第1章++油气田地下流体的基本特征油气田开发地质学中国石油大学华东

1、第第 一一 章章 油气田地下流体的基本特征油气田地下流体的基本特征 石油的化学组成及物理性质石油的化学组成及物理性质 天然气的化学组成及物理性质天然气的化学组成及物理性质 油田水的化学组成及物理性质油田水的化学组成及物理性质石油石油油层油层盖层盖层天然气天然气水水碳（碳（C）、氢（氢（H）、氧（氧（O）、氮（氮（N）、硫（硫（S）84-87% 11-14% 1-4%第一节第一节 石油石油一、石油的元素组成* * * *（常见（常见3030多种）多种）储存在于地下岩石空隙（孔、洞、缝）储存在于地下岩石空隙（孔、洞、缝）中的、天然生成的、以液态烃为主要化中的、天然生成的、以液态烃为主要化学组分的可

2、燃有机矿产。学组分的可燃有机矿产。* * * * * *石石油油？1、主要元素、主要元素组成烃类组成化合物，富集于胶质、沥青组分中诸如诸如Fe、Ca、Mg、Si、Al、V、Ni等，其中等，其中V、Ni研究较清楚研究较清楚 :1,:1,:进行油源对比含量低陆相含量高海相判断成油环境NiVNiVNiVNiV一、石油的元素组成* * * *1.1.1.1.元素组成元素组成元素组成元素组成主要元素主要元素：碳、氢、氧、硫、氮碳、氢、氧、硫、氮C C、H H 占绝对优势占绝对优势重量百分比：重量百分比： C C 8484- -87% 87% ； H H 1010- -14%14%； O+N+SO+N+S

3、 1 1- -4%4%半咸咸水半咸咸水S S高（高（1%1%）；内陆淡水：）；内陆淡水：S S低（低（1%2%S2%高硫原油；高硫原油；S S0.5%0.5%低硫原油；低硫原油；S S0.50.5- -2%2%含硫原油含硫原油2、微量元素、微量元素（30余种）余种）含含N N、含、含S S、含、含O O化合物化合物非烃非烃不饱和烃不饱和烃芳烃环烷芳烃芳烃环烷芳烃环烷烃环烷烃饱和烃饱和烃烷烃烷烃（正构、异构）（正构、异构）烃烃含含N N、含、含S S、含、含O O化合物化合物非烃非烃不饱和烃不饱和烃芳烃环烷芳烃芳烃环烷芳烃环烷烃环烷烃饱和烃饱和烃烷烃烷烃（正构、异构）（正构、异构）烃烃二、石油的

4、化合物组成二、石油的化合物组成 * * * * 碳和氢组成的碳氢化合物高达碳和氢组成的碳氢化合物高达420420多种多种1.烷烃烷烃（C原子单键相连呈链式）原子单键相连呈链式）（一）石油中的烃类化合物（一）石油中的烃类化合物（按结构分）)()(姥鲛烷四甲基十五烷植烷四甲基十六烷指标油源对比标志或正构烷烃正构烷烃C1C45，C35 占原油体积占原油体积5-25%5-25%，轻质油中含量高，轻质油中含量高异构烷烃异构烷烃异戊间二烯型，C10为主ccccccccHCnn异构烷烃正构烷烃支链存在与否又叫脂肪烃22,C叶绿素的侧链叶绿素的侧链植醇植醇生物成因标志生物成因标志异戊二烯烃同系列立体化学结构图

5、异戊二烯烃同系列立体化学结构图2.2.环烷烃环烷烃（C原子以单链相连呈闭合环状）原子以单链相连呈闭合环状）含碳环结构单环、双环、三环及多环石油中多为五员环或六员环石油中多为五员环或六员环环戊烷、环己烷及其同系物环戊烷、环己烷及其同系物多环中以多环中以四环甾烷和五环萜烷四环甾烷和五环萜烷较为重要较为重要旋光性旋光性生物成因标志生物成因标志（一）石油中的烃类化合物（一）石油中的烃类化合物3.芳香烃芳香烃（含苯环结构的不饱和烃）（含苯环结构的不饱和烃）萘、蒽、菲稠环芳香烃联苯、三苯甲烷多环芳香烃溶于有机溶剂不溶于水、甲苯、对二甲苯苯单环芳香烃:、石油的低沸点馏分中，石油的低沸点馏分中，芳烃较少，主要

6、为单环芳芳烃较少，主要为单环芳烃。多环稠环芳烃主要出烃。多环稠环芳烃主要出现于重馏分中。现于重馏分中。随石油成熟度增大随石油成熟度增大，芳芳烃系列向低环方向演化。烃系列向低环方向演化。1.含硫化合物含硫化合物万分之几至百分之几万分之几至百分之几油价高含硫量低硫石油之间含硫量含硫石油含硫量高硫石油含量分类%5 . 0:%25 . 0:%2:存在形式：存在形式： 元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩及其同系物等元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩及其同系物等 如如CHCH3 3-SH-SH（甲基硫醇）（甲基硫醇） （二二）石油中的非烃类化合物）石油中的非烃类化合物除除C、H外，还含有外

