第一章

石油、天然氣和油田水第一章石油、天然氣和油田水第一節(jié)石油第二節(jié)天然氣第三節(jié)油田水——實驗——復(fù)習(xí)思考題第一節(jié)石油石油的概念及特點石油的化學(xué)組成石油的物理性質(zhì)石油的分類海陸相石油的基本區(qū)別二、石油的化學(xué)組成（一）元素組成

1、主要元素—C、H，S、N、O；其中C、H占絕對優(yōu)勢。按元素重量百分比：C—占80～88%；H—10～14%；S＋N＋O—0.3～7%（表）。且S、N、O元素大多以非烴化合物或無機化合物的形式溶解在石油之中。硫（S）具有腐蝕性，是石油中的有害雜質(zhì)，原油中硫含量變化較大，據(jù)含硫量可分為低硫石油（<1％）；高硫石油（>1％），可用于區(qū)分石油的成因，

一般海相石油－高含硫，陸相石油－低含硫。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

2、微量元素—目前石油中已發(fā)現(xiàn)的微量元素有38種之多（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(yǎng)、鋅Zn、鉬Mo、鉛Pb、錫Sn、鈉Na、鉀K、磷P、鋰Li、氯Cl、銀Ag、砷As、金Au、鈦Ti、鉻Cr等），它們多存在于石油燃燒后的灰分（或殘渣）中，又稱灰分元素。它們雖然種類繁多，但僅占石油重量的萬分之幾。其中以V、Ni研究應(yīng)用較多?？捎糜趨^(qū)分石油的成因。一般V/Ni>1海相石油；V/Ni<1陸相石油。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成原油的元素組成（重量百分比）返回第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成原油產(chǎn)地元素組成CHSNO中國大慶（薩爾圖混合油）85.7413.310.110.150.69勝利（101混合油）86.2612.200.800.41--孤島油田84.2411.742.200.47--大港油田（混合油）85.6713.400.120.23--江漢油田（混合油）83.0012.812.090.471.63克拉瑪依油田（混合油）86.1313.300.040.250.28前蘇聯(lián)雅雷克蘇80.6110.361.05痕量8.97烏克蘭84.6014.000.141.251.25老格羅茲尼86.4212.620.32--0.68卡拉—布拉克87.7712.37----0.46美國文圖拉（加利福尼亞州）84.6012.700.401.701.20科林加（加利福尼亞州）86.4011.700.60----博芒特（得克薩斯州）85.7011.000.702.61堪薩斯州84.2013.001.900.450.45（據(jù)石毓程，1980，補充）3、石油主要元素的同位素組成（微觀研究）教材P29同位素研究不僅能為油氣成因研究提供重要依據(jù)，而且對解決油－氣－源對比、油氣運移等理論問題也有重要作用。石油中C、H，S、N、O元素均有同位素，但以C同位素研究最多，進展最快，應(yīng)用最廣。3、1同位素的概念及分餾作用

同位素——元素周期表中，具有相同原子序數(shù)而原子量不同的元素。它們在周期表中占據(jù)同一位置，故稱同位素。穩(wěn)定同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)和原子結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)近似，即使經(jīng)歷復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，同位素比率仍保持相對的穩(wěn)定，這是穩(wěn)定同位素的基本屬性；另一方面，由于同位素的中子數(shù)和質(zhì)量有一定差別，其取代分子或鍵的化學(xué)活性也有差別，在參與生物、化學(xué)、物理作用的過程中，也有一定的分餾作用。

穩(wěn)定同位素的穩(wěn)定性和分餾作用，是同位素地球化學(xué)研究及應(yīng)用的理論基礎(chǔ)和前提條件。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

同位素的分餾作用教材P32

（3）同位素在熱力和化學(xué)反應(yīng)中的動力效應(yīng)

因同位素質(zhì)量不同，其取代分子或鍵的化學(xué)活動性不同，因而其參與反應(yīng)的機率和速度不同，造成同位素的分餾作用。如碳－碳鍵的穩(wěn)定順序為：-13C-13C-＞-13C-12C-＞-12C-12C-，所以在低溫下形成的烴相對富集12C。（4）物理化學(xué)效應(yīng)

對同位素分餾最有意義的物理化學(xué)效應(yīng)是蒸發(fā)和擴散，在蒸發(fā)和擴散作用中，輕同位素優(yōu)先逸出或運動，所以留在原地的部分，相對富集重同位素13C。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成3、2同位素的表示方法同位素的度量有絕對豐度和相對豐度兩種（見教材P31插表1－17、1－18）。絕對豐度：石油中12C＝98.893％，13C＝1.107％，14C<0.001％。在石油和天然氣勘探中應(yīng)用穩(wěn)定同位素時，除直接測定各同位素比值外，還常用相對豐度來表示不同同位素的含量（即用δ值表示）。δ值的定義式為：

（見教材P30）

式中δ值：為同位素分布值的總稱，碳、氫、硫、氮、氧的同位素分布分別用δ13C、δD、δ34S、δ15N、δ18O來表示之；

Rs為測試樣品的同位素比值；如C為（13C/12C）樣品。Rr為同位素標準的同位素比值。如C同位素的國際標準（PDB）為以美國南部卡羅萊納州白堊系箭石的碳同位素為標準，其比值為13C/12C=1123.7×10-5。

第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成標準名稱13C/12Cδ13C（‰，PDB）PDB（芝加哥標準）1123.72×10-50BaCO3（斯德哥爾摩標準）1112.15×10-5-10.3石墨（NBS，№21）1092.48×10-5-27.8石油（NBS，№22）1090.68×10-5-29.4周口店灰?guī)r（中國標準）1123.60×10-5-0.1福一井甲烷（中國四川）1084.40×10-5-26.08表1－18常用的碳同位素標準的13C/12C值和國際標準（PDB）δ13C值返回

同位素的分布值是用樣品比值（13C/12C

）與標準比值（13C/12C

）差值的千分率來表示的。δ13C負值說明樣品的同位素比值低于標樣的同位素比值。即樣品比標樣中更富集12C，反之，正值則表明樣品比標樣更富集13C。(公式)

世界各地原油碳同位素的δ13C值（PDB）一般在-22‰～-33‰之間，平均為-25‰～-26‰。海相原油的δ13C值要高些，大致在-27‰～-22‰；陸相原油的δ13C值偏低，一般為-29‰～-33‰。

天然氣δ13C值的分布變化較大，從–20‰±～–100‰。

第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成式中：δ13CB：為求取的對B標準的δ值；δ13CA：為測得的對A標準的δ值；RAr,RBr:分別為A、B標準的13C/12C比值。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成為了使不同標準表示的同位素值便于對比，通常要把某一標準換算成另一標準，如將測得對A標準的δ值（δ13CA），換算成對B標準的δ值（δ13CB）時，可用下式進行換算：δ13CB＝RBr(δ13CA

+1)-1×1000‰RAr

3、3石油中碳同位素的分布及應(yīng)用1）石油特征之一：石油的δ13C值（PDB）一般在-22‰～-33‰之間，平均為-25‰～-26‰。2）判斷石油的性質(zhì)：低沸餾分（越成熟）δ13C值越低，高沸餾分δ13C值越高；氣烴富集12C，其中甲烷最輕，δ13C＝-48‰。3）石油成因：地殼的δ13C為-5‰，石油為-26‰，說明石油是有機成因的；浮游生物的δ13C＝-22‰～

