1、第一節(jié) 石 油一、石油的化學(xué)組成二、石油的餾分和組份組成三、石油的分類四、石油的物理性質(zhì)五、重質(zhì)油、瀝青砂和固體瀝青概述 1 賦存在地殼巖石空隙中天然生成的、以液態(tài)烴為主的可燃有機(jī)礦產(chǎn)。 石油： 廣義：自然界存在的一切氣體。 狹義：地殼巖石空隙中天然生成的、以烴類為主的可燃?xì)怏w。 天然氣：2 石油成分復(fù)雜，已鑒定出上千種有機(jī)化合物；主要為液態(tài)烴類，還含有數(shù)量不等的非烴化合物和多種微量元素。石油實(shí)際上是多種有機(jī)化合物的混合體。 各地的石油成分不一，無確定的化學(xué)成分和物理常數(shù)。 一、石油的化學(xué)組成 3（一）元素組成 1、主要元素：碳、氫、氧、硫、氮 重量百分比 C：84-87% ；H：10-14%

2、；O+N+S：1-4% 碳、氫：占絕對優(yōu)勢，主要以烴類形式存在。 氧、硫、氮：主要以化合物形式存在；含硫、含氮、含氧的化合物大多富集于渣油或膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中。 一、石油的化學(xué)組成 4 S含量：平均為0.65%（重量）；頻率分布具有雙峰的特點(diǎn)，在1處為最小值 半咸咸水S高（1%）；內(nèi)陸淡水S低（1%） 不同時(shí)代和成因的9347個(gè)石油樣品中含硫量的分布（據(jù)Tissot Welte，1978；轉(zhuǎn)自陳榮書，1994）5N、O含量： 石油中含氮量一般小于0.2，少數(shù)樣品達(dá)0.5以上。 石油中氧的含量分布在0.14.5，均是以結(jié)合氧的形式存在。 6除上述五種元素外還發(fā)現(xiàn)其他微量元素，構(gòu)成石油的灰分。灰分含量

3、的變化很大，從十萬分之幾到萬分之幾。釩(V)和鎳(Ni)是分布普遍并具成因意義的兩種微量元素V、Ni低，且V/Ni1-海相2.微量元素7一、石油的化學(xué)組成（二）石油的化合物組成 烴類烷烴飽和烴環(huán)烷烴芳烴不飽和烴非烴類含N、含S、含O化合物目前石油中已鑒定出的烴類化合物超過425種。8C1-C4（甲烷丁烷）氣態(tài)C5-C16（戊烷十六烷）液態(tài)（直鏈烷烴） C17固態(tài)（1）烷烴（ 石蠟烴，脂肪族烴，CnH2n+2 ）1.烴類化合物 常溫常壓下9正烷烴分布曲線10異構(gòu)烷烴（以C10為主） 石油中的異構(gòu)烷烴以C10為主，高碳數(shù)者以類異戊二烯型烷烴最受重視，其特點(diǎn)是在直鏈上每四個(gè)碳原子有一個(gè)甲基支鏈。 常

4、見類異戊二烯型烷烴結(jié)構(gòu)示意圖 11 生物標(biāo)志化合物： 是指來源于生物體，基本保持了原始組分的碳骨架，記載了原始生油母質(zhì)特殊分子結(jié)構(gòu)信息的有機(jī)化合物。石油有機(jī)成因重要證據(jù)例：類異戊間二烯型烷烴：姥鮫烷（Pr）、植烷（Ph） 四環(huán)甾烷和五環(huán)萜烷（環(huán)烷烴）12 Pr/Ph小于1：還原環(huán)境， Pr/Ph大于1：氧化環(huán)境 酸性水介質(zhì)環(huán)境有利于Pr的形成，而偏堿性水介質(zhì)環(huán)境有利于Ph的形成。不同沉積相 原油的Pr/Ph 變化情況表13 石油中的環(huán)烷烴多為五員環(huán)或六員環(huán)及其衍生物，以單環(huán)和雙環(huán)為主。多環(huán)中以四環(huán)甾烷和五環(huán)萜烷較為重要，是重要的生物標(biāo)志化合物。四環(huán)甾烷和五環(huán)萜烷結(jié)構(gòu)示意圖 （2）環(huán)烷烴14環(huán)烷