7、，还含有S、N、O评价石油质量的指标评价石油质量的指标 ; )(:;:镍卟啉钒卟啉卟啉及其同系物吡咯、非碱性吡啶、喹林及其同系物碱性组成、%25. 0:%25. 0:含氮量贫氮石油含氮量高氮石油含量分类2.2.含氮化合物含氮化合物万分之几至千分之几万分之几至千分之几 动物的血红素和植物的叶绿素动物的血红素和植物的叶绿素 （二二）石油中的非烃类化合物）石油中的非烃类化合物研究石油成因研究石油成因 叶绿素（叶绿素（A A）与原油中的卟啉（）与原油中的卟啉（B B）、植烷）、植烷（PhPh）、姥鲛烷（）、姥鲛烷（PrPr）结构比较图）结构比较图（二二）石油中的非烃类化合物）石油中的非烃类化合物环烷酸

8、分布普遍，在水中溶解度小；环烷酸分布普遍，在水中溶解度小；环烷酸环烷酸易形成各种盐类，易形成各种盐类，碱金属的碱金属的环烷酸环烷酸盐盐易容于水易容于水3.3.含氧化合物含氧化合物万分之几至千分之几万分之几至千分之几环烷酸、脂肪酸、环烷酸、脂肪酸、 酚、酮酚、酮 （二二）石油中的非烃类化合物）石油中的非烃类化合物 找油标志找油标志三、石油的物理性质三、石油的物理性质 * * * * 1.颜色颜色（胶质（胶质+沥青质含量有关）沥青质含量有关）无色无色（四川黄（四川黄瓜瓜山、大港油田）山、大港油田）、黄色、绿色、浅红色、褐色、黄色、绿色、浅红色、褐色 、黑色。、黑色。芳烃非烃含量高，颜色深；芳烃非烃

9、含量高，颜色深； 反之，颜色浅。反之，颜色浅。5.1315.155.141时相对密度美国 API相对密度其值时相对密度西欧波美度;1305 .15140密度：密度：单位体积的质量：单位体积的质量：g/cm3或或t/m3; 相对密度（比重）：相对密度（比重）：d420：1atm下下20脱气原油与脱气原油与4 4 同体积纯水的重量比。同体积纯水的重量比。0.750.98之间。之间。0.934 0.934 重质石油；重质石油；0.934 0.934 轻质石油轻质石油相对密度大小取决于化学组成，相对密度大小取决于化学组成，T、P、溶解气量等；、溶解气量等；2.相对密度相对密度5.1315.141604

10、FdAPI度5.1315.141604FdAPI度（6060F F15.515.5） d d4 42020：1atm1atm下下2020单位体积原油与单位体积原油与4 4单位体积纯水的重量比单位体积纯水的重量比一般：一般：d420=0.75=0.75- -0.980.98，变化较大。，变化较大。0.90.9-重质油；重质油；0.93030g/mg/m3 3）的气藏的气藏，叫，叫凝析气藏凝析气藏。一般不单独采取低压水溶气水中异常高压带以下的地热高压水溶气:;: 固态气水合物固态气水合物（冰冻甲烷，水化甲烷）（冰冻甲烷，水化甲烷）在高压、低温条件下，甲烷等气体冻结在水分子在高压、低温条件下，甲烷等

11、气体冻结在水分子的扩大晶格中。的扩大晶格中。液态水、温度低、压力大液态水、温度低、压力大 主要发现于冻土层、极地、深海沉积物中；主要发现于冻土层、极地、深海沉积物中；煤层气煤层气（矿井瓦斯）（矿井瓦斯）煤层中所含吸附或游离状态的天然气。煤层中所含吸附或游离状态的天然气。与煤系有关的气体；与煤系有关的气体；CH4为主，含为主，含N2、Co2、H2s及氨及氨；分散型分散型 溶解气溶解气：地层条件下，溶于石油或水的天然气。：地层条件下，溶于石油或水的天然气。 油溶气油溶气：油藏中溶解的天然气，油藏中溶解的天然气， C C2 2+ +高，可达高，可达40%40%， 水溶气水溶气 C H O S N 微

12、量元素微量元素6580% 1220%二、天然气的化学组成二、天然气的化学组成 * * * *1.元素组成元素组成烃类烃类CH4为主，为主， 数量不等的数量不等的C C2 2+ +、 C2C4为主；为主；非烃类非烃类Co2、N2、H2s；2.化合物组成化合物组成 冀中坳陷赵兰庄构造冀中坳陷赵兰庄构造Ek-Es4Ek-Es4：高压硫化氢气藏，硫化氢：高压硫化氢气藏，硫化氢92%92%； 与地层中含石膏有关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：二氧化碳济阳坳陷平方王油气田下第三系天然气：二氧化碳63-66%63-66%； 与玄武岩与石灰岩接触的加热分解有关与玄武岩与石灰岩接触的加热