-30‰，說明石油與浮游生物有關(guān)，海相原油的δ13C值要高些，大致在-22‰～-27‰

，天然氣δ13C為-33‰，陸相原油的δ13C值偏低，一般-29‰～-33‰

，天然氣δ13C為-49‰。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

碳同位素的δ13C值（PDB，下同）海相-27‰~-22‰δ13C值陸相-29‰~-33‰天然氣-20‰±~-100‰原油

-22‰~-33‰

(平均值-25‰~-26‰)4）判斷石油的演化程度：根據(jù)δ13C值，一般氣<飽<原油<瀝青<干酪根，分子量增大，δ13C的絕對值變小，變重了。時代越老的石油越成熟，越富集12C，即δ13C絕對值變大了，更輕了。例如第三系為-24‰，K為-26‰T—P為-30‰，€的δ13C

為-32‰。

總之，生物死后干酪根形成石油生成天然氣形成，δ13C是變小的（因為富集12C）。5）研究油氣運移：沿著油氣運移的方向，由于吸附作用，飽和烴增加，瀝青及重組分減少，則重同位素減少，輕同位素相對富集，故δ13C降低（負值更?。?，即沿著油氣運移方向δ13C變小。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成原油碳同位素類型曲線（據(jù)廖永勝，1982；其中虛線部分據(jù)stahl,1977；實線部分:Ⅰ-福山凹陷；Ⅱ-鶯歌海西部凹陷；Ⅲ和Ⅳ-潿西南凹陷）返回同源相似

3、4油氣元素同位素研究動態(tài)

近年來，國內(nèi)外對油氣元素同位素的研究相當(dāng)活躍，已發(fā)展到對有機物質(zhì)單體烴同位素的研究。尤其是對單體烴碳穩(wěn)定同位素的研究，其研究具有以下特點：

①測試精度高，可達到10-4；②測試單體烴種類多，如正構(gòu)烷烴、甾烷、胡蘿卜素、脂肪酸、多環(huán)芳烴、正構(gòu)烯烴等分子的同位素；③研究應(yīng)用范圍廣，原油、天然瀝青、動植物先體、沉積有機質(zhì)的單體烴同位素等。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成（二）化合物組成（族組成）（圖）

石油中的化合物種類很多，分離比較困難，其中烴類化合物占75％，非烴化合物占25％。

1、烴類化合物（飽和烴、不飽和烴）（圖）石油中的烴類化合物有425種之多，分別屬于烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴。極限含量％通常含量％平均含量％烷烴0～70％5～35％30％環(huán)烷烴20～80％25～75％46％芳香烴5～60％10～40％24％烴含量第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

（1）烷烴:單鏈相連，屬飽和烴，通式為CnH2n+2，比重小于1，難溶于水，其溶點、沸點、比重、折光率等物理常數(shù)均隨分子量增加而上升，常溫常壓下，C1~C4為氣態(tài)，C5~C16為液態(tài)，C17以上為固態(tài)。烷烴為飽和烴，又稱石蠟烴，它包括正構(gòu)烷烴（n）及異構(gòu)烷烴（i）（同分異構(gòu)體）

①正構(gòu)烷烴（n）:直鏈相連，沒有支鏈，圖）碳數(shù)通常在C1~C45,多數(shù)小于45個碳。正構(gòu)烷烴占石油體積的15-20%（輕質(zhì)原油可達30%）。A正構(gòu)烷烴分布曲線（圖）為一條連續(xù)的曲線，表明石油中正烷烴的同系物是一個連續(xù)的系列。B在高分子正構(gòu)烷烴中，奇數(shù)和偶數(shù)碳原子烷烴的相對含量近于相等，即奇/偶≈1(用于成熟度研究)。不像生物和現(xiàn)代沉積物那樣，具有奇碳優(yōu)勢。C根據(jù)主峰（正烷烴分布曲線上極大值）碳數(shù)的位置和形態(tài)，可判斷沉積環(huán)境、成熟度和石油的類型（主峰碳<C15為海相；主峰碳>

C25為陸相；主峰碳數(shù)低，成熟度越高）。還可用于研究石油的成因和油源對比。D不同類型的石油正烷烴分布曲線不同，可用于石油分類。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成CCCCA正丁烷分子結(jié)構(gòu)圖CCCCCB正戊烷分子結(jié)構(gòu)圖CCCCC異丁烷分子結(jié)構(gòu)圖CCCCCD異戊烷分子結(jié)構(gòu)圖返回返回石油中的異戊二烯型烷烴，一般被認為是葉綠素的側(cè)鏈——植醇演化而來，因而是石油生物成因的標志化合物。這種異構(gòu)烷烴的特點是每四個碳原子帶有一個甲基支鏈?，F(xiàn)已從石油中分離出多種異戊二烯型化合物，總量可達石油的0.5%。其中研究和應(yīng)用較多的是2,6,10,14-四甲基十五烷（姥鮫烷）和2,6,10,14-四甲基十六烷（植烷）。研究表明，同一來源的石油，各種異戊二烯型化合物極為相似。因而常用之作為油源對比的標志。異戊二烯烴同系物立體化學(xué)結(jié)構(gòu)圖第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成（2）環(huán)烷烴：碳原子以單鍵首尾相連組成閉合環(huán)的飽和烴（圖）。環(huán)烷烴C3~C4為氣態(tài)，C5~C11為液態(tài)，C12以上為固態(tài)。環(huán)烷烴可以從單環(huán)至6環(huán)，石油中多半為單環(huán)和雙環(huán)，環(huán)烷烴環(huán)上的碳原子數(shù)可以是大于3的任何數(shù)，組成相應(yīng)的幾員環(huán)，但實際上，3、4和7以上的環(huán)烷烴都不穩(wěn)定，所以石油中常見的只有5員環(huán)和6員環(huán)，且5員環(huán)少于6員環(huán)。

特點：A多以單環(huán)為主，且有5員環(huán)少于6員環(huán)的特點；B

含環(huán)烷烴多的石油，不含或含少量的石蠟；C成熟度較高的石油中環(huán)烷烴含量較少，且主要為1～2個環(huán)。D根據(jù)環(huán)己烷與環(huán)戊烷的比值，可以估計石油生成時的地下溫度。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成CH3CH3CH3CH3CH3A五員環(huán)分子結(jié)構(gòu)圖B六員環(huán)分子結(jié)構(gòu)圖返回（3）芳香烴：

指具有六個碳原子和六個氫原子組成單雙鍵交替的閉合環(huán)——苯環(huán)的化合物。屬于不飽和烴，通式為CnH2n-6，其特征是至少含有一個苯環(huán)，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為單環(huán)、多環(huán)、稠環(huán)三類芳香烴（圖）。

單環(huán)芳烴—苯、對二甲苯等；多環(huán)芳烴—聯(lián)苯、三苯甲烷等；

稠環(huán)芳烴—萘（二環(huán)稠合）、蒽和菲（三環(huán)）（圖）

環(huán)烷-芳香烴—四環(huán)和五環(huán)的環(huán)烷-芳香烴最重要（甾類和萜類—它是生物成因標志化合物，油氣有機成因的證據(jù)）第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成苯CH3CH3對二甲苯甲苯CH3單環(huán)芳烴三苯甲烷CH聯(lián)苯多環(huán)芳烴菲稠環(huán)芳烴萘萘蒽蒽返回石油中芳香烴的應(yīng)用A用于確定石油的成熟度。石油的成熟度增加，芳烴環(huán)數(shù)由多變少。還可用芳烴結(jié)構(gòu)分布指數(shù)來確定有機質(zhì)的成熟度(陳作全主編教材，P13)。B確定沉積環(huán)境。海相—萘類化合物含量高；陸相—菲類化合物含量高。C用于油源對比。由于多環(huán)芳烴具有較強的抗演化、抗氧化能力，故常用于油源對比（同源相似原理）。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

