08 第8章 油气水的组成及性质.pptx

第1页：第八章 石油、天然气、油田水的组成和性质

第八章石油、天然气、油田水的组成和性质

第2页：第一节石油的组成和性质

第二节天然气的组成和性质第三节油田水的组成和性质

第3页：第一节石油的组成和性质

第一节石油的组成和性质

• 一、基本概念
• 二、石油的化学成分
• 三、石油的物理性质

第4页：石油：存在于在地壳岩石空隙（孔、洞

石油：存在于在地壳岩石空隙（孔、洞

• 缝）中，天然生成的，以液态烃为主的可燃有机矿产。
• 一、基本概念石油沥青类：天然气、石油及其固态衍生物，统称为石油沥青类。
• 2、石油沥青类
• 1、石油
• 3、可燃矿产的类型气态可燃矿产：如纯气田的气体、煤田气、沼气、泥火山气等；液态可燃矿产：以石油为代表；固态可燃矿产：如沥青、地蜡、煤、油页岩、硫磺等

第5页：1、石油的元素组成（1）

1、石油的元素组成（1）

• 主要元素：C、H、O、S、N重量百分比一般为C：84-87%；H：10-14%；O+N+S：1-4%
• ①C、H：占绝对优势，总量达95－99%，主要以烃类形式存在。
• ②O、N、S主要以化合物形式存在。
• 二、石油的化学成分

第6页：

第7页：海相石油：V、Ni含量高

且V/Ni＞1陆相石油

V、Ni含量低，且V/Ni＜1尤其是钒(V)和镍(Ni)是分布普遍并具成因意义的两种微量元素，利用钒、镍含量及其比值(V/Ni)已被用来确定生油岩的沉积相、油源对比等。

（2）微量元素：除了以上5中主要元素组成之外，在石油燃烧后所剩下的无机矿物残渣（石油的灰分）中还发现了50多种微量元素，如Fe、Ca、Mg、Al、V、Ni等。

由于它们与自然界有机质的微量元素组成十分相近，因此被作为石油有机成因的证据之一。

第8页：我国部分原油中的钒、镍含量镍

我国部分原油中的钒、镍含量镍

• mg/L钒,mg/L原油
• 3.8＜
• 0.02大庆
• 2.5～
• 4.970.34胜利
• 13.60.72孤岛
• 9.0＜1大港

第9页：2、石油的化合物组成

非烃类化合物烃类化合物烷烃环烷烃芳香烃含氧化合物含硫化合物含氮化合物石油的化合物组成

第10页：①烷烃：又名脂肪族烃

通式为CnH2n+2，属饱和烃。烷烃分子结构特点是碳与碳原子都以单键C-C相连，排列成直链式。无支链者，为正构烷烃或正烷烃；有支链者，为异构烷烃或异烷烃。

常温、常压下：★含1个到4个碳原子(C1～C4)的烷烃呈气态；★含5个到16个碳原子(C5～C16)的直链烷烃呈液态；★从17个碳原子(C17)以上的高分子烷烃皆呈固态。⑴烃类化合物正构烷烃异构烷烃

第11页：

第12页：碳数5253

035占原油体积%2.01.51.00.501101520正烷烃分布曲线主峰碳正烷烃分布曲线：不同碳原子数的正烷烃的相对含量呈一条连续的曲线。A、陆相有机质形成的石油：高碳数（≥C22）正烷烃多。海相浮游生物菌藻类形成的石油：相反。

B、有机质演化程度高的石油：低碳数正烷烃多。C、受微生物强烈降解的原油：正烷烃一般含量较低。

第13页：石油中最重要的异烷烃是异戊间二烯型烷烃

石油中最重要的异烷烃是异戊间二烯型烷烃

• 其可能是天然色素或萜烯类衍生的产物。以植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。其特点是：在直链上每4个C原子就有一个甲基支链。同源的石油所含异戊间二烯型烷烃的类型和含量都非常相似，因此，常用作油源对比的标志或“指纹”。生物标志化合物：是指来源于生物体，在有机质演化过程中具有一定稳定性，没有或很少发生变化，基本保持了原始组分的碳骨架，记载了原始生油母质特殊分子结构信息的有机化合物。又称为“分子化石”、“地球化学化石”及“指纹化合物”。
• 2
• 6
• 10、14四甲基十五烷（姥鲛烷）（Pr）
• 2
• 6
• 10、14四甲基十六烷（植烷）（Ph）

