油气水的组成和性质

1、2021/12/271主要内容主要内容u原油的成分及性质原油的成分及性质u天然气的成分和性质天然气的成分和性质 u油田水的成分和性质油田水的成分和性质2021/12/272一、石油的概念一、石油的概念 石油（石油（Petroleum）是指从地下深处开采出来的多组分混是指从地下深处开采出来的多组分混合物。即合物。即指指气态气态、 液态液态 、固态固态的以烃类为主的混合物，具的以烃类为主的混合物，具天然产状天然产状（第（第11届世界石油大会、国际标准化委员会）。届世界石油大会、国际标准化委员会）。第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质原油原油（Crude Oil）：是石）：是石油的基本类型

2、，赋存在地油的基本类型，赋存在地下储集层内，在常温、常下储集层内，在常温、常压条件下呈液态的。压条件下呈液态的。2021/12/273二、原油的化学组成二、原油的化学组成（一）、元素组成（一）、元素组成（Elemental composition） 世界上各油田所产原油的性质虽然千差万别，但它们的元素组成是世界上各油田所产原油的性质虽然千差万别，但它们的元素组成是一致的，基本是由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成，而且主要是碳和一致的，基本是由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成，而且主要是碳和氢。它们在原油中含量的一般范围是：氢。它们在原油中含量的一般范围是：碳碳 83.083.087.087.0氢氢

3、 11.011.014.014.0硫硫 0.050.058.008.00氮氮 0.020.022.002.00氧氧 0.050.052.002.00 除碳、氢、硫、氮、氧外，原油中还含有微量的金属和非金属元素，除碳、氢、硫、氮、氧外，原油中还含有微量的金属和非金属元素，它们的含量一般只是百万分之几甚至十亿分之几。微量金属元素它们的含量一般只是百万分之几甚至十亿分之几。微量金属元素3030多种多种, , 有有 FeFe、AlAl、V V、NiNi。第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/274（一）、元素组成（一）、元素组成碳、氢两种元素在原油中一般占碳、氢两种元素在原油中

4、一般占9595以上以上 第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/275（二）、化合物组成（二）、化合物组成 烃类烃类（Hydrocarbon）：指全部由氢和碳原子构成的化合物：指全部由氢和碳原子构成的化合物烷烃、烷烃、环烷烃、芳香烃环烷烃、芳香烃 第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质1 1、烷烃、烷烃（Alkanes） ：属饱和烃（：属饱和烃（C Cn nH H2n+22n+2） 常常PTPT下下 C C1414气态，气态，C C516516液态，液态，C C1717+ +固态固态 2021/12/276管线中的结蜡管线中的结蜡（C33）第一节第一节 原油的成分

5、和性质原油的成分和性质 1 1）正构烷烃：含量是较高的，其含）正构烷烃：含量是较高的，其含量一般为量一般为15152020。原油中已检测。原油中已检测出出C C1 1C C6060的各种正构烷烃。的各种正构烷烃。正构烷烃正构烷烃含量随碳原子数增加有规律地减少。含量随碳原子数增加有规律地减少。 2021/12/2772 2）异构烷烃）异构烷烃 C C1010内的异构烷烃含量较高，在内的异构烷烃含量较高，在C C5 5C C8 8范围内，最常见的构型是具有范围内，最常见的构型是具有一个叔碳原子（一个叔碳原子（2-2-甲基或甲基或3-3-甲基），其次是两个叔碳原子的构型。在中甲基），其次是两个叔碳原

6、子的构型。在中等分子量范围内最重要的异构烷烃是异戊二烯类烷烃，它们是等分子量范围内最重要的异构烷烃是异戊二烯类烷烃，它们是C C9 9C C2525的的异构烷烃，每隔三个碳原子有一个甲基支链，含量常占原油的异构烷烃，每隔三个碳原子有一个甲基支链，含量常占原油的1 1。 最重要：异戊二烯型烷烃（植烷，姥鲛烷）最重要：异戊二烯型烷烃（植烷，姥鲛烷）生物标志化合物生物标志化合物 。第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质 2 ， 6 ， 10 ， 14 - 四甲基十六烷 ( 植烷 ) ： 2 ， 6 ， 10 ， 14 - 四甲基十五烷 ( 姥鲛烷 ) ： 2 ， 6 ， 10 - 三甲基十五