2、非烴化合物石油中的非烴化合物，主要是指含有O、S、N及金屬原子(主要是V、Ni)的有機化合物。它們多為烴類的衍生物，少量以無機物形式存在。石油中的非烴化合物種類數(shù)量不少，有時可達石油重量的30%。其中又以含硫、氮、氧的化合物為主。它們的存在對石油的質(zhì)量和原油的加工煉制有重要影響。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

2、非烴化合物（1）含硫化合物：

類型：目前石油中已鑒定出的含硫化合物有近100種。它們多呈硫醇、硫醚、硫化物和塞吩（含硫的雜環(huán)化合物）的形式存在。S＞1%高硫；1%≤S≤0.5%含硫；S＜0.5%低硫。來源：有機物的蛋白質(zhì)、生物的卵、圍巖中的含硫礦物。意義：A衡量石油的品質(zhì)，硫是石油中的有害雜質(zhì)。

B石油受熱的指示劑。硫加熱到113度就分解。

C原油成熟度的指標。苯并噻吩/二苯并噻吩的比值可作為原油成熟度的指標，成熟原油其比值小于1。

D研究油氣生成環(huán)境。海相高硫，陸相低硫。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

（2）含氮化合物，

石油中已鑒定出的含氮化合物有30多種。在石油中含量多小于0.1%。以含氮雜環(huán)化合物為主，其中以含釩和鎳的卟啉化合物最重要。卟啉類化合物結(jié)構(gòu)與動物血紅素和植物葉綠素相似（圖），所以將其作為石油生物成因的重要證據(jù)。

卟啉類化合物研究意義：A石油有機成因的證據(jù)之一，B受熱的指示劑，C識別沉積環(huán)境，海相石油富含釩卟啉，陸相富含鎳卟啉D金屬卟啉類化合物大多存在于瀝青質(zhì)中，其含量與沉積環(huán)境、經(jīng)歷的溫度、油氣運移等有關(guān)，變化很大。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成葉綠素（A）與原油中的卟啉（B）、植烷（Ph）姥鮫烷(Pr)結(jié)構(gòu)比較（G.D.Hobsohetc.,1981）返回第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

（3）含氧化合物

石油中已鑒定出的含氧化合物有50多種。它們包括有機酸、酚和酮類化合物。

其中主要是與酸官能團－COOH有關(guān)的有機酸，有C1-24的脂肪酸，C5-10的環(huán)烷酸，C10-15的類異戊二烯酸。石油中的有機酸和酚（酸性）統(tǒng)稱石油酸，其中以環(huán)烷酸最多，占石油酸的95%，主要是五員酸和六員酸。幾乎所有石油中都含有環(huán)烷酸，但含量變化較大，在0.03-1.9%之間。環(huán)烷酸在水中的溶解度較小，但它易與堿金屬作用生成環(huán)烷酸鹽，環(huán)烷酸鹽又特別易溶于水。因此，地下水中環(huán)烷酸鹽的存在是找油的標志之一。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成（3）含氧化合物

石油中50多種，包括有機酸、酚和酮類化合物。脂肪酸（C1-24）主要是有機酸環(huán)烷酸（C5-10）（主要是五員酸和六員酸）（－COOH）（占石油酸95%,幾乎所有石油中都有,0.03-1.9%）類異戊二烯酸（C10-15）酚（酸性）環(huán)烷酸在水中的溶解度較小，但它易與堿金屬作用生成環(huán)烷酸鹽，環(huán)烷酸鹽又特別易溶于水。因此，地下水中環(huán)烷酸鹽的存在是找油的標志之一。

（三）石油的餾分組成石油是多種烴類和非烴有機化合物的混合物，每種化合物都有自己的沸點和凝點。石油的餾分就是利用組成石油的化合物各自具有不同沸點的特性，加熱蒸餾，將石油分割成不同沸點范圍的若干部分，每一部分就是一個餾分。分割所用的溫度區(qū)間（餾程）不同，餾出物（餾分）有所差異（表）。

一般說來，低沸點的輕餾分主要是由低碳數(shù)、分子量較低的烷烴和環(huán)烷烴組成；中餾分由以中分子量和較高碳數(shù)的烷烴和環(huán)烷烴為主，并含有一定數(shù)量的芳烴和環(huán)烷-芳烴及少量含N、S、O的非烴化合物；重餾分則由以高碳數(shù)和大分子量的環(huán)烷烴、芳烴、環(huán)烷-芳烴和含N、S、O的非烴化合物組成。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成（三）石油的餾分組成（表）

餾分原理—組成石油的化合物各自具有不同的沸點。

輕餾分-(低沸點)主要由低碳數(shù)、分子量較低的烷烴和環(huán)烷烴組成；

中餾分-以中分子量和較高碳數(shù)的烷烴和環(huán)烷烴為主，并含有一定數(shù)量的芳烴和環(huán)烷-芳烴及少量含N、S、O的非烴化合物；

重餾分-由高碳數(shù)和大分子量的環(huán)烷烴、芳烴、環(huán)烷-芳烴和

含N、S、O的非烴化合物組成。餾分輕餾分(低沸餾分)中餾分（中沸餾分）重餾分（高沸餾分）石油氣(醚)汽油煤油柴油重瓦斯油潤滑油渣油溫度(℃)＜35（＜40）35-190（40-180）190-260（180-230）260-320（230-405）320-360360-530（405-515）＞530（＞515）石油的餾分組成返回1第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成返回2（四）石油的組分組成

組分分析原理——組成石油的化合物對有機溶劑和吸附劑具有選擇性溶解和選擇性吸附的性能。

石油組分的概念——利用有機溶劑和吸附劑對組成石油的化合物具有選擇性溶解和吸附的性能，選用不同有機溶劑和吸附劑，將原油分成若干部分，其中每一部分就是一個組分。

注意——考慮到原油的揮發(fā)性，一般切?。?10℃的餾分進行組分分析。

第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成油質(zhì)——凡能溶于氯仿和四氯化碳的組分，它們是石油中極性最弱的部分，主要是飽和烴和部分低分子芳烴。苯膠質(zhì)——能溶于苯的組分，主要是芳烴和一些具有芳環(huán)結(jié)構(gòu)的含雜元素（S、N、O）的化合物。酒精－苯膠質(zhì)——用酒精＋苯的混合液作溶劑，可以得到酒精-苯膠質(zhì)，此類膠質(zhì)的成分主要是含雜元素的非烴化合物。油質(zhì)和膠質(zhì)——用石油醚分離，溶于石油醚的部分是油質(zhì)和膠質(zhì)。其中能被硅膠吸附的部分是膠質(zhì)；不被硅膠吸附的部分是油質(zhì)；瀝青質(zhì)——原油中不溶于石油醚的組分（但可溶于苯、二硫化碳和三氯甲烷等中性有機溶劑，可被硅膠吸附）為瀝青質(zhì)；它是渣油的主要組分，其主要成分是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子非烴化合物。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成三、石油的物理性質(zhì)

