油气藏中的流体合集张先平

1、典型油气藏中油、气、水分布的结构剖面图（据美国油藏开发经营委员会报告，1942）第一章 油气藏中的流体 油气藏中流体存在于储集层的孔隙裂缝中，并在圈闭范围内按重力分异，在垂向上呈层状分布，天然气最轻居圈闭顶部，石油居中，水在下面。 任一个油气藏或油藏中都存在石油、天然气、油田水三种流体，而纯气藏中只有天然气和油田水。 油气藏中的石油、天然气、油田水三者并非截然分离，气油、油水和气水之间存在过渡带，它们以一定关系共存于储集层的孔隙裂缝系统中。1第一章 油气藏中的流体第一节 石油第二节 天然气第三节 油田水第四节 油气显示第五节 油气的碳、氢稳定同位素2第一节 石油一、石油的概念及组成（一）石油的

2、概念 石油（又称原油）是以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素；相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气，以及数量不等的烃类和非烃类的固态物质。（二）石油的元素组成 石油的元素组成主要是碳（C）、氢（H），其次是硫（S）、氮（N）、氧（O），并含有几十种微量元素，如铁（Fe）、钙（Ca）、镁（Mg）、钒（V）、镍（Ni）等。 石油中碳含量一般为8387，氢含量一般为1114，碳、氢两元素在石油中一般占9599。3第一节 石油一、石油的概念及组成（二）石油的元素组成 不同产地的石油其元素组成存在差异，但有一定的变化范围； 根据含硫

3、量可把原油分为高硫原油（含硫量大于1）和低硫原油（含硫量小于1）； 通常以0.25为贫氮和高氮石油的界限； 微量元素构成了石油中的灰份，被作为石油有机成因的证据之一。元 素 CHSNO Trace Elements含量变化（%）83-8711-140.01-100-1.70.1-4.5几十种平均含量（%）84.5130.650.50.5n/10000石油中的元素含量（据Hunt，1979）4一、石油的概念及组成（三）石油的馏分组成 石油的馏分：原油在一定沸点区间蒸馏产生的各烃类化合物的混合物。因研究目的不同，切割馏分的温度区间有所不同。第一节 石油 馏 分轻馏分中馏分重馏分石油气汽油煤油柴油重

4、瓦斯油润滑油渣油温度（oC） 3535-190190-260260-320320-360360-530（500）50组成石油、天然气的各种化合物分子的长度（据Welte，1972；Hunt，1979，转引自陈荣书，1989）天然气、水及液固态烃类和非烃类化合物分子的有效直径数据表（据Tissot & Welte，1978，转引自陈荣书，1989）天然气化合物的分子长度和有效直径要比石油化合物分子的长度和有效直径一般要小，更有利于运移。31三、天然气的物理性质（一）天然气的基本物理性质 2.表观分子量 天然气为化学组成不确定的多组分混合气，因此其分子量称表观分子量：式中的Mg为气体混合物的表观分

5、子量；Yi、Mi分别为i气体组分的摩尔分数和分子量；Gi为i气体组分的重量百分比。第二节 天然气或32三、天然气的物理性质（一）天然气的基本物理性质 3.密度和相对密度 密度：单位体积气体的质量。 gMg/Vg PVZnRT式中Mg为表观分子量；Z为压缩因子；P为气层压力（MPa）；T为气层绝对温度。 天然气的密度随重烃含量尤其是高碳数的重烃含量以及CO2和H2S含量的增加而增大。天然气的密度在地表一般为0.70.75kg/m3；在地下可达150250kg/m3，凝析气可达225450kg/m3。第二节 天然气33三、天然气的物理性质（一）天然气的基本物理性质 3.密度和相对密度 相对密度：指

6、相同温度、压力（如1105Pa，15.55或1105Pa，20）天然气密度与空气密度的比值。式中rg为天然气相对密度；g为天然气密度；a为空气密度；Mg为天然气表观分子量；Ma为空气表观分子量。第二节 天然气34三、天然气的物理性质（一）天然气的基本物理性质 4.溶解度 （1）在水中的溶解度 用亨利公式表示： QC P式中Q为溶解度，表示单位容积中溶解的气体体积（m3/m3）；C为溶解系数或亨利系数（10-5m3/m3Pa）；P为气体压力（对混合气体计算各组分的溶解度时，为该组分的分压）。第二节 天然气天然气组分甲烷乙烷丙烷丁烷异丁烷二氧化碳硫化氢氮气溶解系数0.0330.0470.0370.

