第1章油气水改2

1、第一章第一章 石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水第一节第一节 石石 油油第二节第二节 天天 然然 气气第三节第三节 油油 田田 水水 实实 验验 复习思考题复习思考题 石油的概念及特点 石油的化学组成 石油的物理性质 石油的分类 海陆相石油的基本区别 一、石油的概念及特点一、石油的概念及特点 1、概、概 念念 石油石油是天然产出于地下岩石孔隙中的液态可燃有机矿产，成分以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素，是一种由多种复杂化合物组成的混合物混合物。 化学上：化学上：以碳、氢化合物(烃)为主体，是多种有机化合物的混合物。 物理上：物理上：常呈油脂状，比水轻，多呈黑色粘稠液体。

2、2、特、特 点：点： （1）混合物，成分具有可变性，无固定参数和分子式。 （2）成因复杂，它的原始物质、演化程度、形成条件均可不同。 （3）常呈液态，具有流动性，现存地 生成地。 （4）成分复杂，产品多样，用途广泛。第一节 石 油 二、石油的化学组成二、石油的化学组成 （一）元素组成元素组成 1、主要元素主要元素 c、h，s、n、o；其中c、h占绝对优势。 按元素重量百分比：c占8088%；h1014%；sno0.37%（表）。且s 、n 、o 元素大多以非烃化合物或无机化合物的形式溶解在石油之中。 硫（s）具有腐蚀性，是石油中的有害杂质，原油中硫含量变化较大， 据含硫量据含硫量可分为低硫石油

3、（ 1），可用于区分石油的成因， 一般海相石油高含硫，陆相石油低含硫。一般海相石油高含硫，陆相石油低含硫。第一节 石 油石油的化学组成 2、微量元素微量元素目前石油中已发现的微量元素有38种之多（铁fe、钙ca、镁mg、硅si、铝al、钒钒v v、镍、镍nini、铜cu、锑sb、锰mn、锶sr、钡ba、硼b、锌zn、钼mo、铅pb、锡sn、钠na、钾k、磷p、锂li、氯cl、银ag、砷as、金au、钛ti、铬cr等），它们多存在于石油燃烧后的灰分（或残渣）中，又称灰分元素。它们虽然种类繁多，但仅占石油重量的万分之几。其中以v、ni 研究应用较多。可用于区分石油的成因。 一般 v/ /ni 1

4、海相石油；海相石油； v/ /ni 1 陆相石油。陆相石油。第一节 石 油石油的化学组成返回第一节 石 油石油的化学组成原原 油油 产产 地地元 素 组 成chsno中国大庆（萨尔图 混合油）85.7413.310.110.150.69胜利（101 混合油）86.2612.200.800.41-孤岛油田84.2411.742.200.47-大港油田（混合油）85.6713.400.120.23-江汉油田（混合油）83.0012.812.090.471.63克拉玛依油田（混合油）86.1313.300.040.250.28前苏联 雅雷克苏80.6110.361.05痕量8.97 乌克兰84.60

5、14.000.141.251.25 老格罗兹尼86.4212.620.32-0.68 卡拉布拉克87.7712.37-0.46美国 文图拉（加利福尼亚州）84.6012.700.401.701.20 科林加（加利福尼亚州）86.4011.700.60- 博芒特（得克萨斯州）85.7011.000.702.61 堪萨斯州84.2013.001.900.450.45（据石毓程，（据石毓程，1980，补充），补充） 3、石油主要元素的同位素组成、石油主要元素的同位素组成 （微观研究）（微观研究） 教材教材p29p29 同位素研究不仅能为油气成因研究提供重要依据，而且对解决油气源对比、油气运移等理论问

6、题也有重要作用。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，进展最快，应用最广。 3、1 同位素的概念及分馏作用同位素的概念及分馏作用 同位素同位素元素周期表中，具有相同原子序数而原子量不同的元素。它们在周期表中占据同一位置，故称同位素。 稳定同位素具有相同的质子数和原子结构，化学性质近似，即使经历复杂的化学反应，同位素比率仍保持相对的稳定，这是稳定同位素的基本属性；另一方面，由于同位素的中子数和质量有一定差别，其取代分子或键的化学活性也有差别，在参与生物、化学、物理作用的过程中，也有一定的分馏作用。 稳定同位素的稳定性和分馏作用，是同位素地球化学研究稳定同位素的稳定性和

7、分馏作用，是同位素地球化学研究及应用的理论基础和前提条件。及应用的理论基础和前提条件。第一节 石 油石油的化学组成 同位素的分馏作用同位素的分馏作用 教材教材p32p32 （1 1） 同位素交换反映同位素交换反映 不发生化学反应，在物质、分子之间发生的同位素重新分配所引起的同位素分馏作用。 如12co2+13ch4 = 13co2+12ch4（2 2）生化过程中同位素分馏作用）生化过程中同位素分馏作用 它包括植物的光合作用、环境因素对同位素分馏作用的影响、有机体不同官能团间同位素的分馏作用。第一节 石 油石油的化学组成 同位素的分馏作用同位素的分馏作用 教材教材p32p32 （3 3）同位素在

8、热力和化学反应中的动力效应）同位素在热力和化学反应中的动力效应 因同位素质量不同，其取代分子或键的化学活动性不同，因而其参与反应的机率和速度不同，造成同位素的分馏作用。如碳碳键的稳定顺序为：-13c-13c-13c-12c-12c-12c-，所以在低温下形成的烃相对富集12c。（4 4）物理化学效应）物理化学效应 对同位素分馏最有意义的物理化学效应是蒸发和扩散，在蒸发和扩散作用中，轻同位素优先逸出或运动，所以留在原地的部分，相对富集重同位素13c。第一节 石 油石油的化学组成 3、2 2 同位素的表示方法同位素的表示方法 同位素的度量有绝对丰度和相对丰度两种（见教材见教材p31插表插表117、