（一）顏色

石油顏色變化范圍很大，在透射光下石油的顏色可以呈淡黃、褐黃、深褐、淡紅、棕色、墨綠色及黑色等色。原油顏色的深淺主要取決于膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量。其含量愈高，則顏色愈深。石油沒有固定的成分，因此也就沒有確定的物理常數(shù)，但廣泛比較還是能歸納出反映石油總體特征的物理性質(zhì)，認識這些性質(zhì)對了解石油，進行石油地質(zhì)研究及評價石油的工業(yè)品質(zhì)都是不可缺少的。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)

（二）比重和密度

石油的比重，在我國和前蘇聯(lián)是指：在一個大氣壓（101325Pa）下，20℃的石油與4℃的純水單位體積的重量比（用d420表示之）。在歐、美各國則是：以一個大氣壓（101325Pa）下，60℉（約15.55℃）的石油與4℃的純水單位體積的重量比；但通常用API度來度量比重。在國際石油貿(mào)易中石油比重也常以API度為單位。

注意：①比重與API度的關(guān)系（公式）；API度大——比重小。②密度與比重的差別。

第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)石油的比重一般介于0.75～0.98之間。比重大于0.9的稱為重質(zhì)石油，小于0.9的稱為輕質(zhì)石油。原油大多為輕質(zhì)石油；重質(zhì)石油居次要地位。比重最大的可達1.0以上，但這種石油用一般方法難于開采。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量愈高，石油的比重愈大。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)石油比重的影響因素成分：膠質(zhì)＋瀝青質(zhì)含量高，比重大，低分子烴含量多，比重小。壓力：小于飽和壓力時，壓力↑，比重↓；大于飽和壓力時，壓力↑

，比重↑

。溫度：溫度↑，比重↓

；深度增加

，比重↓

。溶解氣量：溶解氣量↑

，比重↓

；（在壓力很大的情況下，石油中可以溶解自身體積150倍的氣體）總之受眾多因素影響，地下石油的比重小于地表石油的比重

密度是單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。密度與物質(zhì)本身的成分和體積變化相關(guān)。石油的體積，在常壓下隨溫度升高而增大。

地下石油的密度不僅與溫度、壓力有關(guān)，還與溶解氣量有關(guān)，且后者才是影響密度的主要因素。溶解氣量增加則密度降低。地表和地下溫、壓條件不同，不僅影響石油體積，更主要的是由于溶解氣量的差異，導(dǎo)致石油物質(zhì)組成的差異，實質(zhì)上是改變了石油的質(zhì)量。地下石油含有較多的溶解氣，是造成地下石油密度較地表低的根本原因。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)膨脹系數(shù)—指溫度每增加1℉，單位體積的物質(zhì)所增加的體積數(shù)。它不是常數(shù)（表）壓縮系數(shù)—指壓力每增加101325Pa(一個大氣壓)，單位體積的物質(zhì)被壓縮的體積數(shù)。壓縮系數(shù)也不是常數(shù)。當(dāng)油藏中存在氣頂時，壓力增加，原油中溶解氣量也增加而使原油體積增大的效應(yīng)，遠遠超過壓力增加使體積減小的效應(yīng)；在一定溫度條件下，在達到飽和壓力后（溶解氣不再增加），原油體積才隨壓力增大而開始縮小。（圖）第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)比重API度平均膨脹系數(shù)（體積/單位體積1oF）0.67780.0080.67-0.7278-650.0070.72-0.7764-510.0060.78-0.8550-350.0050.85-0.9734-150.0040.97-1.07814-0表不同比重石油的膨脹系數(shù)返回第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)返回第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)

（三）粘度

粘度——是反映流體流動難易程度的一個物理參數(shù)。粘度值實質(zhì)上是反映流體流動時分子之間相對運動所引起內(nèi)摩擦力的大小。粘度大則流動性差，反之，則流動性好。石油粘度是制定石油開發(fā)方案、油井動態(tài)分析及石油儲運都必須考慮的重要參數(shù)。粘度分為動力粘度、運動粘度和相對粘度。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)

石油地質(zhì)學(xué)上通常所用的粘度多指動力粘度。動力粘度——又稱為絕對粘度。在國際計量單位SI制中，單位為帕斯卡·秒(Pa.s)。其定義為：流體通過長度(L)為1m，橫截面積(F)為1m2，滲透率(K)為1m2的介質(zhì)，當(dāng)壓差(ΔP)為1Pa，流量(Q)為1m3/s時，流體的粘度(μ)為1Pa.s。其表達式為

運動粘度——動力粘度/密度，單位是m2/s；相對粘度——又稱恩氏粘度，是在恩氏粘度粘度計中，200ml原油與20OC時同體積蒸餾水流出時間的比?？筛鶕?jù)實驗測定。粘度的影響因素：第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)粘度的影響因素成分：小分子烷烴＋環(huán)烷烴含量高，粘度低；膠質(zhì)＋瀝青質(zhì)含量高，粘度高；同碳數(shù)的烴類，粘度小是環(huán)烷烴＞芳香烴＞烷烴。壓力：壓力↑

，粘度↑

。溫度：溫度↑，粘度↓

。溶解氣量：溶解氣量↑

，粘度↓

；

總之，在眾多因素影響下，地下石油的粘度常低于地表。在地下1500-1700m深處，石油的粘度通常僅為地表的一半。

（四）溶解性（相似相溶）

石油在水中的溶解度一般很低。但石油能溶于多種有機溶劑。如氯仿、四氯化碳、苯、醚等。石油是多種有機化合物的混合物，實際上各種化合物都可以看作是有機溶劑，換言之，各成分之間具有互溶性。其中輕質(zhì)組分對重質(zhì)組分的溶解作用可能更明顯些，也更容易理解。有可能這種溶解作用正是重質(zhì)組分得以實現(xiàn)運移的有效途徑。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)石油在水中的溶解度一般很低，通常隨分子量的增加而很快變小，但因各烴類的化學(xué)性質(zhì)的差異而有很大的差別。其中芳烴的溶解度最大，可以達到數(shù)百～上千個PPm；環(huán)烷烴次之，一般為14～150PPm；烷烴最低，僅幾個～幾十個PPm。在碳數(shù)相同時，一般芳香烴的溶解度大于鏈烷烴。如己烷、環(huán)己烷和苯的溶解度分別為9.5、60和1750mg/l，差別是非常明顯的。苯和甲苯是溶解度最大的液態(tài)烴。

相同碳數(shù)的烴溶解度為：芳烴>環(huán)烷烴>烷烴。

第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)當(dāng)壓力不變時，烴在水中的溶解度隨著溫度升高而變大。芳香烴更明顯。但隨含鹽度和壓力的增大而變小。當(dāng)水中飽和CO2和烴氣時，石油的溶解度將明顯增加第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)當(dāng)壓力不變時，液態(tài)烴在水中的溶解度隨溶解度影響因素溫度↑—溶解度↑——芳香烴更明顯。含鹽度壓力水中飽和CO2和烴氣—溶解度明顯↑——↑溶解度

