第2讲油气藏中的流体—石油、天然气和油田水.ppt

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1、上节回顾上节回顾 石油地质学的概念石油地质学的概念又称石油及天然气地质学，是研究又称石油及天然气地质学，是研究地壳中地壳中及其形成原理和分布及其形成原理和分布规律的一门科学。规律的一门科学。第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 教学目的与教学思路教学目的与教学思路教学重点难点教学重点难点要求掌握石油的概念；石油的元素组成；石要求掌握石油的概念；石油的元素组成；石油化合物组成及特征；石油的分类；石油的油化合物组成及特征；石油的分类；石油的物理性质。物理性质。石油的化合物及特征；石油的组成和特征石油的化合物及特征；石油的组成和特征第一章第一章 油气藏中

2、的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 一个油气藏中的一个油气藏中的流体包括油、气、水，流体包括油、气、水，纯气藏中的流体只有纯气藏中的流体只有气和水。这些流体存气和水。这些流体存在于储集层的孔隙裂在于储集层的孔隙裂缝中，在圈闭范围内缝中，在圈闭范围内按重力分异，气居顶按重力分异，气居顶部，油居中，水在下部，油居中，水在下面。三者以一定的关面。三者以一定的关系共存于储集层的孔系共存于储集层的孔隙系统中。隙系统中。油气水在油气藏（岩石）中的分布油气水在油气藏（岩石）中的分布第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水一、石油的概念及组成

3、一、石油的概念及组成 石油（又称原油）crude oilcrude oil：以液态形式存在于地下岩石孔隙中，由各种碳氢化合物和少量杂质组成的可燃有机矿产。克克1井井口油气井井口油气克克27井附近油苗井附近油苗克克5井天然气、原油可燃井天然气、原油可燃盐霜盐霜油苗油苗气可燃气可燃油可燃油可燃杨叶油气苗杨叶油气苗杨叶长期暴露地表杨叶长期暴露地表 油砂滴水珠状油砂滴水珠状气涌带出油花气涌带出油花杨叶油砂杨叶油砂岩石破裂断面见油岩石破裂断面见油塔里木油苗油气是最重要的能源物质油气是最重要的能源物质第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水（一）石油的元素组成（一

4、）石油的元素组成（Elemental composition）元素：碳、氢、氧、氮、硫元素：碳、氢、氧、氮、硫 碳：碳：8487%，平均，平均84.5%；氢：氢：1114%，平均，平均13%；碳碳+氢：氢：9599%，平均，平均97.5%。硫硫+氮氮+氧氧+微量元素：微量元素：14%，其，其中，氧：中，氧：0.10.5%，一般小于，一般小于0.5%；硫：小于；硫：小于1%，平均，平均0.65%；氮：小于氮：小于0.1%。硫硫 2%：高硫原油：高硫原油 氮氮 0.25%：高氮原油：高氮原油 一、石油的概念及组成一、石油的概念及组成硫在油田开发中是有害的元素硫在油田开发中是有害的元素轮南油田的油管

5、被腐蚀情况2003年重庆天然气井喷事故造成重大损失第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 石油已发现石油已发现59种微量元素，按其含量多少和常种微量元素，按其含量多少和常见程度列举如下：铁见程度列举如下：铁(Fe)、钙、钙(Ca)、镁、镁(Mg)、硅、硅(Si)、铝铝(Al)、钒钒(V)、镍、镍(Ni)、铜铜(Cu)、锑、锑(Sb)、锰、锰(Mn)、锶锶(Sr)、钡、钡(Ba)、硼、硼(B)、钴、钴(Co)、锌、锌(Zn)、钼、钼(Mo)、铅铅(Pb)、锡、锡(Sn)、钠、钠(Na)、钾、钾(K)、磷、磷(P)、锂、锂(Li）、）、氯氯(Cl)、铋、