第14页：CCCCCC

CCCCCC

• C五员环六员环
• ②环烷烃：性质与烷烃相似，但在分子中含有碳环结构。由许多围成环的多个次甲基(-CH2-)组成。组成环的碳原子数可以是
• 3
• 4、……，相应称为三员环、四员环、……。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。

第15页：③芳香烃：指具

有六个碳原子和六个氢原子组成的特殊碳环－苯环的化合物，属不饱和烃。按结构不同可分为单环、多环、稠环三类。多环稠环单环

第16页：石油所含的非烃化合物数量不少

石油所含的非烃化合物数量不少

• 尤其是在重质馏分中含量更高。主要包括含硫(S)、含氮(N)、含氧(O)化合物。
• ①含硫化合物：硫在石油中的含量变化很大，从万分之几到百分之几；一般含硫量较高的石油多产自碳酸盐岩系和膏盐岩系含油层，而产自砂岩的石油则含硫较少。低硫石油：含硫量＜
• 0.5%石油含硫石油：含硫量介于
• 0.5～2%之间的石油高硫石油：含硫量＞2%的石油含量分类
• ⑵非烃类化合物

第17页：石油中的硫含量具有环境指示意义

。石油中的硫是一种有害杂质，它容易产生H2S、FeS、亚硫酸（H2SO3）、硫醇铁（[RS]2Fe）、甚至硫酸等化合物，对机器、管道等金属设备具有强腐蚀性，因此它是评价油质的一项重要指标。

第18页：②含氮化合物：石油中的含氮量

②含氮化合物：石油中的含氮量

• 一般在万分之几至千分之几。我国大多数原油含氮量均低于千分之五，大庆原油含氮最少(
• 0.15%)，孤岛原油最多(
• 0.47%)。含氮化合物中的卟啉类与生物色素有亲缘关系，被作为石油有机成因重要证据。高温（>250℃）或氧化条件下，卟啉即被破坏、分解、所以一般石油中存在卟啉，说明石油形成和经受的温度都不高于250℃，所以地层越老卟啉越少。
• ③含氧化合物：石油中的含氧量一般只有千分之几，个别可达2～3%。氧在石油中均以有机化合物状态存在，可分为酸性氧化物和中性氧化物两类。前者有环烷酸、脂肪酸及酚，总称为石油酸；后者有醛、酮等，含量极少。

第19页：3、石油的馏分组成

3、石油的馏分组成石油蒸馏过程示意图

第20页：石油的馏分组成

化合物碳原子数沸点馏分名称烷烃、环烷烃C1-C4<35℃石油气轻馏分C5-C1235-190℃汽油烷烃、环烷烃为主，含有芳烃和含S、N、O化合物。C12-C14190-260℃煤油中馏分C14-C18260-320℃柴油320-360℃重瓦斯油高碳数大分子量环烷烃、芳烃和含S、N、O化合物。C19-C25360-530℃润滑油重馏分>C25>530℃渣油不同馏分的沸点范围，称为馏程。

馏程可以是不等间距的，也可以是等间距的。用等间距馏程划分的馏分，称直馏馏分。

第21页：4、石油的组分组成

原油组分分析流程210C馏分烃类+胶质沥青质可溶的轻馏分饱和烃芳烃非烃色层柱（硅胶+氧化铝）用正庚烷或石油醚冲洗所得用苯冲洗所得吸附在色层柱内，用酒精-苯解析所得气相色谱用正己烷溶解沉淀的原油蒸馏油质苯胶质酒精-苯胶质根据石油在有机溶剂中的选择性溶解：油质、苯胶质、酒精-苯胶质、沥青质。