5、烴的物理常數(shù)（據(jù)張厚福等，1999） 環(huán)烷烴的比重、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都比碳原子數(shù)相同的烷烴為高，但比重仍小于1 。15（3）芳香烴分子中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，屬不飽和烴。 石油中的芳烴以苯、萘、菲三種化合物含量最多。 石油輕組分中，芳烴少，主要單環(huán)芳烴。多環(huán)稠環(huán)芳烴主要出現(xiàn)于重組分中。16非烴化合物：主要是含硫、氮、氧化合物，存在于重組分中。卟啉和釩卟啉的結(jié)構(gòu)式 2.非烴化合物17（一）石油的餾分組成 利用石油中各種化合物沸點(diǎn)不同的特點(diǎn)，加熱蒸餾，將原油分離成不同沸點(diǎn)范圍（即餾程）的若干部分，每一部分就是一個(gè)餾分。 在實(shí)際工作中，用某個(gè)溫度范圍內(nèi)（餾程）蒸餾出的餾分的重量或體積百分含量來表示石油的組成，稱為

6、石油的餾分組成。 二、石油的餾分和組份組成18石油的餾分組成：19典型中性石油的餾分和化合物的關(guān)系圖(據(jù)Bestougeff，1967) 汽油主要由低分子量的烷烴和環(huán)烷烴組成，易揮發(fā)。常用辛烷值來表示汽油在內(nèi)燃機(jī)中燃燒的抗爆性，辛烷值越大，抗爆性越好，質(zhì)量也越高。而正構(gòu)烷烴的抗爆性最小，環(huán)烷烴和芳香烴的抗爆性較大。 20（二）石油的組分組成 原油化合物的不同組分，對有機(jī)溶劑和吸附劑具有選擇性溶解和吸附性能。 考慮到輕餾分部分具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，在儲存、運(yùn)輸過程中常因保存條件不同，造成人為的較大誤差，因此對石油中的組分進(jìn)行分離之前，要先對石油進(jìn)行蒸餾，去掉沸點(diǎn)低于210的輕餾分，一律取沸點(diǎn)大于21

7、0的餾分（即拔頂原油）進(jìn)行組分分離。 21原油族組成分析流程圖 將石油分為飽和烴、芳香烴、非烴和瀝青質(zhì) 等族組分 22三、石油的分類 1、據(jù)油源環(huán)境分：海相油、陸相油2、據(jù)有機(jī)質(zhì)成熟度分：（未熟）低熟油、成熟油、高熟油23 以烷烴（石蠟烴）、環(huán)烷烴、芳香烴含硫、氮、氧化合物的相對含量作三角圖解，參考含硫量；數(shù)據(jù)是常壓、沸點(diǎn)大于210的石油餾分 3、石油的地球化學(xué)分類（B.P.Tissot and Welte）:24石油的地球化學(xué)分類（S飽和烴，P烷烴，N環(huán)烷烴，AA芳烴）烴類成分含量含硫量 類型S50% AA50%P40%，PN1%：石蠟型P40%，N40%：石蠟-環(huán)烷型PN，N40%：環(huán)烷型

8、S50%AA50%P10%1%：芳香-中間型P10%，N25%1%：芳香-環(huán)烷型P10%，N25%1%：芳香-瀝青型25海、陸相石油化學(xué)成分上的基本區(qū)別 26 石油的物理性質(zhì)取決于它的化學(xué)組成。四、石油的物理性質(zhì)1.顏色無色、淡黃色、黃褐色、深褐色、黑綠色、黑色。我國四川黃瓜山和華北大港油田有的井產(chǎn)無色石油,大慶、勝利、玉門石油均為黑色顏色與膠質(zhì)-瀝青質(zhì)含量有關(guān)，含量越高，顏色越深。272密度、比重和相對密度 （1）石油的密度：單位體積石油的質(zhì)量 （o=Go/Vo）（2）石油的比重：單位體積石油的重量。 28 d420：1atm下20單位體積原油與4單位體積純水的重量比 一般：d420 =0.

9、75-0.98，0.9-重質(zhì)油；0.9-輕質(zhì)油API度和波美度越大，d420越小，油質(zhì)越輕。API度（60F15.5）（3）石油的相對密度：2密度、比重和相對密度 29 石油受力發(fā)生流動時(shí)，其內(nèi)部分子間有一種內(nèi)摩擦力阻止分子間的相對運(yùn)動石油的粘滯性。 粘滯性大小用粘度（）來度量。 粘度大小是一個(gè)很重要的物理參數(shù)，直接影響到開采原油的難易程度、原油的儲存、運(yùn)輸以及煉制。 3.粘度30取決于石油的化學(xué)成分和外界的溫度、壓力條件。影響石油粘度的主要因素化學(xué)成分： A、烴碳數(shù)增大或芳烴、非烴化合物增多：原油粘度； B、碳數(shù)相同的烴類的d420 、：烷環(huán)烷95%，C25%，貧氣（干氣）；CH495%，C