6、铋(Bi)、铍、铍(Be)、锗、锗(Ge)、银、银(Ag)、砷、砷(As)、镓镓(Ga)、金、金(Au)、钛、钛(Ti)、铬、铬(Cr)、镉、镉(Cd)。构成了石。构成了石油的油的灰分灰分。石油灰分中的石油灰分中的V、Ni含量及其比值（含量及其比值（V/Ni）已被）已被用来确定生油岩相、油源对比以及研究油气运移等问用来确定生油岩相、油源对比以及研究油气运移等问题。题。第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水（二）石油的馏分、族分、组分与化合物组成（二）石油的馏分、族分、组分与化合物组成馏分馏分轻馏分轻馏分中馏分中馏分重馏分重馏分石油气石油气汽油汽油煤油

7、煤油柴油柴油重瓦斯油重瓦斯油润滑油润滑油渣油渣油温度温度(OC)35530(500)530(500)石油的馏分组成石油的馏分组成 石油的馏分：石油的馏分：是利用组成石油的化合物具有是利用组成石油的化合物具有不不同沸点同沸点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点范围（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏范围（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分。原油的炼制工艺即利用了这一原理。不同馏分分。原油的炼制工艺即利用了这一原理。不同馏分的名称及温度范围见下表。的名称及温度范围见下表。第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油

8、田水 石油的族分（族组成）：石油的族分（族组成）：石油化合物由于分子结构石油化合物由于分子结构的差异，对有机溶剂和吸附剂具有选择性溶解和吸附的差异，对有机溶剂和吸附剂具有选择性溶解和吸附性能，选用不同有机溶剂和吸附剂，将石油分成若干性能，选用不同有机溶剂和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分就是一个族分，分别为部分，每一部分就是一个族分，分别为饱和烃、芳烃、饱和烃、芳烃、非烃及沥青质四种族分非烃及沥青质四种族分。（二）石油的馏分、族分、组分与化合物组成（二）石油的馏分、族分、组分与化合物组成 石油的组分石油的组分 根据有机溶剂中的选择溶解，可将石根据有机溶剂中的选择溶解，可将石油沥青质类分为油

9、沥青质类分为四组分四组分：1.油质：油质：溶于石油醚而不被硅胶吸附的部分。溶于石油醚而不被硅胶吸附的部分。主要是由饱和烃和一部分低分子量芳烃组成的淡色粘性液体或蜡状固体。主要是由饱和烃和一部分低分子量芳烃组成的淡色粘性液体或蜡状固体。2.苯胶质：苯胶质：用苯从硅胶中解析的产物。用苯从硅胶中解析的产物。（胶质）（胶质）分子量分子量300-4000，非烃、芳烃、暗色胶状混合物。，非烃、芳烃、暗色胶状混合物。3.酒精酒精-苯胶质：苯胶质：用酒精用酒精-苯从硅胶中解析的产物苯从硅胶中解析的产物（胶质）（胶质）分子量分子量300-1000，非烃，暗色胶状混合物。，非烃，暗色胶状混合物。4.沥青质：沥青质

10、：溶于氯仿而不溶于石油醚或正己烷的部分。溶于氯仿而不溶于石油醚或正己烷的部分。非烃，分子量更高（上千甚至上百万）；结构更复杂，暗褐色非烃，分子量更高（上千甚至上百万）；结构更复杂，暗褐色-黑色沥青状无定形固体。黑色沥青状无定形固体。馏分馏分、组分和化合物组成三者的关系、组分和化合物组成三者的关系第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 组分（溶剂分离）组分（溶剂分离）族分（热色谱鉴定）族分（热色谱鉴定）馏分（热分离）馏分（热分离）油质油质 饱和烃饱和烃 汽油汽油 苯胶质苯胶质 芳香烃芳香烃 煤油煤油 酒精苯胶质酒精苯胶质 非烃非烃 柴油柴油 沥青沥青

11、沥青质沥青质 重油沥青重油沥青 在近代实验室中，用液相在近代实验室中，用液相色谱可将石油划分为烃类化合色谱可将石油划分为烃类化合物：物：正构烷烃正构烷烃、异构烷烃异构烷烃、环环烷烃烷烃、芳香烃芳香烃和非烃化合物及和非烃化合物及沥青质。沥青质。第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水石油的化合物组成石油的化合物组成1 1、正构烷烃正构烷烃第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 在常温常压下，在常温常压下，C1C4 的烷烃为的烷烃为气态气态，C5C16 的烷烃为的烷烃为液态液态，C17 的高分子烷烃皆呈的高分子烷