第22页：石油的颜色变化范围很大

从无色、淡黄色、黄褐色、深褐色、黑（墨）绿色至黑色。我国四川黄瓜山和华北大港油田有的井产淡黄色石油，克拉玛依石油呈褐至黑色，大庆、胜利、玉门石油均为黑色。三、石油的物理性质1、颜色不同程度的深色石油占绝大多数，几乎遍布于世界各含油气盆地。

石油的颜色与胶质—沥青质含量有关，含量越高，颜色越深。

第23页：密度：单位体积的质量

密度：单位体积的质量

• g/cm3或t/m3—1个大气压，20℃条件下。相对密度（比重）：指在20℃时，单位体积的石油与同体积4℃的水的重量之比，用d420来表示。一般，相对密度＞
• 0.92的石油称为重质油相对密度介于
• 0.92～
• 0.88之间的石油称为中质油相对密度＜
• 0.88的石油称为轻质油石油的相对密度变化较大。20℃时，一般介于
• 0.75～
• 1.00。如大庆原油相对密度为
• 0.857～
• 0.860，胜利原油
• 0.90～
• 0.93，克拉玛依原油
• 0.86，大港原油
• 0.84～
• 0.86。相对密度大于
• 1.00和小于
• 0.75的石油，在自然界也有发现。
• 2、相对密度（比重）

第24页：一般淡色石油的相对密度小

深色石油的相对密度大。石油的相对密度取决于其化学组成：胶质沥青质的含量、石油组分的分子量、以及溶解气的数量。美国常用API度、西欧常用波美度来表示石油的相对密度，它们与国际通用的相对密度存在下列关系:131.5141.515.5℃时的密度API度13014015.5℃时的密度波美度因此，API度、波美度都与国际通用的相对密度在数值上相反，API度和波美度高的石油，实际上属于低密度的轻质石油。

第25页：

第26页：粘度：指液体在外力作用下

阻止其质点相对移动的能力。表示流体流动的难易程度，粘度越大，越不易流动。石油粘度的变化范围很大。

例如，大庆油田白垩系原油粘度（19～22）×10-2Pa·S，任丘油田中、上元古界原油为（53～84）×10-2Pa·S。3、粘度石油粘度的变化受温度、压力和石油的化学成分所制约。随温度升高，石油粘度则降低；压力加大，粘度也随之增加；环烷及芳香烃含量高、高分子碳氢化合物含量高的石油，粘度也较大；而原油中溶解气量的增加则会使粘度降低。

第27页：石油难溶于水

石油难溶于水

• 而易溶于有机溶剂(如苯、氯仿、二硫化碳、醚等)，石油和天然气可以互溶。影响石油在水中的溶解度的因素：
• ①以碳数相同的分子进行比较，非烃＞芳烃＞环烷烃＞烷烃；
• ②除甲烷外，各族烃类在水中的溶解度随分子量增大而减小；
• ③外界条件对石油在水中的溶解度有不同影响：温度由150℃降低到25℃，石油的溶解度会降低78～95%；除烷烃中的气态馏分外，压力对烃类的溶解度影响甚微；水中无机组分含量和含盐量增加时，烃类的溶解度会降低；
• 4、溶解性

第28页：石油及其大部分产品（轻汽油和石蜡除外）

无论其本身或溶于有机溶剂中，在紫外光照射下，均可发出荧光的性质称为石油的荧光性。5、荧光性因为荧光是一种低能量可见光，故有人称之为冷发光现象。激发光源停止，发光现象在10－7秒里很快消失。

而且这种发光现象非常灵敏，只要溶液中有1/10万的石油就发光。因此，人们常利用这一点来检测岩石中的含油性。但在低浓度范围下，发光强度与石油类物质的浓度成正比；但浓度超过某一临界值以后，发光强度反而降低，这叫做浓度消光。

