体沥青的物理化学特征主要固体沥青的物理化学特征克拉玛依克拉玛依市市东北方，有一座东北方，有一座高约高约30米的由沥米的由沥青类物质和砂石青类物质和砂石混杂硬化堆积的混杂硬化堆积的黑色山丘黑色山丘黑黑油山沥青丘油山沥青丘。一、天然气的化学组分一、天然气的化学组分二、天然气的产出状态二、天然气的产出状态三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质第二节第二节 天然气天然气一、天然气的化学组分一、天然气的化学组分烃气烃气：CHCH4 495%95%，重烃气重烃气5%5%，贫气（干气）；贫气（干气）；CHCH4 495%95%，重烃气重烃气5%5%，富气（湿气）富气（湿气）C C1 14 4为主为主，CH4最多。非烃气：非烃气：总量不多，但种类不少，总量不多，但种类不少，N N2 2、COCO2 2、COCO、H H2 2S S、H H2 2、微量惰性气体微量惰性气体国内外某些油（气）田气的化学成分（百分含量）（据张厚福等，1999）二、天然气的产出状态二、天然气的产出状态根据气体在地下存在的状态分：根据气体在地下存在的状态分：聚集型：聚集型：气藏气、气顶气、凝析气气藏气、气顶气、凝析气分散型：分散型：溶解气、煤层气、固态气水合物溶解气、煤层气、固态气水合物601气藏气气藏气圈闭中具有一定规模的单独天然气聚集，即纯气藏中的气圈闭中具有一定规模的单独天然气聚集，即纯气藏中的气体，基本上不与石油伴生。体，基本上不与石油伴生。可为烃气，也可能为非烃气。绝大多数气藏气以含气态烃为主，含烃量超过绝大多数气藏气以含气态烃为主，含烃量超过80%80%的气藏约的气藏约占气藏总数的占气藏总数的85%85%以上；氮气为主的气藏不到以上；氮气为主的气藏不到10%10%；以二氧；以二氧化碳或硫化氢等酸性气体为主的气藏数量更少，低于化碳或硫化氢等酸性气体为主的气藏数量更少，低于1%1%世界气藏气分布图世界气藏气分布图出现频率：出现频率：1-50%1-50%，2-10%2-10%50%50%，3-1%3-1%10%10%，4-0.1%4-0.1%1%1%，5-0.1%5-0.1%氧化物气体浓度氧化物气体浓度622.2.气顶气气顶气系指与石油共存于油气藏中、呈游离气顶系指与石油共存于油气藏中、呈游离气顶状态的天然气。状态的天然气。它在成因和分布上均与石油关系密切，重它在成因和分布上均与石油关系密切，重烃气含量高，属于湿气（富气）。烃气含量高，属于湿气（富气）。v凝析气：凝析气：三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质1.1.天然气密度和相对密度天然气密度和相对密度2.2.天然气粘度天然气粘度与其化学组成，温度，压力有关。与其化学组成，温度，压力有关。随相对分子质量增加而减小，随相对分子质量增加而减小，随温度和压力增高而增大随温度和压力增高而增大3 3蒸气压力蒸气压力常见天然气组成的基本物理常数（据陈荣书，1994；有改动）4.4.溶解性溶解性-溶于石油和水溶于石油和水vA A、在相同条件下，天然气在石油中的溶解度远远在相同条件下，天然气在石油中的溶解度远远大于在水中的溶解度大于在水中的溶解度。vB B、当天然气中重烃增多，或者石油中的轻馏分较当天然气中重烃增多，或者石油中的轻馏分较多，都可增加天然气在石油中的溶解度。多，都可增加天然气在石油中的溶解度。vC C、在石油中溶有天然气时，可以降低石油的比重、在石油中溶有天然气时，可以降低石油的比重、粘度及表面张力。