7、0360.0250.872.580.016常见的天然气组分在纯水中的溶解系数（20，1105Pa）（据，1956）35三、天然气的物理性质（一）天然气的基本物理性质 4.溶解度 （2）在石油中的溶解度 指在地层温、压条件下液态原油中所溶有的，在温、压降低后析出的气体数量，常用V（气）/V（油）（单位为m3/m3）表示。 天然气与石油具有互溶关系，因此天然气在石油中的溶解系数比在水中大得多。 天然气在石油中的溶解度受地层温度、压力、天然气的组成和原油轻烃组分含量等因素影响。第二节 天然气36三、天然气的物理性质（一）天然气的基本物理性质 5.粘度 天然气的粘度常用动力粘度（）即绝对粘度表征，是测

8、量天然气抵抗流动能力的一种度量。式中g为混合气体粘度；i、Yi、Mi分别为i气体组分的粘度、摩尔分数和分子量。 天然气的动力粘度要比石油小得多，一般只有石油的百分之几。第二节 天然气37三、天然气的物理性质（一）天然气的基本物理性质 6.吸附作用 天然气被岩石吸附的现象。单位质量岩石吸附天然气量大小与岩石类型和天然气化合物类型以及压力、温度等有关。 7.热值 烃气含氢量高，燃烧充分，具有极高热值，是最洁净的优质燃料。第二节 天然气气体岩石压力（mmHg*）吸附含量（cm3/kg）甲烷砂岩粘土685.8762.2529.671.8丙烷砂岩粘土73.87725.07600.61,012.9丁烷砂岩

9、粘土791.53690.401,152.31,643.9岩石对气态烃的吸附值（据，1953）* 1mmHg=133.322Pa38三、天然气的物理性质（二）烃类气、液的相态 1.烃气纯物质的相态第二节 天然气丙烷两相系统等温的压力体积关系图（1）露点：气体中第一个液滴形成的点（如右图中A和A点）。（2）泡点：液体中第一个气泡逸出的点（如右图中B和B点）。（3）临界点：泡点线和露点线的交点（如右图中K点）。（4）临界温度（ Tk ）：临界点对应的温度。高于此温度，无论压力多大，都不能产生液相。（5）临界压力（ Pk ）：临界点对应的压力。高于此压力，无论温度多大，都不能气液两相共存。39三、天然

10、气的物理性质（二）烃类气、液的相态 2.多组分烃类相态及反转凝析第二节 天然气多组分烃类物质相态图（1）临界凝析温度点（K1）：PT相图中产生液相最高温度点。换言之，高于此温度，无论压力多大，都不产生液体。（2）临界凝析压力点（K2）：PT相图中能产生气液相共存的最高压力点。换言之，高于此压力，无论温度高低，都不能产生气体。 （3）逆蒸发：随压力增加（或随温度降低），液态烃转变为气态烃的现象。K1K露点线为“逆露点线”。（4）逆凝结：随压力降低（或随温度增加）， 气态烃转变为液态烃的现象。401、名词解释： 石油、石油馏分、生物标志化合物、天然气、干气、湿气、煤层气、固态气水合物、临界温度、临