9、118）。绝对丰度：绝对丰度：石油中12c 98.893，13c1.107，14c 0.001。在石油和天然气勘探中应用稳定同位素时，除直接测定各同位素比值外，还常用相对丰度相对丰度来表示不同同位素的含量（即用值表示）。值的定义式为： （见教材p30 ） 式中值：为同位素分布值的总称，碳、氢、硫、氮、氧的同位素分布分别用13c、d、34s、15n、18o来表示之； rs为测试样品测试样品的同位素比值；如c为（13c/ /12c）样品。 rr为同位素标准同位素标准的同位素比值。如c同位素的国际标准（pdb）为以美国南部卡罗莱纳州白垩系箭石的碳同位素为标准，其比值为13c/12c=1123.710

10、-5。 第一节 石 油石油的化学组成0000001000)(rrsrrr值 在此需要注意的是：在此需要注意的是： 、不同元素的稳定同位素分布的表示方式有所不同，、不同元素的稳定同位素分布的表示方式有所不同，c c h h、s s、n n、o o都是用都是用值来表示（值来表示（13c、d、34s 15n、18o），即样品与标准同位素比值之差值的即样品与标准同位素比值之差值的 千分率来表示，千分率来表示， 而惰性气体元素是直接用两种同位而惰性气体元素是直接用两种同位 素的比值来表示（素的比值来表示（4040ar/ar/3636arar）。）。 、同位素比值多数元素都是用、同位素比值多数元素都是用重

11、重同位素同位素/ /轻轻同位素，只同位素，只 有个别元素如有个别元素如hehe是用轻是用轻/ /重（即重（即 3 3he/he/4 4he he ）。）。 、不同元素稳定同位素的标准不同（教材、不同元素稳定同位素的标准不同（教材p p3131表表1 11717） 同一元素也可有不同的标准（同一元素也可有不同的标准（表表1 11818）。）。第一节 石 油石油的化学组成第一节 石 油石油的化学组成标标 准准 名名 称称1313c/c/1212c c1313c c（，pdbpdb）pdbpdb（芝加哥标准）（芝加哥标准）1123.721123.721010-5-50 0bacobaco3 3（斯德

12、哥尔摩标准）（斯德哥尔摩标准）1112.151112.151010-5-5-10.3-10.3石墨（石墨（nbsnbs，2121）1092.481092.481010-5-5-27.8-27.8石油（石油（nbsnbs，2222）1090.681090.681010-5-5-29.4-29.4周口店灰岩（中国标准）周口店灰岩（中国标准）1123.601123.601010-5-5-0.1-0.1福一井甲烷（中国四川）福一井甲烷（中国四川）1084.401084.401010-5-5-26.08-26.08表表1 118 18 常用的碳同位素标准的常用的碳同位素标准的1313c/c/1212c

13、c值和国际标准（值和国际标准（pdbpdb）1313c c值值返回 同位素的分布值是用样品比值（同位素的分布值是用样品比值（13c/ /12c ）与标准比值）与标准比值（13c/ /12c ）差值的）差值的千分率千分率来表示的。来表示的。 1313c c负值说明样品负值说明样品的同位素比值低于标样的同位素比值。即样品比标样中更富的同位素比值低于标样的同位素比值。即样品比标样中更富集集1212c c ，反之，正值则表明样品比标样更富集，反之，正值则表明样品比标样更富集1313c c。( (公式公式) ) 世界各地原油碳同位素世界各地原油碳同位素的的1313c c值值（pdbpdb）一般在）一般在

14、-22-22-33-33之间，平均为之间，平均为-25-25-26-26。海相原油的。海相原油的1313c c值要高值要高些，大致在些，大致在-27-27-22-22；陆相原油的；陆相原油的1313c c值偏低，一般为值偏低，一般为-29-29-33-33。 天然气天然气1313c c值值的分布变化较大，从的分布变化较大，从2020100100。 第一节 石 油石油的化学组成式中：13cb：为求取的对b标准的值； 13ca：为测得的对a标准的值； rar,rbr:分别为a、b标准的13c/12c比值。第一节 石 油石油的化学组成 为了使不同标准表示的同位素值便于对比，通常要把某一标准换算成另一

15、标准，如将测得对a标准的值（13ca），换算成对b标准的值（13cb）时，可用下式进行换算：13cbrbr(13ca +1)-11000 rar 例如，四川进行碳同位素研究时，采用福一井的ch4作为工作标准（即a标准）它的1 3c/1 2c为1084.410-5。测得纳16井p13a层天然气（ch4）的13ca（a标准）为4 。现将其换算成以周口店灰岩为标准（即b标准-13cb），它的13c/12c为1123.6010-5。代入上式得13cb值为-31.03；若换算成pdb标准，它的13c/12c为1123.7210-5。 则13c值为-31.13 。第一节 石 油石油的化学组成 3、3 石油

16、中碳同位素的分布及应用石油中碳同位素的分布及应用 1）石油特征之一石油特征之一： 石油的13c值（pdb）一般在-22-33之间，平均为-25-26。 2）判断石油的性质判断石油的性质：低沸馏分（越成熟） 13c值越低，高沸馏分 13c值越高；气烃富集12c ，其中甲烷最轻，13c-48。 3）石油成因石油成因：地壳的13c 为-5 ，石油为-26 ，说明石油是有机成因的；浮游生物的13c -22 -30 ，说明石油与浮游生物有关，海相原油的13c值要高些，大致在-22-27 ，天然气13c为-33 ，陆相原油的13c值偏低，一般-29-33 ，天然气13c为-49。第一节 石 油石油的化学组

17、成第一节 石 油石油的化学组成 碳同位素的碳同位素的13c值（值（pdb，下同），下同） 海相海相 -27 -22 13c值值 陆相陆相 -29 -33 天然气天然气 -20 -100原油原油 -22 -33 (平均值-25 -26) 4） 判断石油的演化程度判断石油的演化程度：根据13c 值，一般气饱原油沥青干酪根，分子量增大， 13c 的绝对值变小，变重了。时代越老的石油越成熟，越富集12c ，即13c 绝对值变大了，更轻了。例如第三系为-24，k 为-26 tp为-30 ， 的13c 为-32。 总之，生物死后 干酪根形成 石油生成 天然气形成，13c 是变小的（因为富集12c ）。 5