粘度及表面张力。vD D、天然气在水中的溶解系数很大程度上取决于气天然气在水中的溶解系数很大程度上取决于气体组分、温度、压力。体组分、温度、压力。天然气组分 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 异丁烷 二氧化碳 硫化氢 氮气 溶解系数 0.033 0.047 0.037 0.036 0.025 0.87 2.58 0.016 常见的天然气组分在纯水中的溶解系数（据.，1956；转自陈荣书，1994）（1 1）水溶气）水溶气 一、地下水的赋存状态一、地下水的赋存状态 二、油田水的来源二、油田水的来源 三、油田水的矿化度三、油田水的矿化度 四、油田水的化学组成四、油田水的化学组成 五、油田水的类型五、油田水的类型 第三节第三节 油田水油田水731 1、按油田水与油气藏平面分布范围关系分（图、按油田水与油气藏平面分布范围关系分（图2-152-15左）：左）：（1 1）底水；（）底水；（2 2）边水。）边水。图图1-15油田水与油气藏在分布上的相互关系油田水与油气藏在分布上的相互关系A、尖灭型油气藏中的油田水、尖灭型油气藏中的油田水B、背斜型油气藏中的油田水、背斜型油气藏中的油田水（二）油田水的产状（二）油田水的产状 2 2、按油田水与油气藏上下位置关系分（图、按油田水与油气藏上下位置关系分（图2-152-15右）（右）（1 1）上）上层水；（层水；（2 2）夹层水；（）夹层水；（3 3）下层水。）下层水。一、地下水的赋存状态一、地下水的赋存状态地地壳壳岩岩石石中中的的水水岩石骨架中的水岩石骨架中的水（矿物结合水）（矿物结合水）岩石空隙岩石空隙中的水中的水沸石水沸石水结晶水结晶水结构水结构水气态水气态水液态水液态水固态水固态水毛细水毛细水重力水（自由水）重力水（自由水）地地壳壳岩岩石石中中的的水水岩石骨架中的水岩石骨架中的水（矿物结合水）（矿物结合水）岩石空隙岩石空隙中的水中的水沸石水沸石水结晶水结晶水结构水结构水吸附水吸附水气态水气态水液态水液态水固态水固态水毛细水毛细水重力水（自由水）重力水（自由水）75（1 1）吸附水：吸附在矿物表面的水。包括薄膜水、胶体）吸附水：吸附在矿物表面的水。包括薄膜水、胶体水、毛细管水。水、毛细管水。（2 2）结晶水：参与矿物晶体格架中水。）结晶水：参与矿物晶体格架中水。（3 3）结构水（或化合水）：参与矿物晶体格架中的）结构水（或化合水）：参与矿物晶体格架中的OHOH、H H、H H3 3O O，不是水分子。，不是水分子。（4 4）沸石水：介于结晶水和吸附水之间的中性水。它的）沸石水：介于结晶水和吸附水之间的中性水。它的释放不引起矿物结构破坏。释放不引起矿物结构破坏。（5 5）层间水：类似沸石水，存在于层状硅酸盐中的中性）层间水：类似沸石水，存在于层状硅酸盐中的中性水。水。（6 6）自由水：在重力作用下可以自由流动的水。）自由水：在重力作用下可以自由流动的水。石油与天然气地质学中主要研究（石油与天然气地质学中主要研究（1 1）和（）和（6 6）类水。）类水。3、按油田水在岩石中存在状态分、按油田水在岩石中存在状态分沉积水沉积水渗入水渗入水深成水深成水转化水转化水二、油田水的来源二、油田水的来源77主要来源有：主要来源有：（1 1）沉积水：早期沉积物孔隙水保留下来的水。）沉积水：早期沉积物孔隙水保留下来的水。（2 2）渗入水：大气降雨渗入地下形成的水。）渗入水：大气降雨渗入地下形成的水。