7、烷 ( 降姥鲛烷 ) ： 2 ， 6 ， 10 - 三甲基十三烷 ( 异十六烷 ) ： 2 ， 6 ， 10 - 三甲基十二烷 ( 法呢烷 ) ： 常见类异戊二烯型烷烃结构示意图常见类异戊二烯型烷烃结构示意图 2021/12/2782 2、环烷烃、环烷烃（Naphthene）轻馏分中（轻馏分中（C 2% 2% 高硫石油（碳酸盐岩高硫石油（碳酸盐岩 地层）地层） 0.5-2% 0.5-2% 含硫石油含硫石油 0.5% 0.5% 低硫石油（砂岩地层）低硫石油（砂岩地层）第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/27112 2、含氮化合物、含氮化合物（Nitrogen compo

8、unds） ：u含量为万分之几至千分之几，约有含量为万分之几至千分之几，约有9090存在于渣油中；其中存在于渣油中；其中金属卟啉化合物最为重要，石油有机成因证据之一。金属卟啉化合物最为重要，石油有机成因证据之一。第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/27123 3、含氧化合物、含氧化合物（Oxygen compounds）：u含量一般只有千分之几，个别石油可高达含量一般只有千分之几，个别石油可高达23%23%。u分为酸性和中性两类。前者有环烷酸、脂肪酸及酚，总称为分为酸性和中性两类。前者有环烷酸、脂肪酸及酚，总称为石油酸；后者有醛、酮类。石油酸；后者有醛、酮类。u石油中

9、主要是酸性含氧化合物，其中环烷酸最多，占酸性物石油中主要是酸性含氧化合物，其中环烷酸最多，占酸性物质质9090以上。以上。u环烷酸很容易生成各种盐类，其中碱金属盐能很好地溶解于环烷酸很容易生成各种盐类，其中碱金属盐能很好地溶解于水中，在石油接触的地下水中常含这种环烷酸盐，可作为找水中，在石油接触的地下水中常含这种环烷酸盐，可作为找油的标志。油的标志。 phenol苯酚（石炭酸）苯酚（石炭酸）第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/27134 4、胶质、沥青质胶质、沥青质 （resin and asphaltene）沥青质沉淀造成的不利影响降低井的产量增高泵压堵塞生产设施防

10、治方法防治方法 用溶剂溶解去除用溶剂溶解去除 用机械方法去除用机械方法去除 加入分散剂防止沥青质集结加入分散剂防止沥青质集结第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/2714第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质（三）、原油族组成（三）、原油族组成将原油分为将原油分为、胶质胶质和和原油原油沥青质沥青质原油溶液原油溶液饱和烃饱和烃芳香烃芳香烃胶质胶质2021/12/2715第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质（四）、馏份组成（四）、馏份组成（FractionsFractions） 根据各馏份根据各馏份沸点不同沸点不同进行蒸馏区分（据潘钟祥等，进行蒸馏区分（据

11、潘钟祥等，19861986） （蒸馏）馏 分轻 馏 分中 馏 分重 馏 分石油气汽油C511煤油C916柴油C1323重瓦斯油润滑油渣油切割温度3535-190190-260260-320320-360360-530530 石油 石油气 汽油 煤油 柴油 减 压 塔 重油 润滑油 渣油 200 常 压 塔 加热炉 加热炉 360 2021/12/27161 1、颜色（、颜色（colorcolor） 颜色变化较大，从无色颜色变化较大，从无色黑色。黑色。 第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/2717热采热采 蒸汽吞吐法蒸汽吞吐法热采热采 -蒸汽辅蒸汽辅助重力泄油法助重力泄

12、油法第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/2718 20的原油与的原油与4纯水单位体积的重量比。纯水单位体积的重量比。d204d204：0.751.00。 也也有有1.0者者（伊朗、加州、墨西哥，我国孤岛馆陶组原油：（伊朗、加州、墨西哥，我国孤岛馆陶组原油： 0.931.026。）。） 前苏联苏拉汉原油：前苏联苏拉汉原油：0.71 第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/2719第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质流动性流动性产量，开发方式，产量，开发方式，管线运输管线运输2021/12/2720第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和