13、分解有关 普光气田普光气田迄今为止我国规模最大、丰度最高的特大型整装海相气田迄今为止我国规模最大、丰度最高的特大型整装海相气田到到20082008年预计探明储量将达到年预计探明储量将达到50005000亿立方米至亿立方米至55005500亿立方米，年产能将达到亿立方米，年产能将达到120120亿亿立方米净化气。立方米净化气。干气、硫化氢含量高；干气、硫化氢含量高； 指在标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的质指在标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的质量之比。量之比。 0.56-0.90；三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质 * * * *1.相对密度相对密度 2.2.粘度粘度 n10

14、-2 10-2 mPas；P、T、 分子量、非烃气含量分子量、非烃气含量3.3.溶解性溶解性易溶于石油易溶于石油 难溶于水难溶于水CH4 0.3m3/m3油油 0.033m3/m3水水 水中溶解性水中溶解性T、气体组分有关、气体组分有关 油中溶解性油中溶解性压力、天然气组成、石油性质压力、天然气组成、石油性质4.4.蒸汽压力蒸汽压力将气体液化时所需施加的压力；将气体液化时所需施加的压力；温度温度T， P（相同（相同M）；）；分子量分子量M，P（相同（相同T）；）；5.5.临界温度和临界压力临界温度和临界压力临界温度：临界温度：气相物质能维持液相的最高温度气相物质能维持液相的最高温度临界压力临界

15、压力：在临界温度时，气态物质液化所需最低压力：在临界温度时，气态物质液化所需最低压力第三节第三节 油田水油田水油田水？油田水？* * * * *广义：指含油气区域内与油气藏有密切联系广义：指含油气区域内与油气藏有密切联系 的地下水，包括油层水和非油层的地下水，包括油层水和非油层狭义：直接与油层连通的地下水。狭义：直接与油层连通的地下水。 指油层水指油层水一、油田水的赋存状态及来源一、油田水的赋存状态及来源依据岩石中的蕴藏状态：依据岩石中的蕴藏状态：超毛细管水（自由水）：超毛细管水（自由水）：管形孔隙直径管形孔隙直径 0.5mm0.5mm，裂缝宽度，裂缝宽度0.25mm0.25mm。 蕴藏在储集

16、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。静水压力。毛细管水：毛细管水：管形孔直径管形孔直径0.5-0.0002mm0.5-0.0002mm，缝宽，缝宽0.25-0.0001mm0.25-0.0001mm。 蕴藏在储集层的毛细管孔隙中，当作用于水的外力超过孔隙毛细管力时，蕴藏在储集层的毛细管孔隙中，当作用于水的外力超过孔隙毛细管力时，水可以流动。水可以流动。微毛细管孔隙（束缚水、吸附水、结合水）：微毛细管孔隙（束缚水、吸附水、结合水）：管形孔直径管形孔直径0.0002mm0.0002mm，缝宽，缝宽0.0001m

17、m11（由于含盐类）（由于含盐类）3.3.粘度粘度：比纯水高，矿化度：比纯水高，矿化度 、温度、温度；4.导电性导电性：导电，矿化度及：导电，矿化度及TT；咸味苦味臭鸡蛋味汽油味石油:味42NaclMgsosH四、油田水的物理性质四、油田水的物理性质天然水成因图解天然水成因图解 CaClCaCl2 2型：型：（Cl-Na）/Mg 1深成水、油田水深成水、油田水 MgClMgCl2 2型：型：0 （Cl-Na）/Mg 1海水、盐湖水海水、盐湖水 NaHCONaHCO3 3型：型：（Na-Cl）/SO4 1油田水（高矿化度）油田水（高矿化度）地表淡水（低矿化度）地表淡水（低矿化度） NaNa2 2

18、SOSO4 4型：型：0 （Na-Cl）/SO4 1 地表淡水地表淡水五、油田水的分类五、油田水的分类* * * * *苏联水文学家苏林分类：苏联水文学家苏林分类： 系系 数数 水型水型 成因成因Na/ClNa+-Cl-/SO42-Cl-Na+/Mg2+110硫酸硫酸钠钠型型大陆环境大陆环境地表淡水地表淡水110重碳酸钠型重碳酸钠型大陆环境大陆环境油田水高矿化度油田水高矿化度地表水低矿化度地表水低矿化度101氯化镁型氯化镁型海洋环境海洋环境海水、盐湖水海水、盐湖水101氯化钙型氯化钙型深成环境深成环境油田水油田水本章重点讲述了油气水的基本概念、化学组成及物理性质本章重点讲述了油气水的基本概念、化学组成及物理性质主要内容包括：主要内容包括： 石油、天然气、油田水的概念石油、天然气、油田水的概念 石油的化学组成及物理性质石油的化学组成及物理性质元素组成、化合物组成、物理性质及其影响因素；元素组成、化合物组成、物理性质及其影响因素； 天然气的化学组成及物理性质天然气的化学组成及物理性质产出类型、元素组成及化合物组成、物理性质及其影产出类型、元素组成及化合物组成、物理性质及其影响因素；响因素； 油田水的化学组成及物理性质油田水的化学组成及物理性质 元素组成、化合物组成、物理性质及其影响因素；元素组成、化合物组成、物理性质及其影响因素；小小 结结 一、主要基本概念一、主要基本概念