18、）研究油气运移研究油气运移：沿着油气运移的方向，由于吸附作用，饱和烃增加，沥青及重组分减少，则重同位素减少，轻同位素相对富集，故13c 降低（负值更小），即沿着油气运移方向 13c 变小。第一节 石 油石油的化学组成 （6） 研究成油环境及油源对比研究成油环境及油源对比：将同一原油不同组分的13c 值连成折线，称之为同位素曲线（图）， 不同地区、不同成因类型的原油，其碳同位素曲线有着明显差别，所以利用碳同位素曲线能有效解决成油环境、油源对比、石油演化等问题。(同源相似原理同源相似原理) 关于其它元素同位素的研究及用用，与碳元素类似，请课后自学自学教材p3540。第一节 石 油石油的化学组成第一

19、节 石 油石油的化学组成原油碳同位素类型曲线原油碳同位素类型曲线（据廖永胜，1982；其中虚线部分据stahl,1977；实线部分:-福山凹陷；-莺歌海西部凹陷；和-涠西南凹陷）返回同源相同源相似似 3、4 油气元素同位素研究动态油气元素同位素研究动态 近年来，国内外对油气元素同位素的研究相当活跃，已发展到对有机物质单体烃同位素的研究。尤其是对单体烃碳稳定同位素的研究，其研究具有以下特点： 测试精度高，可达到测试精度高，可达到10- 4； 测试单体烃种类多，如正构烷烃、甾烷、胡萝卜素、测试单体烃种类多，如正构烷烃、甾烷、胡萝卜素、 脂肪酸、多环芳烃、正构烯烃等分子的同位素；脂肪酸、多环芳烃、正

20、构烯烃等分子的同位素； 研究应用范围广，原油、天然沥青、动植物先体、沉研究应用范围广，原油、天然沥青、动植物先体、沉 积有机质的单体烃同位素等。积有机质的单体烃同位素等。第一节 石 油石油的化学组成 （二）化合物组成（族组成）（二）化合物组成（族组成） （图） 石油中的化合物种类很多，分离比较困难，其中烃类化合物占75，非烃化合物占25。 1、烃类化合物、烃类化合物（饱和烃、不饱和烃）（图） 石油中的烃类化合物有425种之多，分别属于烷烃、环烷烃和芳香烃。 烷 烃 环 烷 烃 芳 香 烃 极限含量 070 2080 560 通常含量 535 2575 1040平均含量 30 46 24烃含量第

21、一节 石 油石油的化学组成返回第一节 石 油石油的化学组成石油的化合物组石油的化合物组成成烃类化合物烃类化合物非烃化合物非烃化合物饱和烃饱和烃链烷烃（烷烃链烷烃（烷烃或石蜡烃）及环烷烃或石蜡烃）及环烷烃不饱和烃不饱和烃烯烃、炔烃、烯烃、炔烃、芳香烃和环烷芳香烃和环烷芳香烃芳香烃（占石油50-60% ）(占石油2045% ) （1）烷烃）烷烃: 单链相连，属饱和烃，通式为c n h 2n+2，比重小于1，难溶于水，其溶点、沸点、比重、折光率等物理常数均随分子量增加而上升，常温常压下，c1 c4为气态， c5 c16为液态， c17以上为固态。烷烃为饱和烃，又称石蜡烃，它包括正构烷烃（n）及异构烷

22、烃（i）（同分异构体）（同分异构体） 正构烷烃（正构烷烃（n n）: :直链相连，没有支链，图图）碳数通常在c1c45,多数小于45个碳。正构烷烃占石油体积的15-20%（轻质原油可达30%）。a a正构烷烃分布曲线（图）为一条连续的曲线，表明石油中正烷烃的同系物是一个连续的系列。b b在高分子正构烷烃中，奇数和偶数碳原子烷烃的相对含量近于相等，即奇/偶1(用于成熟度研究)。不像生物和现代沉积物那样，具有奇碳优势。c c 根据主峰（正烷烃分布曲线上极大值）碳数的位置和形态，可判断沉积环境、成熟度和石油的类型（主峰碳 c25为陆相；主峰碳数低，成熟度越高）。还可用于研究石油的成因和油源对比。d

23、不同类型的石油正烷烃分布曲线不同，可用于石油分类。第一节 石 油石油的化学组成第一节 石 油石油的化学组成cccca 正丁烷分子结构图cccccb 正戊烷分子结构图ccccc 异丁烷分子结构图cccccd 异戊烷分子结构图返回返回或见书p3图12此图说明此图说明：a a 不同类型的石油其正烷烃分布曲线不同，可用于石油分类；b b正烷烃分布曲线是一条连续的曲线，表明石油中不缺失某个碳数的正烷烃；c c 正烷烃系列在c20以内有一个极大值，表明石油中低分子正构烷烃高于高分子正构烷烃；d d 在较高分子正构烷烃部分，奇数和偶数碳原子烃的含量接近相等，没有奇碳优势，不像生物和现代沉积物那样具有奇碳数烷

24、烃优势。e e上述正烷烃分布特点与成油原始有机质、成油环境和成熟度有密切关系，因而常用于石油的成因研究和油源对比。第一节 石 油石油的化学组成不同类型石油的正构烷烃分布曲线不同类型石油的正构烷烃分布曲线 异构烷烃异构烷烃：具有支链结构，石油中带支链（侧链）结构的异构烷烃以异戊间二烯型异戊间二烯型烷烃最重要。它主要存在于低中沸点的馏分之中，含量占石油的0.5。异戊间二烯型烷烃的特点是：每四个碳原子带有一个甲基支链。其中研究和应用较多的是2,6,10,14-四甲基十五烷（姥鲛烷姥鲛烷）和2,6,10,14-四甲基十六烷（植烷植烷）（图），它们占异戊间二烯型烷烃的55以上。 研究意义研究意义：a a