浓度消光是可逆的，用溶剂稀释，发光强度增加。

第29页：发光现象取决于其化学结构

。石油中的多环芳香烃和非烃引起发光，而饱和烃则完全不发光。荧光的颜色随石油或沥青物质的性质（成分）而变：轻质油的荧光为浅蓝色；含胶质较多的石油呈绿-黄色；含沥青质多的石油或沥青质则为褐色荧光。

第30页：旋光性：指当偏振光通过石油时

使偏光面旋转一定角度的特性。旋光角大小介于0.1°到几十分。如偏光面向右转，是右旋物质；向左转，则为左旋物质。

引起石油旋光性的原因：在于石油中的有机化合物分子结构中具有不对称的碳原子→不对称结构的分子。人工合成的有机物质或天然无机物质(石英冰石除外)则不具备旋光性。石油的旋光性是石油有机成因的有力证据。

6、旋光性

第31页：7、凝固点石油失去流动能力

的最高温度称为凝固点。石油的凝固点变化范围很大，从-50℃～30℃。如大庆原油为25℃左右。

石油凝固点的高低与石油中重质组分的含量有关，特别与石蜡的含量有关，石蜡含量多，凝固点高；相反石油中轻质组分含量高，凝固点低。高蜡原油的奇绝造型（新疆.阿尔钦沟）

第32页：石油及其产品具有极高的电阻率

石油及其产品具有极高的电阻率

• 。与高矿化度的油田水和沉积岩相比，可视为无限大，为非导体。石油的电阻率…………………..109～1016Ω·m高矿化度的油田水的电阻率…..0.02～
• 0.1Ω·m沉积岩的电阻率……………………1～104Ω·m利用电阻率测井资料可以推测油、气、水层。
• 8、导电性
• 9、热值石油中的氢含量比煤和油页岩中氢的含量都高，因此它的热值也高，每公斤可达10000～11000千卡，比烟煤高出40～60%。

第33页：第二节天然气的组成和性质

第二节天然气的组成和性质

• 四、天然气的物理性质
• 二、天然气的分类
• 三、天然气的成分
• 一、天然气的概念

第34页：一、天然气的概念

一、天然气的概念

• 广义的天然气：指自然界中一切天然生成的气体。狭义的天然气：与油田和气田有关的可燃气体，成分以气态烃为主，多与生物成因有关。石油及天然气地质学界所讲的是狭义的天然气。
• 二、天然气的成分与石油相似，主要是碳、氢、氧、硫、氮及微量元素。碳的含量占42～78%，氢含量为14～24%，氧、硫、氮含量为
• 0.3～44%。
• 1、元素组成主要为气态烃，其中以甲烷为主；非烃气常为N
• 2、CO
• 2、CO、H2S、H2及微量惰性气体。
• 2、化合物组成

第35页：三、天然气的分类

存在的相态

游离态、吸附态、溶解态、固态气水合物分布特征：聚集型、分散型与石油产出的关系：伴生气、非伴生气产状：气藏气、气顶气、溶解气、凝析气、固态气水合物等天然气的分类

第36页：气藏气：指基本上不与石油伴生

单独聚集成纯气藏的天然气。1、气藏气甲烷含量在气体成分中常占95%以上，重烃气含量极少，不超过1-4%，属于干气(贫气)。冀中坳陷赵兰庄构造Ek-Es4：高压硫化氢气藏，硫化氢92%；——与地层中含石膏有关济阳坳陷平方王油气田下第三系天然气：二氧化碳63-66%；——与玄武岩与石灰岩接触的加热分解有关