13、性质2021/12/2721第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/2722易溶于氯仿，四氯化碳，苯，石油易溶于氯仿，四氯化碳，苯，石油醚等有机溶剂。醚等有机溶剂。第一节第一节 原油的成分和性质原油的成分和性质2021/12/2723一、概念一、概念广义：自然界中一切气体均称为天然气，即包括气圈、水圈、广义：自然界中一切气体均称为天然气，即包括气圈、水圈、岩石圈以至地幔和地核中的一切天然气体。岩石圈以至地幔和地核中的一切天然气体。狭义：指与油气田有关的烃类气体。狭义：指与油气田有关的烃类气体。二、组成二、组成1 1、元素组成、元素组成 C C、H H 为主，少量为主，少量

14、 N N、 O O、 S S。 含量：含量：C C： 6580% H6580% H：1220%1220% 2021/12/27242 2、化合物组成、化合物组成 烃类烃类：甲烷占绝对优势，并有数量不等的重烃气（：甲烷占绝对优势，并有数量不等的重烃气（C C2 2+ +） 非烃非烃：COCO2 2、N N2 2、H H2 2S S、H H2 2、COCO、SOSO2 2、HgHg等等 微量的惰性气体（氦、氖、氩、氪、氙等）微量的惰性气体（氦、氖、氩、氪、氙等） 有时含有少量的有机硫、氧、氮化合物。有时含有少量的有机硫、氧、氮化合物。 2021/12/27251 1气藏气气藏气（干气）：烃类气体单

15、独聚集成藏，不与原油伴生。（干气）：烃类气体单独聚集成藏，不与原油伴生。 C C1 1一般大于一般大于95%95%，重烃气含量极少（，重烃气含量极少（14%14%）。）。2 2气顶气气顶气（湿气）：与原油共存于油气藏中，呈游离气顶状态的天然气。（湿气）：与原油共存于油气藏中，呈游离气顶状态的天然气。 重烃含量可达百分之几重烃含量可达百分之几几十（仅次于甲烷）（几十（仅次于甲烷）（gas capgas cap）3 3溶解气溶解气（dissolved gasdissolved gas）：地层条件下溶解在原油和水中的气体。重烃含）：地层条件下溶解在原油和水中的气体。重烃含量变化大：量变化大：2080

16、%2080%4 4凝析气凝析气（condensate gascondensate gas）：当地下温度压力超过临界条件后，液态烃逆）：当地下温度压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发形成凝析气。采出过程中反凝析出凝析油。蒸发形成凝析气。采出过程中反凝析出凝析油。5 5天然气水合物：天然气水合物：在冰点附近特殊的温度和压力条件下，甲烷等气态分子被在冰点附近特殊的温度和压力条件下，甲烷等气态分子被天然地封闭在水分子的扩大晶格中，形成固态气水合物。主要分布在冻土、天然地封闭在水分子的扩大晶格中，形成固态气水合物。主要分布在冻土、极地和深海沉积物中。极地和深海沉积物中。固态气水合物是在温度高于水本身的固化温

17、度的时候，固态气水合物是在温度高于水本身的固化温度的时候，天然气和水结合而形成的一种固态液体，而不是化合物。气体分子和水分子天然气和水结合而形成的一种固态液体，而不是化合物。气体分子和水分子的数目是固定的，一个甲烷分子需要的数目是固定的，一个甲烷分子需要5.75个水分子，一个乙烷分子需要个水分子，一个乙烷分子需要7.66个水分子，一个丙烷或丁烷分子需要个水分子，一个丙烷或丁烷分子需要17个水分子。个水分子。 2021/12/2726四、天然气的物理性质四、天然气的物理性质1 1相对密度相对密度：标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的质量比值。：标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的质量比值