25、 它们来源于生物，是生物标记化合物，为油气有机成因提供证据。b b 用于油源对比，同源的石油所含的异戊间二烯型异戊间二烯型烷烃类型和含量都十分相似，因此常用作油源对比的标志。c c近年来也用于研究沉积环境。植醇（还原）植烷；植醇（氧化）姥鲛烷 烷烃中 c1-4气态， c5-16 液态，c17以上固态。 附：戊二稀 h2c=hcch=chch3 异戊二稀 h2c=cch=ch2 ch3 第一节 石 油石油的化学组成返回石油中的异戊二烯型烷烃，一般被认为是叶绿叶绿素的侧链素的侧链植醇演化而来，因而是石油生物成石油生物成因的标志化合物因的标志化合物。这种异构烷烃的特点是每四每四个个碳原子带有一个甲基

26、支链。现已从石油中分离出多种异戊二烯型化合物，总量可达石油的0.5%。其中研究和应用较多的是2,6,10,14-四甲基十五烷（姥鲛烷）和2,6,10,14-四甲基十六烷（植烷）。研究表明，同一来源的石油，各种异戊二烯型化合物极为相似。因而常用之作为油源对比的标志。异戊二烯烃同系物立体化学结构图 第一节 石 油石油的化学组成 （2）环烷烃：）环烷烃： 碳原子以单键首尾相连组成闭合环的饱和烃（图）。环烷烃c3c4为气态， c5c11为液态， c12以上为固态。环烷烃可以从单环至6环，石油中多半为单环和双环，环烷烃环上的碳原子数可以是大于3的任何数，组成相应的几员环，但实际上，3、4和7以上的环烷烃

27、都不稳定，所以石油中常见的只有5员环和6员环，且5员环少于6员环。 特点特点：a 多以单环为主，且有5员环少于6员环的特点；b 含环烷烃多的石油，不含或含少量的石蜡；c 成熟度较高的石油中环烷烃含量较少，且主要为12个环。d 根据环己烷与环戊烷的比值，可以估计石油生成时的地下温度。第一节 石 油石油的化学组成第一节 石 油石油的化学组成ch3ch3ch3ch3ch3a 五员环分子结构图b 六员环分子结构图返回 （3）芳香烃）芳香烃： 指具有六个碳原子和六个氢原子组成单双键交替的闭合环苯环的化合物。属于不饱和烃，通式为c n h 2n-6，其特征是至少含有一个苯环，根据结构不同可分为单环、多环、

28、稠环三类芳香烃（图）。 单环芳烃苯、对二甲苯等； 多环芳烃联苯、三苯甲烷等； 稠环芳烃萘（二环稠合）、蒽和菲（三环）（图） 环烷-芳香烃四环和五环的环烷-芳香烃最重要（甾类和萜类它是生物成因标志化合物，油气有机成因的证据）第一节 石 油石油的化学组成第一节 石 油石油的化学组成苯ch3ch3对二甲苯甲苯ch3单环芳烃三苯甲烷ch联苯多环芳烃菲稠环芳烃萘萘蒽蒽返回 石油中芳香烃的应用石油中芳香烃的应用 a 用于确定石油的成熟度。石油的成熟度增加，芳烃环数由多变少。还可用芳烃结构分布指数来确定有机质的成熟度(陈作全主编教材，p13)。 b 确定沉积环境。海相萘类化合物含量高；陆相菲类化合物含量高。

29、 c 用于油源对比。由于多环芳烃具有较强的抗演化、抗氧化能力，故常用于油源对比（同源相似原理）。第一节 石 油石油的化学组成 2 2、非烃化合物、非烃化合物 石油中的非烃化合物，主要是指含有o、s、n及金属原子(主要是v、ni)的有机化合物。它们多为烃类的衍生物，少量以无机物形式存在。 石油中的非烃化合物种类数量不少，有时可达石油重量的30%。其中又以含硫、氮、氧的化合物为主。它们的存在对石油的质量和原油的加工炼制有重要影响。第一节 石 油石油的化学组成 2、非烃化合物、非烃化合物 （1）含硫化合物）含硫化合物： 类型：类型：目前石油中已鉴定出的含硫化合物有近100种。它们 多呈硫醇、硫醚、硫

30、化物和塞吩（含硫的杂环化合 物）的形式存在。 s1%高硫高硫； 1%s 0.5%含硫含硫；s 0.5%低硫低硫。 来源：来源：有机物的蛋白质、生物的卵、围岩中的含硫矿物。 意义：意义：a 衡量石油的品质，硫是石油中的有害杂质。 b 石油受热的指示剂。硫加热到113度就分解。 c 原油成熟度的指标。苯并噻吩/二苯并噻吩的比值可 作为原油成熟度的指标，成熟原油其比值小于1。 d 研究油气生成环境。海相高硫，陆相低硫。第一节 石 油石油的化学组成 （2）含氮化合物）含氮化合物， 石油中已鉴定出的含氮化合物有30多种。在石油中含量多小于0.1%。以含氮杂环化合物为主，其中以含钒和镍的卟啉化合物最重要。

31、卟啉类化合物卟啉类化合物结构与动物血红素和植物叶绿素相似（图），所以将其作为石油生物成因的重要证据。 卟啉类化合物研究意义：卟啉类化合物研究意义： a 石油有机成因的证据之一， b 受热的指示剂， c 识别沉积环境，海相石油富含钒卟啉，陆相富含镍卟啉 d 金属卟啉类化合物大多存在于沥青质中，其含量与沉积环境、经历的温度、油气运移等有关，变化很大。第一节 石 油石油的化学组成叶绿素（a）与原油中的卟啉（b）、植烷（ph）姥鲛烷(pr)结构比较（g.d.hobsoh etc.,1981）返回第一节 石 油石油的化学组成 （3 3）含氧化合物）含氧化合物 石油中已鉴定出的含氧化合物有50多种。它们包