11、界压力2、石油有哪几个组分？各组分化合物类型有那些？3、简述Tissot和Welte的石油分类。4、简述海相与陆相石油的基本区别。5、石油的主要颜色及决定因素是什么？6、简述天然气的产状。思考题41一、油田水的概念及产状（一）油田水的概念 广义油田水：指油田区域（含油构造）内的地下水，包括油层水和非油层水。 狭义油田水：指油田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水。（二）油田水的产状 底水：指含油（气）外边界以内直接与油（气）相接触，并从底下托着油、气的油层水。 边水：指含油（气）外边界以外的油层水，实际上是底水的外延。 油田范围内的非油层水，可根据它们与油层的相对位置，分别称为上层水、夹层水

12、和下层水。第三节 油田水42一、油田水的概念及产状（二）油田水的产状 第三节 油田水油田水与油气藏在分布上的相互关系（据Levorsen，1954补充，引自潘钟祥等，1986）A.尖灭型油气藏中的油田水；B.背斜型油气藏中的油田水43一、油田水的概念及产状（二）油田水的产状（1）吸附水：吸附在矿物表面的水。包括薄膜水、胶体水、毛细管水。（2）束缚水：在地质条件下不能自由流动的水。（3）自由水：在重力作用下可以自由流动的水。（4）结晶水：参与矿物晶体格架中水。如：石膏中水分子。（5）结构水（或化合水）：参与矿物晶体格架中的OH、H、H3O，不是水分子。（6）沸石水：介于结晶水和吸附水之间的中性水

13、。它的释放不引起矿物结构破坏。（7）层间水：类似沸石水，存在于层状硅酸盐中。石油与天然气地质学中主要研究（1）、（2） 、（3）类水。第三节 油田水44二、油田水的来源及形成（一）油田水的来源（1）沉积水：沉积物堆积过程中保存在其中的水。（2）渗入水：大气降雨时渗入到地下空隙、渗透性岩层中的水。（3）转化水：沉积物成岩过程中或有机质成烃作用过程中产生的水。（4）深成水：岩浆作用或变质作用形成的水，或称内生水、原生水。（二）油田水的形成 由上述各种水混合而成，以转化水和沉积水为主（但是，由于地下水的循环，常常难以保留原来转化水和沉积水的组成特征）。油田水演化过程中，矿化度一般增高。第三节 油田水

14、沉积成因说、有机成因说、渗滤成因说、原生成因说45三、油田水的化学组成及矿化度（一）油田水的化学组成 1、无机组成 油田水的无机组成包括常量组分和微量组分。 常量组成：Na+（包括K+）、Ca2+、Mg2+和Cl-、SO42-、HCO3-（包括CO32-）。 微量组成：I、Br、B、Ba、Sr、F、Fe、Li、Al、V、Ni、NH4+等。 2、有机组成 烃类：油层水较非油层水溶解有较多的烷烃和芳香烃化合物。 酚类：油层水较非油层水溶解有较多的酚类化合物，以甲酚和邻甲酚为主。 有机酸：油田水中可溶解有环烷酸、脂肪酸和氨基酸。 第三节 油田水46三、油田水的化学组成及矿化度（一）油田水的化学组成

15、3、溶解气 油田水中常见的溶解气有O2、N2、CO2、H2S、CH4、He等。（二）油田水的矿化度及分布 矿化度：指单位体积油田水中溶解固体物质的总和。 离子浓度：指某种离子在单位体积油田水中的含量。 海相石油的油田水矿化度一般较高，70%的海相石油矿化度大于100g/l，但有的也接近淡水；陆相石油的油田水矿化度一般较低，一般小于50g/l，但变化较大。第三节 油田水47四、油田水的类型 油田水分类原则应包括： 油田水化学标志及其与非油田水的区别； 不同类型油田水的特征及区别。 自1911年美国Palmer提出第一个油田水分类开始，到目前，虽然对油田水分类方案作过多次修改和补充，但实质上都是以