第37页：2、气顶气

气顶气

指与石油共存于油气藏中呈游离气顶状态的天然气。

在成因和分布上均与石油关系密切，重烃气含量可达百分之几至几十，仅次于甲烷，属于湿气(富气)。

随着地层压力的增减，气顶气可溶于石油或析出。

硫化氢：无色有毒气体，具有强烈的臭鸡蛋气味；

当空气中的硫化氢含量达到1.54毫克／升时，人就会中毒死亡。

硫化氢经粘膜吸收快，皮肤吸收甚慢。

人吸入70至150毫克/立方米硫化氢1至2小时出现呼吸道及眼刺激症状，2至5分钟后嗅觉疲劳闻不到臭味。

吸入760毫克/立方米数秒钟后很快出现急性中毒，呼吸加快后呼吸麻痹而死亡。

第38页：凝析气：在地下

当温度、压力超过临界条件时，液态烃逆蒸发而形成的气体。一旦采出后，由于地表压力、温度降低而逆凝结为轻质油，即凝析油。凝析气在地下聚集成凝析气藏。

它们通常埋藏深度较大，多分布在地下3000至4000m或更深处。3、凝析气4、溶解气溶解气：地层条件下，溶于石油或水的天然气。包括油内溶解气和水内溶解气。

相同条件下，天然气在石油中溶解度远大于在水中溶解度。

第39页：固态气体水合物：又称冰冻甲烷、水化甲烷

指在高压、低温条件下，甲烷等气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，呈固态的结晶化合物。这种固态气体水合物多分布在气温较低的极地和冻土带，特别是在气温低而水深大的深海沉积物中(洋底)。洋底沉积物之下深度不大的生物成因气气体来源沿海底断裂来自深处的非生物成因气5、固态气水合物—可燃冰

第40页：6、煤层气（矿井瓦斯）

6、煤层气（矿井瓦斯）

• 煤层气（矿井瓦斯）：指基本上未经运移，而留在煤层或含煤层系气源岩中的呈分散状态的天然气，呈吸附或游离状态。以CH4为主，含N
• 2、C
• 02、H2S及氨。“瓦斯”是一种有毒的混合气体，主要含有甲烷和一氧化碳两种气体，常产生在矿井之中，如遇明火，即可燃烧，发生“瓦斯”爆炸，直接威胁着矿工的生命安全。•2005年2月14日15时03分，辽宁阜新孙家湾煤矿发生特大瓦斯事故，二百一十三人不幸遇难。•2004年：全国煤矿百万吨死亡率为
• 3.1，是美国的100倍、南非的30倍。

第41页：天然气一般无色

天然气一般无色

• 可有汽油味或硫化氢味，可燃。相对密度：指在标准状况下，单位体积天然气与相同体积空气的质量之比。一般在
• 0.65～
• 0.90，个别可高达
• 1.5。天然气的相对密度一般与分子量成正比。“湿气”含重烃气较多，相对密度大于“干气”。
• 四、天然气的物理性质
• 1、相对密度天然气的粘度很小，在标准状态下，仅为
• 0.001～
• 0.09mPa·S。天然气的粘度与其化学组成及所处环境（P、T）有关：一般随分子量增加而减小随温度和压力增高而增大
• 2、粘度

第42页：天然气可以不同程度地溶于石油和水

天然气可以不同程度地溶于石油和水

• 。在相同条件下，天然气在石油的溶解度远远大于在水中的溶解度。例如：甲烷在石油中的溶解度比在水中的大10倍左右CH4—在油中的溶解度为
• 0.3m3/m3油；—在水中的溶解度为
• 0.033m3/m3水。
• 3、溶解性
• 4、蒸汽压力蒸气压力：将气体液化时所需施加的压力，称为该气体的饱和蒸气压力。蒸气压力随温度升高而增大。同一温度条件下，碳氢化合物的分子量越小，则其蒸气压力越大，因此甲烷比其同系物的蒸气压大得多。