32、括有机酸、酚和酮类化合物。 其中主要是与酸酸官能团cooh有关的有机酸，有c1-24的脂肪酸，c5-10的环烷酸，c10-15的类异戊二烯酸。石油中的有机酸和酚（酸性）统称石油酸，其中以环烷酸最多，占石油酸的95%，主要是五员酸和六员酸。几乎所有石油中都含有环烷酸，但含量变化较大，在0.03-1.9%之间。 环烷酸在水中的溶解度较小，但它易与碱金属作用生成环烷酸盐，环烷酸盐又特别易溶于水。因此，地下水中地下水中环烷酸盐的存在是找油的标志之一环烷酸盐的存在是找油的标志之一。第一节 石 油石油的化学组成第一节 石 油石油的化学组成（3）含氧化合物）含氧化合物 石油中石油中5050多种，包括有机酸、

33、酚和酮类化合物。多种，包括有机酸、酚和酮类化合物。 脂肪酸（脂肪酸（ c1-24 ） 主要是有机酸主要是有机酸 环烷酸（环烷酸（ c5-10 ）（主要是五员酸和六员酸） （ cooh ） （占石油酸95%,几乎所有石油中都有, 0.03-1.9%） 类异戊二烯酸（类异戊二烯酸（ c10-15 ） 酚酚（酸性） 环烷酸在水中的溶解度较小，但它易与碱金属作用生成环环烷酸在水中的溶解度较小，但它易与碱金属作用生成环烷酸盐，环烷酸盐又特别易溶于水。因此，烷酸盐，环烷酸盐又特别易溶于水。因此，地下水中环烷酸盐地下水中环烷酸盐的存在是找油的标志之一的存在是找油的标志之一。 （三）石油的馏分组成（三）石油的

34、馏分组成 石油是多种烃类和非烃有机化合物的混合物，每种化合物都有自己的沸点和凝点。石油的馏分石油的馏分就是利用组成石油的化合物各自具有不同沸点的特性，加热蒸馏，将石油分割成不同沸点范围的若干部分，每一部分就是一个馏分。分割所用的温度区间（馏程）不同，馏出物（馏分）有所差异（表）。 一般说来，低沸点的轻馏分轻馏分主要是由低碳数、分子量较低的烷烃和环烷烃组成；中馏分中馏分由以中分子量和较高碳数的烷烃和环烷烃为主，并含有一定数量的芳烃和环烷-芳烃及少量含n、s、o的非烃化合物；重馏分重馏分则由以高碳数和大分子量的环烷烃、芳烃、环烷-芳烃和含n、s、o的非烃化合物组成。第一节 石 油石油的化学组成第一

35、节 石 油石油的化学组成（三）石油的馏分组成（三）石油的馏分组成（表表） 馏分原理馏分原理组成石油的化合物各自具有不同的沸点。组成石油的化合物各自具有不同的沸点。 轻馏分轻馏分-(-(低沸点低沸点) )主要由低碳数、分子量较低的烷烃和环烷主要由低碳数、分子量较低的烷烃和环烷 烃组成；烃组成； 中馏分中馏分- -以中分子量和较高碳数的烷烃和环烷烃为主，并含以中分子量和较高碳数的烷烃和环烷烃为主，并含 有一定数量的芳烃和环烷有一定数量的芳烃和环烷-芳烃及少量含芳烃及少量含n、s、o的的 非烃化合物；非烃化合物； 重馏分重馏分- -由高碳数和大分子量的环烷烃、芳烃、环烷由高碳数和大分子量的环烷烃、芳

36、烃、环烷- -芳烃和芳烃和 含含n、s、o的非烃化合物组成。的非烃化合物组成。馏馏分分轻馏分轻馏分(低沸馏分低沸馏分)中馏分（中沸馏分）中馏分（中沸馏分）重馏分（高沸馏分）重馏分（高沸馏分）石油石油气气(醚醚)汽油汽油煤油煤油柴油柴油重瓦重瓦斯油斯油润滑油润滑油渣油渣油温温度度()35（40）35-190（40-180）190-260（180-230）260-320（230-405）320-360360-530（405-515）530（515）石油的馏分组成石油的馏分组成返回1第一节 石 油石油的化学组成返回2 （四）石油的组分组成（四）石油的组分组成 组分分析原理组分分析原理组成石油的化合物

37、对有机溶剂和吸附剂具有选择性溶解和选择性吸附的性能。 石油组分的概念石油组分的概念利用有机溶剂和吸附剂对组成石利用有机溶剂和吸附剂对组成石油的化合物具有选择性溶解和吸附的性能，选用不同有机油的化合物具有选择性溶解和吸附的性能，选用不同有机溶剂和吸附剂，将原油分成若干部分，其中每一部分就是溶剂和吸附剂，将原油分成若干部分，其中每一部分就是一个组分。一个组分。 注意注意考虑到原油的挥发性，一般切取210的馏分进行组分分析。 第一节 石 油石油的化学组成 油质油质凡能溶于氯仿和四氯化碳氯仿和四氯化碳的组分，它们是石油中极 性最弱的部分，主要是饱和烃和部分低分子芳烃。 苯胶质苯胶质能溶于苯苯的组分，主

38、要是芳烃和一些具有芳环结 构的含杂元素（s、n、o）的化合物。 酒精苯胶质酒精苯胶质 用酒精苯酒精苯的混合液作溶剂，可以得到 酒精-苯胶质，此类胶质的成分主要是含杂元素的非烃 化合物。 油质和胶质油质和胶质用石油醚石油醚分离，溶于石油醚石油醚的部分是油质和 胶质。其中能被硅胶吸附的部分是胶质胶质；不被硅胶吸 附的部分是油质油质； 沥青质沥青质原油中不溶于石油醚石油醚的组分（但可溶于苯、二硫苯、二硫 化碳和三氯甲烷化碳和三氯甲烷等中性有机溶剂，可被硅胶吸附）为 沥青质沥青质；它是渣油的主要组分，其主要成分是结构复 杂的大分子非烃化合物。第一节 石 油石油的化学组成 （一）颜色（一）颜色 石油颜色