↓（五）、凝固和液化

石油的凝固和液化溫度沒有固定的數(shù)值。在凝固和液化之間可以出現(xiàn)中間狀態(tài)。富含瀝青的石油在溫度降低時無明顯凝固現(xiàn)象。石油的凝固點與粘度、重質(zhì)石蠟的含量有關(guān)，尤其與后者關(guān)系密切。富含石蠟的石油在溫度下降到結(jié)蠟點時，即伴隨石蠟結(jié)晶而出現(xiàn)凝固現(xiàn)象；高粘度原油一般富含石蠟，10℃左右便會變成粘糊狀或固體狀；石油凝固點的高低與含蠟量及烷烴碳原子數(shù)具有正相關(guān)性。凝固點高的原油容易使井底及油管結(jié)蠟，給采油增加困難。輕質(zhì)石油凝固點很低，所以，一般低凝固點的石油為優(yōu)質(zhì)石油。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)（六）、蒸發(fā)和揮發(fā)

蒸發(fā)和揮發(fā)都是指在常溫常壓下液體表面所進行汽化的現(xiàn)象，二者可視為同義詞。蒸發(fā)側(cè)重于汽化現(xiàn)象本身，而揮發(fā)則是側(cè)重于表述這種現(xiàn)象的動態(tài)過程和結(jié)果。石油蒸發(fā)時輕組分優(yōu)先逸出；而通常石油的揮發(fā)性即指其輕組分以氣體形式離開石油散發(fā)掉的現(xiàn)象和事實；其結(jié)果都是使石油的比重增大。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)

（七）螢光性螢光性——石油在紫外光照射下可產(chǎn)生螢光的特性。石油中只有不飽和烴及其衍生物具有螢光性。這是因為它們能吸收紫外光中波長較短、能量較高的光子，隨后放出波長較長而能量較低的光子，產(chǎn)生螢光（原理）。飽和烴不發(fā)螢光。螢光性可能與不飽和烴存在雙鍵有關(guān)。螢光顏色因物質(zhì)不同而異，而發(fā)光強度則因物質(zhì)濃度而變。隨不飽和烴及含雙鍵的非烴濃度和分子量增加而加深。芳烴呈天藍色，膠質(zhì)為黃色，瀝青質(zhì)為褐色。利用石油具有螢光性，可以用紫外燈鑒定巖石中微量石油和瀝青類物質(zhì)的存在。石油發(fā)螢光的現(xiàn)象非常靈敏，在有機溶劑中只要含有10-5（1/100000）的石油和瀝青類物質(zhì)即可被發(fā)現(xiàn)。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)

（八）旋光性

旋光性——是指石油能使偏振光的振動面旋轉(zhuǎn)一定角度的特性。大多數(shù)石油都具有旋光性，石油的旋光角一般是幾分之一度～幾度之間。絕大多數(shù)石油的旋光角是使偏振面向右旋轉(zhuǎn)（即右旋），僅有少數(shù)為左旋。石油的旋光性主要與組成石油的化合物在結(jié)構(gòu)上存在不對稱碳原子（又稱手征型碳原子）有關(guān)，而通常存在手征碳原子的甾、萜類化合物，是典型的生物成因標志化合物。人工合成的有機物或天然無機物（石英、冰洲石除外）則不具備旋光性。因此，旋光性可以作為石油有機成因的重要證據(jù)之一。石油的旋光性隨著年代的增長而減弱。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)（九）石油的導(dǎo)電性

石油及其產(chǎn)品具有極高的電阻率，石油的電阻率為109-1016Ω·m，與高礦化度的油田水（電阻率為0.02-0.1Ω·m）和沉積巖（1-104Ω·m）相比，可視為無限大。

石油及其產(chǎn)品都是非導(dǎo)體。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)（十）石油的熱值

石油作為重要的能源，其主要經(jīng)濟價值就在于它的熱能。石油的熱值因石油的品質(zhì)不同而有所差異，比重在0.7～0.8kg/l的原油為44.5-47MJ/kg；比重為0.8-0.9kg/l的原油為43-44.5MJ/kg；比重為0.9-0.95kg/l的原油為42-43MJ/kg。與煤比較（煤的熱值為22-32MJ/kg）。

約1.5噸煤的熱值才相當(dāng)于1噸石油。木柴泥炭褐煤煙煤無煙煤焦炭石油汽油天然氣2000～25002000～350020005000650070001000110007000～12000表中單位：千卡/千克（kCal/kg）第一節(jié)石油—石油的分類四、石油的分類石油的分類方案較多，常因分類目的不同而采用不同的分類參數(shù)。下面介紹目前石油地質(zhì)學(xué)上較為流行的蒂索和威爾特（1978）提出的分類方案。

飽和烴含量對于石油有重大影響，且統(tǒng)計結(jié)果恰好飽和烴分布在50%出現(xiàn)兩個眾數(shù)的最小值，故考慮以飽和烴含量50%為界將石油分為兩大類型。（圖）

飽和烴>50%，石臘-環(huán)烷型大類；芳烴+SNO化合物>50%，芳香型大類。第一節(jié)石油—石油的分類

該分類方案依據(jù)原油中各烴類含量比例關(guān)系，在前面兩大類的基礎(chǔ)上，用原油中沸點>210oC餾分分析數(shù)據(jù)，以烷（石臘）烴、環(huán)烷烴、芳烴+S、N、O化合物為三個端元，采用三角圖解來進一步劃分原油類型，分為六種類型（圖）（表）石臘型芳香-中間型石臘-環(huán)烷型石臘-環(huán)烷型芳香型芳香-瀝青型環(huán)烷型芳香-環(huán)烷型返回第一節(jié)石油—石油的分類

圖原油分類三角圖解返回第一節(jié)石油—石油的分類圖中蘭色線條石油分類表（據(jù)BB.P.Tissot等，1978）返回第一節(jié)石油—石油的分類在＞210℃石油餾分中的濃度S=飽和烴AA=芳香烴+膠質(zhì)+瀝青質(zhì)P=石蠟烴N=環(huán)烷烴石油類型石油中硫的含量（近似值）每一類樣品的數(shù)目（樣品總數(shù)=541）S＞50%AA＜50%P＞N且P＞40%石蠟型石油＜1%100P≤40%且N≤40%石蠟-環(huán)烷型石油217N＞P且N≥40%環(huán)烷型石油21S≤50%AA≥50%P＞10%芳香-中間型石油＞1%126P≤10%N≤25%芳香-瀝青型石油41N≥25%芳香-環(huán)烷型石油一般＜1%36五海、陸相石油的基本區(qū)別P8

海相與陸相石油的特征有著明顯的區(qū)別，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、石油類型2、含蠟量

3、含硫量4、釩、鎳含量與比值

5、碳穩(wěn)定同位素的分布第一節(jié)石油—海陸相石油的區(qū)別

1、石油類型

海相石油——以芳香-中間型和石蠟-環(huán)烷型為主，飽和烴占石油的25-70%，芳烴占總烴的25-60%。

陸相石油——以石蠟型為主，部分為石蠟-環(huán)烷型，飽和烴占石油的60-90%，芳烴占總烴的10-20%。第一節(jié)石油—海陸相石油的區(qū)別

2、含蠟量

陸相石油——含蠟量高。含蠟量高是陸相石油的基本特征之一。世界上高蠟石油都產(chǎn)于陸相環(huán)境中。在我國，根據(jù)陸相石油的分析資料，含蠟量普遍大于5%，一般為10-30%，個別可達40%以上

海相石油——含蠟量均小于5%，一般僅0.5-3%。第一節(jié)石油—海陸相石油的區(qū)別3、含硫量

海相石油——一般為高硫石油，

陸相石油——一般為低硫石油。含硫量主要與蒸發(fā)鹽或碳酸鹽母巖的沉積環(huán)境（主要是鹽度）有關(guān)。第一節(jié)石油—海陸相石油的區(qū)別