18、。一般一般0.50.7g/cm0.50.7g/cm3 3。2 2粘度粘度：天然气粘度随分子量增加而减小，随温度压力增高而增大。一：天然气粘度随分子量增加而减小，随温度压力增高而增大。一般天然气的粘度在般天然气的粘度在00时为时为0.310.311010-3-3mPaSmPaS，2020时为时为12121010- -3 3mPaSmPaS。 3 3蒸气压力蒸气压力：气体液化时所施加的最低压力称蒸气压力。它随温度升高：气体液化时所施加的最低压力称蒸气压力。它随温度升高而增大。随分子量的减小而增大。而增大。随分子量的减小而增大。4 4溶解性溶解性：易溶于原油和水。：易溶于原油和水。5 5热值热值：每

19、立方米天然气燃烧时所发出的热量。：每立方米天然气燃烧时所发出的热量。 热值排序：煤热值排序：煤 干气干气 原油原油 湿气湿气 氢气氢气6 6扩散性：扩散性： 2021/12/27272021/12/27282 2、 油田水的来源油田水的来源 ( (水水油气相互作用）油气相互作用）1 1）沉积水：在沉积物堆积过程中）沉积水：在沉积物堆积过程中, ,保存在其中的水。保存在其中的水。 其含盐度和化学组成与沉积时的古海、古湖泊水的含盐度其含盐度和化学组成与沉积时的古海、古湖泊水的含盐度与沉积物有密切关系。因此，不同环境下形成的油田水矿化度与沉积物有密切关系。因此，不同环境下形成的油田水矿化度有明显的差

20、别有明显的差别. .2 2）渗入水：大气降雨时渗入到浅处具有孔隙性岩层中的水。）渗入水：大气降雨时渗入到浅处具有孔隙性岩层中的水。（低矿化度）（低矿化度）3 3）深成水：来源于地壳深部的高温、高矿化度、饱和气体的）深成水：来源于地壳深部的高温、高矿化度、饱和气体的地下水地下水, ,又称初生水。又称初生水。 2021/12/2729二、油田水的化学组成二、油田水的化学组成 无机组分无机组分 (占绝大部分）占绝大部分） 有机组分有机组分 （含量一般很小）（含量一般很小）基本以离子基本以离子形式存在形式存在NaNa+ + K K+ + Ca Ca2+2+ Mg Mg2+2+ClCl- - SO SO

21、4 42-2- HCO HCO3 3- - CO CO3 32-2-烃类气体烃类气体 苯苯 甲苯甲苯 环烷酸环烷酸 酚酚 （找油的重要水化学标志找油的重要水化学标志）钡钡 缌缌 铵铵 溴溴 碘碘 硼硼2021/12/2730三、油田水的矿化度三、油田水的矿化度1.1.概念概念: : 指单位体积水溶液中指单位体积水溶液中 阴、阳离子、元素及化合物的阴、阳离子、元素及化合物的总含量称总矿化度。总含量称总矿化度。2.2.表示方法表示方法: : （1 1）重量法重量法: mg/L (: mg/L (主要主要) ) 或或 ppm mg/L=ppm/ppm mg/L=ppm/水的密度水的密度（2 2）当量

22、法）当量法: : 毫克当量毫克当量 = = 重量数重量数/ /当量值当量值( (绝对含量绝对含量) )3 3用途用途: : （1 1）判断地下水与油气的关系。总矿化度越高）判断地下水与油气的关系。总矿化度越高, ,与油气的关与油气的关系越密切。系越密切。 （2 2）判断油田水的）判断油田水的 起源起源 及及 沉积环境沉积环境 2021/12/2731四、油田水的类型四、油田水的类型 （一）（一）分类依据分类依据 根据大陆水根据大陆水 与与 海水海水 离子和含量的差别离子和含量的差别 1.1.大陆水大陆水: : 淡水为主淡水为主 含盐度低含盐度低 (500mg/L) NaHCO(500mg/L) NaHCO3 3 占优势占优势 含含NaNa2 2SOSO4 4 2. 2.海海 水水: : 咸水为主咸水为主 含盐度高含盐度高 ( (约约 35000mg/L) 35000mg/L) 不含不含NaNa2 2SOSO4 4 以以NaCl NaCl