39、变化范围很大，在透射光下石油的颜色可以呈淡黄淡黄、褐黄褐黄、深褐深褐、淡红淡红、棕色棕色、墨绿色及黑色等色。原油颜色的深浅主要取决于胶质、沥青质的含量。其含量愈高，则颜色愈深。第一节 石 油石油的物理性质 （二）比重和密度（二）比重和密度 石油的比重石油的比重，在我国和前苏联是指：在一个大气压（101325pa）下，2020的石油与的石油与44的纯水单位体积的重的纯水单位体积的重量比（用量比（用d d4 42020表示之）。表示之）。在欧、美各国则是：以一个大气压（101325pa）下，6060（约（约15.5515.55）的石油与）的石油与44的纯的纯水单位体积的重量比；水单位体积的重量比；

40、但通常用apiapi度度来度量比重。在国际石油贸易中石油比重也常以也常以apiapi度为单位度为单位。 注意注意：比重与api度的关系（公式）；api度大比重小。密度与比重的差别。 5131605141时比重度f 第一节 石 油石油的物理性质 石油的比重一般介于石油的比重一般介于0.750.750.980.98之间。比重大于之间。比重大于0.90.9的称为的称为重质石油重质石油，小于，小于0.90.9的称为的称为轻质石油轻质石油。原油大多为。原油大多为轻质石油；重质石油居次要地位。比重最大的可达轻质石油；重质石油居次要地位。比重最大的可达1.01.0以以上，但这种石油用一般方法难于开采。胶质、

41、沥青质的含上，但这种石油用一般方法难于开采。胶质、沥青质的含量愈高，石油的比重愈大。量愈高，石油的比重愈大。第一节 石 油石油的物理性质石石油油比比重重的的影影响响因因素素成分成分：胶质沥青质含量胶质沥青质含量 高，比重大，低分子烃含量多，比重小。高，比重大，低分子烃含量多，比重小。压力压力：小于饱和压力时，压力小于饱和压力时，压力 ，比重，比重 ； 大于饱和压力时，压力大于饱和压力时，压力 ，比重，比重 。温度温度：温度：温度 ，比重，比重 ；深度增加；深度增加 ，比重，比重 。溶解气量溶解气量：溶解气量溶解气量 ，比重，比重 ； （在压力很大的情况下，石油中可以溶解自身体积（在压力很大的情

42、况下，石油中可以溶解自身体积150150倍的气体）倍的气体）总之受众多因素影响，地下石油的比重小于地表石油的比重总之受众多因素影响，地下石油的比重小于地表石油的比重 密度是单位体积物质的质量密度是单位体积物质的质量。密度与物质本身的成分和体积变化相关。石油的体积，在常压下随温度升高而增大。 地下石油的密度不仅与温度、压力有关，还与溶解气量有关，且后者才是影响密度的主要因素。溶解气量增加则密度降低。地表和地下温、压条件不同，不仅影响石油体积，更主要的是由于溶解气量的差异，导致石油物质组成的差异，实质上是改变了石油的质量。地下石油含有较多的溶解气，是地下石油含有较多的溶解气，是造成地下石油密度较地

43、表低的造成地下石油密度较地表低的根本原因根本原因。第一节 石 油石油的物理性质膨胀系数膨胀系数指温度每增加1 ，单位体积的物质所增加的体 积数。它不是常数（表）压缩系数压缩系数指压力每增加101325pa(一个大气压)，单位体积的 物质被压缩的体积数。压缩系数也不是常数。当 油藏中存在气顶时，压力增加，原油中溶解气量 也增加而使原油体积增大的效应，远远超过压力 增加使体积减小的效应；在一定温度条件下，在 达到饱和压力饱和压力后（溶解气不再增加），原油体积 才随压力增大而开始缩小。（图）第一节 石 油石油的物理性质比重api度平均膨胀系数（体积/单位体积1of）0.67780.0080.67-0

44、.7278-650.0070.72-0.7764-510.0060.78-0.8550-350.0050.85-0.9734-150.0040.97-1.07814-0表表 不同比重石油的膨胀系数不同比重石油的膨胀系数返回第一节 石 油石油的物理性质返回第一节 石 油石油的物理性质 （三）粘（三）粘 度度 粘粘 度度是反映流体流动难易程度的一个物理是反映流体流动难易程度的一个物理参数。参数。粘度值实质上是反映流体流动时分子之间相对运动所引起内摩擦力的大小。粘度大则流动性差，反之，则流动性好。 石油粘度是制定石油开发方案、油井动态分析及石油储运都必须考虑的重要参数。粘度分为动力粘度动力粘度、运运

45、动粘度动粘度和相对粘度相对粘度。第一节 石 油石油的物理性质第一节 石 油石油的物理性质 石油地质学上通常所用的粘度多指石油地质学上通常所用的粘度多指动力粘度动力粘度。动力粘度动力粘度又称为绝对粘度。在国际计量单位si制中，单位为帕斯卡秒(pa.s)。 其定义为：流体通过长度其定义为：流体通过长度( (l l) )为为1m1m，横截面积，横截面积( (f f) )为为1m1m2 2，渗，渗透率透率( (k k) )为为1m1m2 2的介质，当压差的介质，当压差( (pp) )为为1pa1pa，流量，流量( (q q) )为为1m1m3 3/s/s时，时，流体的粘度流体的粘度()()为为1pa.