4、釩、鎳含量與比值

石油中釩、鎳的含量和比值也是海、陸相石油的區(qū)別之一。

海相石油——釩、鎳含量高，且V/Ni＞1；

陸相石油——釩、鎳含量較低，且V/Ni＜1。此外，釩、鎳主要存在于卟啉化合物中，所以海相石油富含釩卟啉，陸相石油富含鎳卟啉。

第一節(jié)石油—海陸相石油的區(qū)別5、碳穩(wěn)定同位素的分布海陸相石油的碳穩(wěn)定同位素組成也有明顯差別。據(jù)廖永勝（1982）統(tǒng)計：

海相石油——δ13C值一般大于-27‰，陸相石油——δ13C值一般小于-29‰。不同時代海、陸相石油的δ13C值可有一定幅度的變化，但兩者的差別仍是基本的。第一節(jié)石油—海陸相石油的區(qū)別第二節(jié)天然氣第二節(jié)天然氣一、天然氣的概念及類型二、天然氣的化學(xué)組成三、天然氣的物理性質(zhì)第二節(jié)天然氣

一、天然氣的概念及類型

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)高效的清潔能源和重要的化工原料。一）概念：

廣義的天然氣—指自然界天然存在的一切氣體。它通常是各種氣體化合物和氣態(tài)元素的混合物。依據(jù)其存在的環(huán)境，索柯洛夫（В.А.СΟКΟЛΟВ，1971）將天然氣分為八類(表)。

狹義的天然氣—指地殼上部巖石圈中以烴類為主體的天然氣（這也是本課程討論的主要對象）。主要是氣藏和油氣藏中的天然氣，亦即氣田氣（包括菌解氣-淺層氣）、油田氣和煤田氣。第二節(jié)天然氣天然氣的分類返回氣體類型（按存在環(huán)境分類）基本化學(xué)成分Ⅰ、大氣N2，O2Ⅱ、表層沉積物中氣a.土壤及底土氣CO2，N2，O2b.沼澤及泥炭中氣CH4，CO2，N2c.海底沉積中的氣CO2，CH4，N2d.氣水合物CH4（C2H6，C3H8）·nH2OⅢ、沉積巖的氣a.油田氣CH4，C2+，N2，CO2b.氣田氣CH4，N2，CO2c.煤油氣CH4d.分散吸附氣CO2，CH4e.地層水中的溶解氣（水溶氣）CO2，CH4Ⅳ、海洋中溶解氣CO2，N2Ⅴ、變質(zhì)巖中氣CO2，N2，H2Ⅵ、巖漿巖中氣CO2，H2Ⅶ、地幔排出氣a.熔巖噴出氣CO2，H2，SO2，HCl，HFb.大洋中脊噴出氣CO2，H2，H2S，SO4，CH4c.深斷裂氣CH4，H2d.溫泉氣CO2，CH4Ⅷ、宇宙氣第二節(jié)天然氣二）天然氣的類型

天然氣的分類方案較多，劃分依據(jù)不同，類型亦不同(圖1、2)。

天然氣的產(chǎn)狀類型（圖1）

A按相態(tài)—游離氣、溶解氣（溶于油和水中）、吸附氣和固體水溶氣（天然氣水合物）；B據(jù)分布特點—聚集型和分散型；C按其與石油的關(guān)系—伴生氣和非伴生氣第二節(jié)天然氣水溶氣天然氣產(chǎn)狀類型A存在的相態(tài)B分布特點C與石油產(chǎn)出的關(guān)系游離氣吸附氣固體水溶氣溶解氣伴生氣非伴生氣聚集型分散型氣藏氣氣頂氣凝析氣油溶氣煤層氣氣水合物致密地層氣返回

天然氣的類型天然氣的類型第二節(jié)天然氣有機成因的天然氣E依據(jù)地質(zhì)成因(母質(zhì)來源)無機成因的天然氣腐泥型氣D依據(jù)母質(zhì)類型情況腐質(zhì)型氣常規(guī)天然氣（已開發(fā)）F依據(jù)勘探開發(fā)情況非常規(guī)天然氣（未開發(fā)）返回干氣（重?zé)N＜5％)G依據(jù)重?zé)N含量濕氣（重?zé)N≥5％)第二節(jié)天然氣1、聚集型天然氣凝析氣——在較高的溫、壓條件下，液態(tài)烴逆蒸發(fā)而形成的天然氣。采出后因壓力、溫度降低逆凝結(jié)而成輕質(zhì)油。氣頂氣——指與石油共存于油氣藏中呈游離氣頂產(chǎn)出的天然氣。（畫圖說明）成因上與石油有密切聯(lián)系，重?zé)N（≥C2烴）含量高。聚集型天然氣氣藏氣——指以游離氣形式存在的、單一天然氣聚集中的氣體。成因上與石油可有關(guān)，也可無關(guān)。第二節(jié)天然氣2、分散型天然氣煤層氣——指煤層中所含的吸附氣和游離氣（瓦斯）。煤層氣的資源量很可觀。日本、美國利用較好。(區(qū)別：煤成氣)固態(tài)氣水合物——在冰點附近的特殊溫壓條件下，天然氣與水分子結(jié)合而形成的固態(tài)結(jié)晶化合物。僅分布在凍土帶、極地、深海沉積物中。就世界范圍而言潛在資源量巨大；但開發(fā)利用會釋放N2氣等溫室氣體，開發(fā)技術(shù)正在研究中。致密地層氣——指致密砂巖和裂縫型含氣頁巖中的天然氣。從全球看，潛在資源量很可觀。美國利用較好。水溶氣——包括低壓水溶氣和高壓地?zé)嵝退軞狻α亢艽?，但含氣率低，難以單獨開采，可綜合利用。油溶氣——指溶解于油氣藏中的天然氣。每噸油可溶解幾～幾十米3分散型天然氣第二節(jié)天然氣3、伴生氣和非伴生氣非伴生氣——指那些與油藏、油氣藏分布沒有明顯聯(lián)系的氣藏氣。在目前探明儲量中，非伴生氣占明顯優(yōu)勢。約占天然氣全部探明儲量的75％。天然氣類型伴生氣——狹義伴生氣，僅指油藏、油氣藏中的氣頂氣和油溶氣；廣義伴生氣，指與油藏有成因聯(lián)系的氣藏氣，包括油田范圍內(nèi)的氣藏氣。伴生氣和非伴生氣——主要指天然氣的產(chǎn)出與液態(tài)石油或油藏的分布關(guān)系。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成

二、天然氣的化學(xué)組成

一）元素組成（與石油類似，但比石油簡單）以C、H為主，C—65～80%，H—2～20%。含少量N、O、S。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成二）化合物組成：天然氣化合物組成主要成分——烴類，甲烷為主＋數(shù)量不等的重?zé)N氣。（重?zé)N—C2+烴類氣體）次要成分——非烴氣，常見有：N2、CO2、H2S、CO、SO2、H2、Hg等，微量成分——指痕量到微量的惰性氣體（He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等）。

天然氣——主要由氣態(tài)低分子烴和非烴氣體（CO2、N2、H2S等）混合組成，但不同成因的天然氣，各組分所占的比例也不盡相同（下表）。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成甲烷高，含汞蒸汽-29‰2％1.9％<0.1％96％煤成氣3％4～10％<0.01％重?zé)N8.5％5.7％36％N2-20～-30‰0.6％87.9％氣田氣重?zé)N較多-42～-58‰1.5％75.5％油田氣空氣較多-65～-75‰6％58％生物氣備注δ13CCO2CH4成分種類第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成據(jù)雅庫琴尼（В.П.ЯКУЧеНИ，1976）對世界上不同時代，不同構(gòu)造單元的2000個氣藏、15000個分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果表明，