10、25%，富氣（濕氣）烴氣： C14為主，CH4最多?？扇苡猩倭緾5、C6等非烴氣:N2、CO2、CO、H2S、H2、惰性氣體:氦、氬、氖一、天然氣的化學(xué)成分 45二、天然氣的產(chǎn)出狀態(tài) 根據(jù)氣體在地下存在的狀態(tài)分：聚集型：氣藏氣、氣頂氣、凝析氣分散型：溶解氣、煤層氣、固態(tài)氣水合物1、氣藏氣： 純氣藏中的氣體?？蔀闊N氣（干氣），甲烷占95%以上，屬干氣;也可為非烴氣。46世界氣藏氣分布圖出現(xiàn)頻率：1-50%，2-10%50%，3-1%10%，4-0.1%1%，5-30g/m3）的氣藏，叫凝析氣藏，如我國黃驊坳陷板橋油田的凝析氣藏。 50 4.溶解氣： 溶解在石油或地層水中的天然氣 油溶氣（濕氣，C

11、2可達(dá)40%）； 水溶氣（CH4、N2、C2氣、CO2少）51三、天然氣的物理性質(zhì) 天然氣一般無色，可有汽油味或硫化氫味，可燃。 在地下較高溫度壓力下，C4C7烷烴及部分環(huán)烷烴、芳烴及有機(jī)硫化物，亦可呈氣態(tài)存在。521密度和相對密度 （1）天然氣的密度：單位體積氣體的質(zhì)量 g=Mg/Vg “濕氣”的密度大于“干氣”。53 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（105Pa，15.55），地表天然氣的密度為0.6773kg/m3（甲烷）， 3.0454kg/m3（戊烷）。 天然氣混合物的密度一般為0.70.75kg/m3; 石油伴生氣，可達(dá)1.5kg/m3。 天然氣的密度隨重?zé)N含量尤其是高碳數(shù)的重?zé)N含量以及CO2和H2S

12、含量的增加而增大。541密度和相對密度 （2）天然氣的相對密度： 指相同溫度、壓力下（如1105Pa，15.55；或1105Pa，20），天然氣密度與空氣密度的比值。 g=g/a=Mg/a= Mg/28.97 天然氣中烴類各組分的相對密度為0.5539（甲烷）2.4911（戊烷），烴氣混合物一般在0.561.0之間，隨重?zé)N及CO2、H2S含量的增加，天然氣相對密度增大。 552. 天然氣粘度反映了其分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的大小，是度量天然氣抵抗流動能力的一種參數(shù)。很小，一般在0時(shí)為0.0031mPas，20時(shí)為0.120mPas其大小與壓力、溫度和氣體成分等有關(guān)： 接近常壓條件下，隨溫度增加而變大

13、，隨分子量增加而減?。?較高壓力下，隨壓力增高而增大，隨溫度升高而降低，隨分子量增加而增大。 隨非烴氣含量增加，天然氣粘度增大。563.溶解性-溶于石油和水A、相同條件下，天然氣在石油中的溶解度遠(yuǎn)大于在水中的溶解度。B、當(dāng)天然氣中重?zé)N增多，或者石油中的輕餾分較多，都可增加天然氣在石油中的溶解度。C、在石油中溶有天然氣時(shí)，可以降低石油的相對密度、粘度及表面張力。D、天然氣在水中的溶解系數(shù)很大程度上取決于氣體組分、溫度、壓力及含鹽量。57在地層條件下，原油中溶解氣開始析離出來時(shí)的壓力，稱油藏的飽和壓力（P飽）。若P飽與P地相等，即油內(nèi)溶解氣剛好飽和，壓力稍降，就會有氣體析出，此時(shí)的油藏稱為飽和油藏

14、；P飽大于P地：過飽和油藏，此時(shí)通常為帶氣頂?shù)挠蜌獠兀籔飽小于P地：未飽和油藏，此時(shí)原油中溶解氣還未飽和。飽和及過飽和油藏比未飽和油氣藏含更多的溶解氣。油溶氣58 一、油田水的產(chǎn)狀和來源 二、油田水的礦化度 三、油田水的化學(xué)組成 四、油田水的類型 第三節(jié) 油田水59廣義上：指油氣田區(qū)域內(nèi)的地層水。 （油層水、非油層水）狹義上：指油氣田區(qū)域內(nèi)的油層水。油層水：帶色、混濁、比重1，有H2S味或 者汽油味，導(dǎo)電。含MgSO4時(shí)有苦味。第三節(jié) 油田水601油田水的賦存狀態(tài) 按在巖石孔隙裂縫系中的蘊(yùn)藏狀態(tài)，油田水產(chǎn)狀如下：（1）超毛細(xì)管水：又稱自由水，存在于孔隙直徑大于0.5mm、裂縫寬度大于0.25