46、s1pa.s。其表达式为。其表达式为 运动粘度运动粘度动力粘度动力粘度/ /密度，单位是密度，单位是m m2 2/s/s；相对粘度相对粘度又称恩氏粘度，是在又称恩氏粘度，是在恩氏粘度粘度计中，恩氏粘度粘度计中，200ml原油与原油与20oc时同体积蒸馏水流出时间的比。时同体积蒸馏水流出时间的比。可根据实验测定。可根据实验测定。lqpfk粘度的影响因素粘度的影响因素：第一节 石 油石油的物理性质粘粘度度的的影影响响因因素素成分成分：小分子烷烃环烷烃小分子烷烃环烷烃含量高，含量高，粘度低粘度低；胶质沥青质含量胶质沥青质含量 高，粘度高；高，粘度高；同同碳数的烃类，粘度小是碳数的烃类，粘度小是 环烷

47、烃芳香烃烷烃。环烷烃芳香烃烷烃。压力压力：压力：压力 ，粘度，粘度 。温度温度：温度：温度 ，粘度，粘度 。溶解气量溶解气量：溶解气量溶解气量 ，粘度，粘度 ； 总之，在众多因素影响下，地下石油的粘度常低于地表。总之，在众多因素影响下，地下石油的粘度常低于地表。在地下在地下1500-1700m1500-1700m深处，石油的粘度通常仅为地表的一半。深处，石油的粘度通常仅为地表的一半。 （四）溶（四）溶 解解 性性（相似相溶）（相似相溶） 石油在水中的溶解度一般很低。但石油能溶于多种有机溶剂。如氯仿、四氯化碳、苯、醚等。石油是多种有机化合物的混合物，实际上各种化合物都可以看作是有机溶剂，换言之，

48、各成分之间具有互溶性。其中轻质组分对重质组分的溶解作用可能更明显些，也更容易理解。有可能这种溶解作用正是重质组分得以实现运移的有效途径。 第一节 石 油石油的物理性质 石油在水中的溶解度一般很低，通常随分子量的增加而很快变小，但因各烃类的化学性质的差异而有很大的差别。其中芳烃的溶解度最大，可以达到数百上千个ppm；环烷烃次之，一般为14150ppm；烷烃最低，仅几个几十个ppm。 在碳数相同时，一般芳香烃的溶解度大于链烷烃。如己烷、环己烷和苯的溶解度分别为9.5、60和1750mg/l，差别是非常明显的。苯和甲苯是溶解度最大的液态烃。 相相同碳数的烃溶解度为：芳烃同碳数的烃溶解度为：芳烃 环烷

49、烃环烷烃 烷烃烷烃。 第一节 石 油石油的物理性质 当压力不变时，烃在水中的溶解度随着温度温度升高而变大。芳香烃更明显。但随含盐度含盐度和压力压力的增大而变小。当水中饱和coco2 2和烃气烃气时，石油的溶解度将明显增加第一节 石 油石油的物理性质当压力不变时，液态烃在水中的溶解度随当压力不变时，液态烃在水中的溶解度随溶溶解解度度影影响响因因素素温度温度 溶解度溶解度芳香烃更明显。芳香烃更明显。含盐度含盐度压压 力力水中饱和水中饱和coco2 2和烃气和烃气溶解度明显溶解度明显 溶解度溶解度 （五）、凝固和液化（五）、凝固和液化 石油的凝固和液化温度没有固定的数值。在凝固和液化之间可以出现中间

50、状态。富含沥青的石油在温度降低时无明显凝固现象。石油的凝固点与粘度、重质石蜡的含量有关，尤其与后者关系密切。富含石蜡的石油在温度下降到结蜡点时，即伴随石蜡结晶而出现凝固现象；高粘度原油一般富含石蜡，10左右便会变成粘糊状或固体状；石油凝固点的高低与含蜡量及烷烃碳原子数具有正相关性。凝固点高的原油容易使井底及油管结蜡，给采油增加困难。轻质石油凝固点很低，所以，一般低凝固点的石油为优质石油。 第一节 石 油石油的物理性质 （六）、蒸发和挥发（六）、蒸发和挥发 蒸发和挥发蒸发和挥发都是指在常温常压下液体表面所进行汽化的现象，二者可视为同义词。蒸发侧重于汽化现象本身，而挥发则是侧重于表述这种现象的动态

51、过程和结果。 石油蒸发时轻组分优先逸出；而通常石油的挥发性即指其轻组分以气体形式离开石油散发掉的现象和事实；其结果都是使石油的比重增大。第一节 石 油石油的物理性质 （七）萤光性（七）萤光性 萤光性萤光性石油在紫外光照射下可产生萤光的特性石油在紫外光照射下可产生萤光的特性。 石油中只有不饱和烃及其衍生物具有萤光性只有不饱和烃及其衍生物具有萤光性。这是因为它们能吸收紫外光中波长较短、能量较高的光子，随后放出波长较长而能量较低的光子，产生萤光（原理）。饱饱和烃不发萤光和烃不发萤光。萤光性可能与不饱和烃存在双键有关与不饱和烃存在双键有关。萤萤光颜色因物质不同而异，而发光强度则因物质浓度而变。光颜色因

52、物质不同而异，而发光强度则因物质浓度而变。随不饱和烃及含双键的非烃浓度和分子量增加而加深。芳烃呈天蓝色，胶质为黄色，沥青质为褐色。利用石油具有萤光性，可以用紫外灯鉴定岩石中微量石油和沥青类物质的存在。石油发萤光的现象非常灵敏，在有机溶剂中只要含有10-5（1/100000）的石油和沥青类物质即可被发现。第一节 石 油石油的物理性质 （八）旋光性（八）旋光性 旋光性旋光性是指石油能使偏振光的振动面旋转一定角是指石油能使偏振光的振动面旋转一定角度的特性。度的特性。大多数石油都具有旋光性，石油的旋光角一般是几分之一度几度之间。绝大多数石油的旋光角是使偏振面向右旋转（即右旋），仅有少数为左旋。 石油的