（3 3）转化水：沉积物在成岩过程中或有机质成烃作）转化水：沉积物在成岩过程中或有机质成烃作用中产生的水。用中产生的水。（4 4）深成水：由岩浆作用或变质作用形成的水，或）深成水：由岩浆作用或变质作用形成的水，或称内生水、原生水。称内生水、原生水。（一）油田水来源（一）油田水来源78 是上述各种水混合而成，以转是上述各种水混合而成，以转化水和沉积水为主（但是，由于地化水和沉积水为主（但是，由于地下水的循环，常常难以保留原来转下水的循环，常常难以保留原来转化水和沉积水的组成特征）。油田化水和沉积水的组成特征）。油田水演化过程中，矿化度一般增高。水演化过程中，矿化度一般增高。（二）油田水的形成（二）油田水的形成三、油田水矿化度三、油田水矿化度四、油田水的化学组成四、油田水的化学组成原苏联某些凝析气田的产层和非产层水中的苯、酚含量对比原苏联某些凝析气田的产层和非产层水中的苯、酚含量对比苯酚产层的苯、酚含量比非产层高产层的苯、酚含量比非产层高五、油田水的类型五、油田水的类型苏林的天然水成因分类表 天然水成因图解天然水成因图解CaClCaCl2 2型：型：（Cl-Na）/Mg1深成水、油田水深成水、油田水Mg ClMg Cl2 2型：型：（Cl-Na）/Mg1海水、盐湖水海水、盐湖水NaHCONaHCO3 3型：型：（Na-Cl）/SO41油田水（高矿化度）地表淡油田水（高矿化度）地表淡水（低矿化度）水（低矿化度）Na SONa SO4 4型：型：（Na-Cl）/SO41地表淡水地表淡水苏林的成因分类：苏林的成因分类：第四节第四节 油气中的碳、氢稳定同位素油气中的碳、氢稳定同位素一、油气中的稳定碳同位素一、油气中的稳定碳同位素二、油气中的稳定氢同位素二、油气中的稳定氢同位素 同位素：同位素：在化学元素周期表上占同一位置，具相同质子数(Z)和不同中子数(N)的元素的原子，称为该元素的同位素。即：原子核内具相同数量质子而中子数不同的原子。在碳稳定同位素中质子、中子和电子构型示意图在碳稳定同位素中质子、中子和电子构型示意图 原子核结构不会自发地改变的同位素。原子核结构不会自发地改变的同位素。即不稳定同位素，系指那些能自发进行蜕变即不稳定同位素，系指那些能自发进行蜕变(即即改变自己的原子量改变自己的原子量)，形成质子数不同的新原子的，形成质子数不同的新原子的同位素。同位素。稳定同位素：稳定同位素：放射性同位素：放射性同位素：石油和天然气中主要元素的同位素特征（据张厚福等，1999）一、油气中的碳稳定同位素一、油气中的碳稳定同位素 1.1.丰度表示法：丰度表示法：2.2.在油气中的分布特点在油气中的分布特点年代越老的原油，年代越老的原油，12C越富集，越富集，13C越少越少 二、油气中的稳定氢同位素二、油气中的稳定氢同位素1.1.丰度表示法：丰度表示法：2.2.在油气中的分布特点在油气中的分布特点1.石油的元素组成和化合物组成有什么特点？2.什么是生物标志化合物？常见的生物标志化合物有哪些？3.石油的地化分类的依据和方案是怎样的？海陆相石油化学成分上有何区别？4.影响石油的相对密度、粘度和溶解性的因素主要有哪些？5.什么是石油的荧光性和旋光性？石油具有荧光性和旋光性的原因是什么？6.什么是固体沥青？重质油和沥青砂与常规原油的区别主要体现在哪些方面？7.根据产出状态，天然气有哪些类型？什么是气藏气、气顶气、凝析气？8.什么是油田水？其化学组成和物理性质有何特点？请介绍苏林的水型划分方案。9.油气中的碳、氢同位素的分布有何特点？思考题思考题