15、mm的超毛細(xì)管孔洞縫中，在重力作用下能自由運(yùn)動。（2）毛細(xì)管水：存在于孔徑0.5-0.0002mm、裂縫寬0.25-0.0001mm的毛細(xì)管孔隙中。當(dāng)外力大于毛細(xì)管阻力時(shí)，水才能流動。一、油田水的賦存狀態(tài)及來源61 （3）束縛水：又稱吸附水或結(jié)合水，存在于孔徑小于0.0002mm，裂縫寬小于0.0001mm的微毛細(xì)管孔隙中。水難以自由運(yùn)動。 （4）氣態(tài)水：充滿于未被水飽和的巖石空隙中，通過蒸發(fā)和凝結(jié)作用，與液態(tài)水相互轉(zhuǎn)化，對巖石中的水分配有一定的影響。 一、油田水的賦存狀態(tài)及來源62沉積水：沉積物堆積過程中保存于其中的水，其含鹽度和化學(xué)成分受控于原環(huán)境。 滲入水：大氣降雨滲入巖層中的水。礦化度

16、低、質(zhì)淡、可淡化地下高礦化度水。 深成水：來源于地殼深部及上地幔的高礦化度高溫水轉(zhuǎn)化水：沉積成巖和烴類形成過程中，粘土轉(zhuǎn)化脫出的層間水及有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化時(shí)分解出的水。 2、油田水的來源一、油田水的賦存狀態(tài)及來源63油田水礦化度比地表水高，且隨埋深增大而增大。 河湖水：幾百mg/l 海水：35000 mg/l 油田水：幾千 數(shù)十萬mg/l ，陸相盆地比海相低。二、油田水礦化度 礦化度：單位體積水中所含溶解狀態(tài)的固體物質(zhì)總量。 即單位體積水中各種離子、元素及化合物總含量。 用g/l、mg/l、ppm（百萬分之一）表示。64三、油田水的化學(xué)組成 1.無機(jī)鹽類： 陽離子：Na(K)、Ca2、Mg2 陰

17、離子：Cl-、HCO3-、SO42-、（含CO32） 2.有機(jī)組分：烴類、環(huán)烷酸、酚、苯等。 3.溶解氣：CO2、CO、N2、CH4、C2 4.微量元素：碘、溴、硼、鍶、鋇等 。65 天然水中溶解的物質(zhì)成分極其復(fù)雜，有鹽分、各種氣體、有機(jī)物質(zhì)、微量元素等。其中無機(jī)鹽中含量最多、最主要、在常規(guī)水分析中經(jīng)常分析的是以下幾種離子：Na+（含K+）、Ca2+、Mg2+和Cl-、SO42、HCO3（包括CO32）。因此，水中所含上述陰、陽離子的各種比值，是對地層水進(jìn)行分類的基礎(chǔ)。 在各種分類方案中，以Sulin （蘇林）分類較為簡明，應(yīng)用廣泛。四、油田水的類型66 根據(jù)水中主要離子(Cl-、SO42-、

18、HCO3-、Na+、Mg2+、Ca2+)彼此化學(xué)親和力的強(qiáng)弱順序而組成鹽類的原則，作為劃分“型”的依據(jù)。 通過對rNa/rCl、（rNa-rCl）/rSO4和（rCl-rNa）/rMg三個(gè)系數(shù)的計(jì)算，將天然水劃分為以下類型：（r毫克當(dāng)量濃度， rNa/rCl當(dāng)量之比） 蘇林分類：67水型成因系數(shù)（毫克當(dāng)量%）環(huán)境Na/Cl（Na-Cl）/SO4（Cl-Na）/MgCaCl2型101深成水油田水MgCl2型101海水鹽湖水NaHCO3型110油田水（高礦化度）地表淡水（低礦化度）Na2SO4型110地表淡水蘇林的天然水成因分類表 68（1）CaCl2型水： 形成于地殼深部封閉性良好、水體交替停滯的還原環(huán)境。 由于地下水高度濃縮，其它鹽分沉淀，水中氯化物占優(yōu)勢，主要鹽分為NaCl，其次為CaCl2、MgCl2。水與巖石長期相互作用，使巖石中吸附狀陽離子Ca2+與地下水中濃度極大的陽離子Na+進(jìn)行陽離子交換作用，形成CaCl2型水。2NaClCa2+（吸附狀的）CaCl22Na（吸附狀的）CaCl2型水環(huán)境利于油氣藏保存，所以油田水往往是高礦化度的CaCl2型水，但其與油氣物質(zhì)間無成因聯(lián)系。 四種類型水的形成條件：69（2）NaHCO3型水形成條件多樣高礦化度NaHCO3型水：是油氣物質(zhì)