世界上絕大多數(shù)氣藏的成分是以烴氣為主。

烴含量高于80%的氣藏數(shù)占總數(shù)的85%以上，90%以上的天然氣儲量集中于烴含量在90%以上的氣藏中。氮氣為主的氣藏占氣藏總數(shù)的百分之幾，含量在90%以上的不到1%。以CO2和H2S為主的氣藏也不足氣藏總數(shù)的1%。

世界上若干有代表性的地區(qū)和油氣田中天然氣成分（表）。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成地區(qū)及油氣田名稱時代成分CH4C2+CO2H2SN2其它前蘇聯(lián)西西北利亞氣田K97.8～99.91痕量～0.8550.1-0.680-0.0040.45～1.690～0.07阿塞拜疆凝析氣田N91.3～97.931.58-8.660-0.5奧倫堡凝析氣田P1—C381.55-91.0-3.21.3-4.52.4～7.4羅馬什金油田D40.049.90.109.0美國胡果頓氣田P74.311.40014.0潘漢得油氣田Ar+P91.36.380.101.0中

國圣燈山氣田P194.570.990.2402.430.02大慶油田K183.8213.00.110.58老君廟油田N64.935.00.1荷蘭格羅寧根氣田P181.33.50.3014.0北海英國赫威特氣田本塔爾砂巖(T）83.198.390.080.028.4赫威特砂巖（T）92.135.490.0202.32～366法國拉克氣田J3—K168.665.579.9215.520.33世界上若干地區(qū)和油氣田中天然氣成分簡表返回第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成1、烴類組成以甲烷為主，重?zé)N氣次之；

重?zé)N氣以C2H6和C3H8最為常見；＞C4者較少見。

各種烴氣含量隨碳數(shù)增加而減少；

但在有的氣藏中也可見C3H8和C4H10異常高的現(xiàn)象。

重?zé)N氣中C4-C7除正構(gòu)烷烴外，有時還有少到微量環(huán)烷烴和芳烴。二）天然氣化合物組成第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成重?zé)N——具有2個或2個碳原子以上的氣態(tài)烴，即?C2的氣態(tài)烴。

一般常根據(jù)重?zé)N氣含量將天然氣劃分為濕氣和干氣，但不同學(xué)者所用的參數(shù)、量值及具體的劃分方案不盡相同。

在天然氣地質(zhì)學(xué)中，常用重?zé)N氣含量5%作為劃分干氣和濕氣的界限。干氣——甲烷含量在95％以上，重?zé)N（C2+）<5%（火焰呈藍色，通入水中無油膜，往往不與石油伴生）。濕氣——甲烷含量?95％，重?zé)N（C2+）

≥5%（火焰呈黃色，通入水中有油膜，略帶汽油味，一般與石油共生）；

(典型的濕氣和干氣表）第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成典型干氣、濕氣及毆、非、美洲若干地區(qū)天然氣烴類組成表返回第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成

需要說明的是：天然氣（狹義）通常以甲烷占優(yōu)勢，在某些石油伴生氣（氣頂氣和油溶氣）中，重?zé)N氣含量可以超過甲烷。

非烴氣在絕大多數(shù)氣藏氣中為次要成分，但在某些氣藏中非烴氣體也可以成為主要成分而形成相應(yīng)的氣藏，如N2氣藏、CO2氣藏、H2S氣藏等。

天然氣的烴類組成變化很大，如我國柴達木盆地中的氣藏氣，甲烷含量為99.5%，重?zé)N（C2H6）含量僅0.035%；而俄羅斯格羅茲尼的石油伴生氣，甲烷含量僅30.8%，重?zé)N（C2H6-C5H12）含量卻高達69.2%，且其中C3H8-C5H12各占20%左右。

這兩個例子可作為天然氣烴類組成兩個極端的代表，其差別是顯而易見的。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成

2、天然氣的非烴組成

在以烴類為主的天然氣聚集中，一般將非烴氣體成分視為雜質(zhì)。

但當(dāng)非烴氣體含量達到一定的品位也具有很高的經(jīng)濟價值，應(yīng)予以足夠的重視；同時，研究非烴氣體，對了解天然氣的形成、運移等也有重要意義。因此我們有必要對天然氣中的非烴氣體有所認識。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成天然氣（主要是氣藏氣）中常見的非烴氣有

N2、CO2、H2S、CO、SO2、H2、Hg蒸氣；

惰性氣體（氦He、氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe）；有時還有少量含硫、氮、氧的有機化合物。

非烴氣的含量一般小于10%，但亦有少量氣藏非烴氣體含量可超過10%，極少數(shù)是以非烴氣體為主的氣藏，如N2氣藏，CO2氣藏，H2S氣藏。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成1）二氧化碳（CO2

）

（CO2無色、無臭、略帶酸味、易溶于水、比空氣重)

大多數(shù)氣藏幾乎總含有CO2（一般小于2%）。天然氣中CO2含量越低越好-（CO2：C3H8重量比達8:1即不易燃燒；有一定毒性，濃度＞8%可使人窒息)。

CO2也可以為主形成CO2氣藏-聚集起來的CO2也有其經(jīng)濟意義。

成因：①生物分解烴演化，CH4+2O2——CO2+2H20，②碳酸鹽巖分解；③成煤過程中產(chǎn)生；④火山噴發(fā)（沙頭圩氣田）。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成

世界上已發(fā)現(xiàn)的CO2氣藏，大部分在地史上或近代為火山活動地帶。含量CO2

：地臺區(qū)不大于1%；褶皺區(qū)可達3—5%；最高達99.55%。

在美國、俄羅斯、保加利亞、匈牙利、羅馬尼亞、巴基斯坦等國，都有CO2含量很高的天然氣藏。我國松遼盆地、華北盆地、蘇北盆地、三水盆地都碰到有以CO2為主的氣井，其中以三水盆地沙頭圩氣藏（水深9井）CO2含量最高，達99.55%。此外，在云南滕沖、祿豐縣青豆沖和利烏場以及楚雄盆地還發(fā)現(xiàn)多處CO2氣苗，CO2含量在76-98%之間。

第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成2、氮氣（N2）

（N2—無色、無臭、無味、比空氣重、不活潑的氣體）

N2是地球大氣圈的主要成分，占大氣圈的75.51%（重量），但在地殼中只有0.002%。在以烴氣為主的天然氣中N2含量一般在少量~20%（N2:C3H8重量比達15:1即不易燃燒）。含量：少量~20%。最高達99.35%。成因：①空氣侵入；②空氣化石，空氣埋藏，氧氣被消耗；③生物成因，烴類氧化；④火山活動。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成

自然界在地下也存在以N2為主的氣藏。

在美國、加拿大、俄羅斯都有以N2為主的氣藏，其中以西加拿大盆地巴伊爾德克特-希爾斯氣田N2含量最高，達96.6%。

我國主要見于鄂爾多斯盆地、汾渭盆地以及鄂西、江漢等地區(qū)，其中以鄂爾多斯盆地保1井N2含量最高，達95.6%。云南滕沖縣大塞子水池和羅漢沖劉家寨發(fā)現(xiàn)有N2氣苗，N2含量分別為98.906%和99.35%。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成成因：①硫酸鹽的還原作用；②石油瀝青中含硫組分的分解；③火山活動。3）硫化氫（H2S）