16、Cl-、SO42-、HCO3-和Na+(K+)、Mg2+、Ca2+含量及其组合关系作为分类基础。在各种分类方案中，以Sulin（1946)分类较为简明，不仅在前苏联，而且在欧、美和我国广泛应用。因此，这里着重介绍Sulin分类。第三节 油田水48四、油田水的类型 第三节 油田水 Sulin认为天然水就其形成环境而言，主要是大陆水和海水两大类。大陆水含盐度低（一般小于500mg/l），其化学成分具有HCO3-SO42-Cl-，Ca2+Na+Mg2+的相互关系，且Na+Cl-，即 （当量比）1。海水的含盐度高（一般约为35，000mg/l），其化学成分具有Cl-SO42-HCO3- ，Na+Mg2

17、+Ca2+的相互关系，且Cl-Na+（即 1）的特点。大陆淡水中以重碳酸钠占优势，并含有硫酸钠，而海水中不存在硫酸钠。 苏林除了以钠、氯离子的当量比例作为水的分类基础，又根据水中主要离子彼此化学亲和力的强弱顺序而组成盐类的原则，将两大类水划分成若干“型”。49四、油田水的类型 第三节 油田水天然水成因分类（据，1946）MgCl2型CaCl2型Na2SO4型NaHCO3型50四、油田水的类型 第三节 油田水水的类型成因系数（浓度比）Na+/Cl-（Na+Cl-）/SO42-（Cl-Na+）/Mg2+大陆水硫酸钠型11110海水氯化镁型101深层水氯化钙型11Sulin的天然水成因分类表（据，1

18、946 ） 油田水的水化学类型以氯化钙型为主，重碳酸钠型次之，硫酸钠型和氯化镁型较为罕见。51一、油气显示的概念（一）定义 油气显示是指石油、天然气及其石油沥青矿物在地表的天然露头和钻井的人工露头。 按相态分：气态、液态、固态； 按观察和分析方法分：显微显示、间接显示、宏观直接显示。第四节 油气显示西段：四棵树泥火山塔里木盆地油苗沥青52一、油气显示的概念（二）油气显示的形成 1.与地下油气藏有关的显示 地下油气藏中的石油和天然气可沿断裂面、不整合面、岩层层面、裂隙、节理或刺穿岩体周围等运移通道溢出到地表。第四节 油气显示与地下油气藏有关的油气显示（据图修改，转引自潘钟祥等，1986）1-4.

19、为与断裂破坏和刺穿现象有关的油气显示；5-7.为与不整合有关的油气显示；8.为与裂缝带、孔隙带有关的油气显示；x.为油气显示产地油气苗、石油沥青、泥火山53一、油气显示的概念（二）油气显示的形成 2.与含油岩层出露有关的显示 地壳抬升剥蚀、河流的侵蚀切割以及断层的错断上升均可导致含油气层出露地表，形成油气显示。第四节 油气显示含油岩层出露地表的两种可能（据潘钟祥，1986，补充）a.因抬升剥蚀而暴露；b.因侵蚀而暴露；c.因错断而暴露54一、油气显示的概念（二）油气显示的形成 3.与生油层共生的显示 生油层本身亦可含油或储油，如泥岩裂缝含油或油侵，灰岩中的晶洞油苗等。第四节 油气显示云塔盆地绿

20、河组沥青脉和沥青砂岩（据Hunt，1963）钻井过程中所钻遇油气流和含油气及含沥青岩石等，为人为成因的油气显示。55二、油气显示的主要类型及特征（一）油气苗 油气苗：液态石油和天然气的地面露头。 油苗可以从出露的油层中直接渗出，也可以从地下油层中沿断层面和不整合面等运移到地表。 气苗常常在水中呈连续或断续的气泡冒出。某些特殊的气苗可产生一定的环境响应，如含H2S的气苗，可使附近植被出现枯黄、矮小等异常。第四节 油气显示56二、油气显示的主要类型及特征（一）油气苗 第四节 油气显示57二、油气显示的主要类型及特征（二）含油和含沥青岩石 含油岩石：指被液态原油侵染的岩石。 油砂全部被原油所饱和侵润； 油斑局部被原油侵染，侵染部位往往是岩石粗粒结构部分或各种裂缝； 油迹岩石被原油局部轻微侵染。 含沥青岩石：指在岩石孔隙中充填有分散固态沥