12、烃皆呈固态固态。石油中已鉴定出的正构烷烃有石油中已鉴定出的正构烷烃有C1C45，个，个别报导曾提及见到别报导曾提及见到C60正烷烃，但大部分正构烷正烷烃，但大部分正构烷烃碳数烃碳数C35。石油中多数占。石油中多数占15.5%（体积），轻（体积），轻质石油可达质石油可达30%以上，而重质石油可小于以上，而重质石油可小于15%。二、石油的化合物及特征二、石油的化合物及特征（一）烃类化合物（一）烃类化合物第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水石油中正构烷烃的来源：石油中正构烷烃的来源：现代生物：如细菌、藻类。现代生物：如细菌、藻类。含脂类的植物或蜡质（主要

13、在高等植物的叶、孢含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢子花粉、果实）。子花粉、果实）。有机质的演变、分解。有机质的演变、分解。其含量主要取决于：其含量主要取决于：1.1.生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量多，海相原油含量少。多，海相原油含量少。2.2.原油的成熟度：原油的成熟度：未成熟的石油，主要含大分子量的正构烷烃；未成熟的石油，主要含大分子量的正构烷烃；成熟的石油中，主要含中分子量的正构烷烃；成熟的石油中，主要含中分子量的正构烷烃；降解的石油中，主要含中、小分子量的正构烷烃；降解的石油中，主要含中、小分子量的正构烷烃；第一章第一章 油气藏

14、中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水不同类型的正构烷烃分布曲线不同类型的正构烷烃分布曲线 在石油中，在石油中，不同碳原子数正不同碳原子数正构烷烃相对含量构烷烃相对含量呈一条连续的分呈一条连续的分布曲线，称为布曲线，称为正正构烷烃分布曲线构烷烃分布曲线。根据图中主峰碳位置及形态，根据图中主峰碳位置及形态，可将正烷烃分布曲线分为可将正烷烃分布曲线分为3种种基本类型：主峰小于基本类型：主峰小于C15，主峰区较窄主峰大于主峰区较窄主峰大于C25，主峰区较宽主峰在主峰区较宽主峰在C15-C25之之间，主峰区较宽。应用于石油间，主峰区较宽。应用于石油的成因和油源对比研究。的成因和

15、油源对比研究。2 2、异构烷烃、异构烷烃第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 来源：来源：异戊间二烯烷烃具有生物成因意义，是重要的异戊间二烯烷烃具有生物成因意义，是重要的生物生物标志化合物标志化合物。同源的石油所含异戊间二烯类烷烃类型和含量都。同源的石油所含异戊间二烯类烷烃类型和含量都十分接近。因此，常用于油源对比标志（指纹化合物），近来十分接近。因此，常用于油源对比标志（指纹化合物），近来也用于沉积环境研究。也用于沉积环境研究。石油中的异构烷烃以石油中的异构烷烃以C10为主，且以异戊间二烯烷烃最为主，且以异戊间二烯烷烃最重要。其特点是在直链上每重

16、要。其特点是在直链上每4个碳原子有一个甲基支链。个碳原子有一个甲基支链。在沉积物和原油中以在沉积物和原油中以植烷植烷（四甲基十六烷）（四甲基十六烷）、姥鲛烷、姥鲛烷（四甲（四甲基十五烷）基十五烷）、降姥鲛烷、降姥鲛烷（三甲基十（三甲基十五烷）五烷）、异十六烷、异十六烷（三甲基烷）（三甲基烷）及及法呢烷法呢烷（三甲基十二烷）（三甲基十二烷）的含量的含量最高。最高。烷烃分子结构的特点是什么？烷烃分子结构的特点是什么？单键相连单键相连排列成直链式排列成直链式3 3、环烷烃、环烷烃第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 由许多围成环的多个次甲基（由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组）组成。组成环的碳原子数可以是大于成环的碳原子数可以是大于3的任何数，相应称为三的任何数，相应称为三员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。环或六员环。其含量与成熟度有关：其含量与成熟度有关：成熟度低成熟度低高，由多环高，由多环单、双环。一般单、双环占环烷烃的单、双环。一般单、双环占环烷烃的50.5%