53、旋光性主要与组成石油的化合物在结构上存在不对称碳原子不对称碳原子（又称手征型碳原子）有关，而通常存在手征碳原子的甾、萜类化合物，是典型的生物成因标志化合物。人工合成的有机物或天然无机物（石英、冰洲石除外）则不具备旋光性。因此，旋光性可以作为石油有机成因旋光性可以作为石油有机成因的重要证据之一。的重要证据之一。石油的旋光性随着年代的增长而减弱。第一节 石 油石油的物理性质第一节 石 油石油的物理性质 （九）石油的导电性（九）石油的导电性 石油及其产品具有极高的电阻率，石油的电石油及其产品具有极高的电阻率，石油的电阻率为阻率为10109 9-10-101616mm，与高矿化度的油田水（电，与高矿化

54、度的油田水（电阻率为阻率为0.02-0.1m0.02-0.1m）和沉积岩（）和沉积岩（1-101-104 4mm）相比，可视为无限大相比，可视为无限大。 石油及其产品都是非导体。石油及其产品都是非导体。第一节 石 油石油的物理性质 （十）石油的热值（十）石油的热值 石油作为重要的能源，其主要经济价值就在于它的热能。石油作为重要的能源，其主要经济价值就在于它的热能。 石油的热值因石油的品质不同而有所差异，比重在石油的热值因石油的品质不同而有所差异，比重在 0.70.70.8kg/l0.8kg/l的原油为的原油为 44.5-47mj/kg44.5-47mj/kg；比重为；比重为0.8-0.9kg/

55、l0.8-0.9kg/l的原油为的原油为 43-44.5mj/kg43-44.5mj/kg；比重为；比重为 0.9-0.95kg/l0.9-0.95kg/l的原油为的原油为 42-43mj/kg42-43mj/kg。与煤比较（煤的热值为。与煤比较（煤的热值为22-32mj/kg22-32mj/kg）。）。 约约1.5吨煤的热值才相当于吨煤的热值才相当于1吨石油。吨石油。木柴木柴泥炭泥炭褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤焦炭焦炭石油石油汽油汽油天然气天然气20002500200035002000500065007000100011000700012000表中单位：千卡表中单位：千卡/ /千克千克（kc

56、al/kgkcal/kg）第一节 石 油石油的分类 四、石油的分类四、石油的分类 石油的分类方案较多，常因分类目的不同而采用不同的分类参数。下面介绍目前石油地质学上较为流行的蒂索和威尔特（1978）提出的分类方案。 饱和烃含量对于石油有重大影响，且统计结果恰好饱和烃分布在在50%50%出现两个众数的最小值出现两个众数的最小值，故考虑以饱和烃含量50%为界将石油分为两大类型两大类型。（图） 饱和烃饱和烃50%50%，石腊，石腊- -环烷型大类；环烷型大类； 芳烃芳烃+sno+sno化合物化合物50%50%，芳香型大类。，芳香型大类。第一节 石 油石油的分类 该分类方案依据原油中各烃类含量比例关系

57、， 在前面两大类的基础上，用原油中沸点210oc馏分分析数据，以烷（石腊）烃、环烷烃、芳烃+s、n、o化合物为三个端元，采用三角图解来进一步划分原油类型，分为六种类型 （图）（表） 石腊型石腊型 芳香芳香-中间型中间型 石腊石腊-环烷型环烷型 石腊石腊-环烷型环烷型 芳香型芳香型 芳香芳香-沥青型沥青型 环烷型环烷型 芳香芳香-环烷型环烷型返回第一节 石 油石油的分类 图图 原油分类三角图解原油分类三角图解返回第一节 石 油石油的分类图中兰色线条石石 油油 分分 类类 表表（据 bb.p.tissot等，1978）返回第一节 石 油石油的分类在210石油馏分中的浓度s=饱和烃 aa=芳香烃+胶

58、质+沥青质p=石蜡烃 n=环烷烃石 油 类 型石油中硫的含量（近似值）每一类样品的数目（样品总数=541 ）s50%aa50% pn 且 p40%石蜡型石油1%100 p40% 且 n40%石蜡-环烷型石油217 np 且 n40%环烷型石油21s50%aa50%p10%芳香-中间型石油1%126p10%n25%芳香-沥青型石油41n25%芳香-环烷型石油一般1%36五五 海、陆相石油的基本区别海、陆相石油的基本区别 p p8 8 海相与陆相石油的特征有着明显的区别，具体表现在以下几个方面： 1 1、石油类型、石油类型 2 2、含蜡量、含蜡量 3 3、含硫量、含硫量 4 4、钒、镍含量与比值、

59、钒、镍含量与比值 5 5、碳稳定同位素的分布、碳稳定同位素的分布第一节 石 油海陆相石油的区别 1 1、石油类型、石油类型 海相石油海相石油以芳香以芳香- -中间型和石蜡中间型和石蜡- -环环烷型为主，饱和烃占石油的烷型为主，饱和烃占石油的25-70%25-70%，芳烃占，芳烃占总烃的总烃的25-60%25-60%。 陆相石油陆相石油以石蜡型为主，部分为石以石蜡型为主，部分为石蜡蜡- -环烷型，饱和烃占石油的环烷型，饱和烃占石油的60-90%60-90%，芳烃，芳烃占总烃的占总烃的10-20%10-20%。 第一节 石 油海陆相石油的区别 2 2、含蜡量、含蜡量 陆相石油陆相石油含蜡量高。含蜡

60、量高是陆相石油的含蜡量高。含蜡量高是陆相石油的基本特征之一基本特征之一 。世界上高蜡石油都产于陆相环境。世界上高蜡石油都产于陆相环境中。在我国，根据陆相石油的分析资料，含蜡量普中。在我国，根据陆相石油的分析资料，含蜡量普遍大于遍大于5%5%，一般为，一般为10-30%10-30%，个别可达，个别可达40%40%以上以上 海相石油海相石油含蜡量均小于含蜡量均小于5%5%，一般仅，一般仅0.5-3%0.5-3%。第一节 石 油海陆相石油的区别 3 3、含硫量、含硫量 海相石油海相石油 一般为高硫石油，一般为高硫石油， 陆相石油陆相石油 一般为低硫石油。含硫量一般为低硫石油。含硫量主要与蒸发盐或碳酸