第43页：第三节油田水的组成和性质

第三节油田水的组成和性质

• 四、油田水的分类
• 二、油田水的产状
• 三、油田水的化学组成
• 一、油田水的概念
• 五、油田水的物理性质

第44页：广义的油田水是指油田内的地下水

广义的油田水是指油田内的地下水

• 包括油层水和非油层水。狭义的油田水是指油田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水。
• 一、油田水的概念
• 二、油田水的产状
• 1、根据在岩石中的蕴藏状态超毛细管水：蕴藏在储集层的超毛细管孔隙中，在重力的作用下可以自由移动和传递静水压力。毛细管水：蕴藏在毛细管孔隙中。孔隙被局部率充满时，由于毛细管力的作用，只有当作用于水的外力超过毛细管力时，水才可以流动。吸咐水：存在于岩石颗粒表面，呈薄膜状被吸咐。即使在高温、高压条件下，水难以自由运动。

第45页：2、根据与油气藏

分布位置的关系上层水

在含油气层系之上的含水层中的水。

夹层水：位于两个油气层之间的含水层中的水。

非油层水下层水：在某含油气系之下的含水层中的水。

边水：同一储层中，外含油边缘以外的水。

底水：同一储层中，外含油边缘之内，油水接触面之下的水。

油层水

第46页：常量组分：N

常量组分：N

• a+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-、HCO-、CO4332-微量组分：I、Br、B、Ba、Fe、Al、Cu、Ag、Sr等
• 三、油田水的化学组成
• 1、无机组成油田水的化学组成，实质上是指溶于油田水的溶质的化学组成。包括无机组成、有机组成、溶解气及微量元素等。
• 2、有机组成油田水中常见的有机组成有：烃类、酚和有机酸

第47页：油层水的烃类有气态烃和液态烃

而非油层水中常只含有少量的甲烷。酚在油层水中含量较高，一般大于0.1mg/L，最高可达10-15mg/L，且以邻甲酚和甲酚为主；而非油层水的含量低，且以苯酚为主。油田水中常含数量不等的环烷酸。

脂肪酸和氨基酸等。其中环烷酸是石油环烷烃的衍生物，常作为找油的重要水化学指标。3、矿化度单位体积油田水中所含溶解状态的固体物质总量，称矿化度。

即单位体积水中各种离子、元素及化合物总含量。用g/l、mg/l、ppm（百万分之一）表示。离子浓度指某种离子在单位体积油田水中的含量。

Cl-浓度较稳定，与矿化度呈正相关性。

第48页：四、油田水的分类

2-苏林分类

通过对Na+/Cl-、（Na+-Cl-）/SO4和（Cl-Na-+）/Mg2+三个系数的计算，将天然水划分为以下类型：成因系数（毫克当量%）水型环境（Cl--Na+）/Mg2+（Na+-Cl-）/SO2-4Na+/Cl-深成水、油田水＞1＜0＜1CaCl2型海水、盐湖水＜1＜0＜1MgCl2型油田水（高矿化度）；

地表淡水（低矿化度）＜0＞1＞1NaHCO3型地表淡水＜0＜1＞1Na2SO4型

第49页：五、油田水的物理性质

五、油田水的物理性质

• 油田水因溶有各种物质，其物性同纯水有些不同，主要表现在以下几方面：相对密度：油田水因溶有数量不等的盐类，相对密度一般大于1。如：酒泉盆地油田水为
• 1.01～
• 1.05，四川盆地三迭系气田水为
• 1.001～
• 1.010。一般情况含盐量越高，相对密度越大。颜色及透明度：油田水通常是有颜色的，其颜色与化学组成有关。含H2S时呈淡青绿色，含铁质胶状体时常呈淡红色、褐色或淡黄色。油田水一般透明度较差，常呈混浊状。

第50页：味道及嗅味：当水中混有少量的石油时

往往具有汽油或煤油味；含H2S气体时，常有一种刺鼻的臭鸡蛋味。溶有氯化钠时为咸味；硫酸镁则使水呈苦味。导电性：水是极性化合物，纯水是不良导体。

油田水中因为常含有各种离子，所以能够导电。油田水的导电性随矿化度和温度的增加而增加。粘度：油田水因含盐分，粘度比纯水高，且随矿化度的增加而增加。

温度对粘度影响较大，随温度升高，油田水的粘度快速降低。