(H2S是一種具有腐蛋臭味的、有毒、可燃氣體、易溶于水)。

常與烴類氣體伴生，是一種在開采烴類氣體中有較高經(jīng)濟價值的副產(chǎn)品。一般油、氣藏中含量很低（?0.1％）

。

國內(nèi)外研究較為一致地認為，含H2S高的氣藏多出現(xiàn)在碳酸鹽巖儲層中，且多與硫酸鹽-碳酸鹽巖組合的地層有關(guān)。我國H2S含量大于1%的天然氣全產(chǎn)在碳酸鹽巖儲層中，如臥龍河氣田、中壩氣田等。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成

自然界有含硫化氫較高的氣藏

國外H2S含量較高的如法國的拉克氣田H2S含量為17%；西加拿大盆地的某些氣田（克羅斯非爾德氣田、瓦捷爾頓氣田、哈爾巴坦氣田）H2S含量高達20-53%；還有土庫曼、烏茲別克、墨西哥、伊朗等國的某些氣田中也發(fā)現(xiàn)有H2S含量較高的天然氣。

自然界也有以H2S為主的氣藏。

國外主要見于美國和加拿大，以美國德克薩斯州南部墨西哥灣弗蘭克林氣田H2S含量最高，達98%（產(chǎn)于上侏羅統(tǒng)石灰?guī)r中）。

我國天然氣中H2S含量最高的是渤海灣盆地趙蘭莊孔一段氣藏，H2S含量為92%。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成4）氫氣(H2)

(在通常狀況下，H2是無色、無味、可燃氣體、比空氣輕、難溶于水)。

H2具有很高熱值（23000-33900千卡/kg），也是所有已知氣體中最輕的（8.5g/m3）氣體。

氫氣在天然氣中較少見。在地下天然氣中H2含量很少超過3%。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成自然界純H2氣藏罕見，高濃度的H2氣藏主要見于俄羅斯。

如俄羅斯地臺西部耶爾斯克和克列斯捷茨井，產(chǎn)出氣體全由氫氣組成；還有勒拿河中游一口鉆至寒武紀灰?guī)r的井中，溶解氣含98%的H2；其它還有一些地點含H2量在15%-87.4%之間。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成5）一氧化碳（CO）

(在通常狀況下，CO是無色、無臭、無味、有毒氣體，不溶于酸或堿的溶液，難溶于水，密度與空氣接近)

CO是一種可燃氣體（熱值不超過2418千卡/kg）.成因：CO多與火山活動有關(guān)。CO一般與高溫析出氣相伴生，含CO的氣藏多與火山或泥火山爆發(fā)噴出的氣體加入有關(guān)。在自然界還未遇到過單獨或以CO為主的氣藏。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成6）二氧化硫(SO2)

(在通常狀況下，SO2是無色、有刺激性氣味、有毒氣體，易液化、易溶于水，密度比空氣大)

二氧化硫(SO2)氣體在天然氣中較少見。成因：SO2多與火山活動有關(guān)。SO2也存在于與火山活動有關(guān)的氣體中。若天然氣中含SO2，可能與火山活動有關(guān)。

如埃特納火山（為一硫質(zhì)噴氣孔），在1956年析出氣體中含SO2高達94.1%（還有5.9%為N2）。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成7）汞蒸氣（

Hg）

汞是常溫下唯一的液態(tài)金屬，俗稱“水銀”.內(nèi)聚力很強，比重大（20℃時為13.546g/cm3）。

由于其特有的高揮發(fā)性，因而有很高的蒸氣壓，在自然界絕大部分（高達99.98%）呈分散狀態(tài)，僅有0.02%聚集成為礦藏。

腐殖質(zhì)對汞有很強的吸聚力——天然氣（特別是煤成氣）中普遍含有汞蒸氣。含汞量高的天然氣與煤成氣有關(guān)。

我國天然氣中含汞量在0.004-39.2μg/m3之間，平均含量為0.47μg/m3。

第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成

8）惰性氣體（HeNeArKrXe）惰性氣體在沉積圈中含量很低，不能單獨形成氣藏，而多溶于水或與烴共存。

在地下沒有形成游離氣聚集。它們通常以摻和物形式存在于氣藏中，其含量很少超過1%。氦氣例外，某些氣藏He含量可高達百分之幾。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成

氦氣（He）是一種極其寶貴的工業(yè)原料，多用于現(xiàn)代航天、核技術(shù)等高科技領(lǐng)域。如火箭低溫燃料，冷卻核反應(yīng)堆，超低溫研究，目前工業(yè)用的氦氣大多數(shù)來自天然氣中。

成因:①放射性成因,巖石放射性元素的蛻變.時代越老的天然氣氦氣含量越高；②來自地球原生和上地幔的氦，其特征是3He含量高，且3He/4He?10-5，含這類氦氣的氣田，大多分布在板塊縫合線、深大斷裂帶及地裂盆地中。第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成

總之，非烴氣體混雜于烴類氣體之中，成為天然氣有害成分，但當(dāng)它們富集到一定程度時，就可以單獨開發(fā)或綜合利用，成為有用的礦產(chǎn)資源。第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)三、天然氣的物理性質(zhì)

天然氣是多種烴類和非烴的氣態(tài)混合物。沒有固定的物理常數(shù)。通常情況下為無色、具有汽油味或硫化氫味，可燃。

在常溫常壓下，以氣態(tài)存在的烴類有:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、新戊烷；非烴類有：H2、N2、CO2、H2S及惰性氣體。

在地下高溫高壓下，C5-C7烷烴和部分環(huán)烷烴、芳烴及有機硫化物，也可以呈氣態(tài)存在。第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)一）密度與比重（在標準狀況下相對密度與比重數(shù)值完全相同）天然氣的密度定義為:單位體積氣體的質(zhì)量。在標準狀態(tài)(101325Pa,15.55℃)下，天然氣中主要烴類成分的密度為0.6773kg/m3(甲烷）～3.0454kg/m3(戊烷）。

天然氣混合物的密度一般為0.7～0.75kg/m3，其中石油伴生氣，特別是油溶氣的密度可高達1.5kg/m3,甚至更大些。天然氣的密度——隨重?zé)N含量，尤其是高碳數(shù)重?zé)N氣含量增加而增大；亦隨CO2和H2S的含量增加而增大。第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)天然氣在地下的密度——隨溫度↑-密度↓；隨壓力↑

-密度↑。

地下天然氣的密度＞＞地表溫壓下的密度。

鑒于天然氣的可壓縮性極強，在氣藏中，天然氣的體積可縮小到地表體積的1/200～1/300；因此，地下天然氣的密度遠大于地表溫壓下的密度。天然氣地下密度一般可達150～250kg/m3，凝析氣可達225～450kg/m3。

第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)

天然氣的相對密度——是指在相同溫度、壓力條件下，天然氣密度與空氣密度的比值?；蛘哒f在相同溫度、壓力下，同體積天然氣與空氣質(zhì)量之比。

天然氣混合物的相對密度一般在0.56～1.0之間。天然氣各組分的密度和相對密度（見表）化合物分子式分子量密度相對密度甲烷CH416.0430.67730.5539乙烷C2H630.0701.26931.0382丙烷C3H844.0971.86141.5225丁烷C4H1058.1242.45352.006