《石油地质学》课件第一章 油、气、水的成分和性质

1、第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质水油气背斜油气藏研究油气水组成和性质的意义指示油气来源的层位/洼陷指示油气形成的时期指示油气运移方向和距离指示油气保存情况西部原油色谱特征反映成因类型丰富成熟低熟混合来源混合-降解严重降解中等降解严重降解，正构烷烃大量缺失，出现25-降藿烷系列轻度或未降解UCM鼓包原油密度平面变化规律生物降解高升稠油成因典型未熟-低熟油区稠油为次生成因陈家洼陷台安洼陷牛心坨洼陷雷家油田陈家洼陷台安洼陷牛心坨洼陷雷家油田1,6-/1,7-DMC1.350.850.891.031.091.220.931.261.121.39高64-24-24雷29-13雷53雷观1高2-2

2、-011高观12高1-5-13高3-2-072高3-6-0151高3-6-25曾17-23高升油气运移第一节 石油的成分和性质一、石油的组分和族分1石油的组分（oil component） 组分是根据石油中的不同成分在不同溶剂中的选择性溶解对石油成分进行的分类常用的有机溶剂：石油醚、苯、洒精苯、氯仿（1）油质：能溶于石油醚而不被硅胶吸附的部分。（2）胶质：用苯和洒精苯从硅胶上解吸（溶解）下的石油部分。又可分为苯胶质和洒精苯胶质。（3）沥青质：能溶于氯仿，但不溶于石油醚、苯和洒精苯的部分。石油的组分分为油质、胶质、沥青质油质石油醚酒精-苯胶质2石油的族分（oil component）按石油中化合

3、物组成对石油成分的一种分类，分为饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质四部分。石油组分、族组成和馏分的对应关系二、石油的化学组成59种元素：1石油的元素组成（Elemental component）（1）主要元素：氢（H）：10%14%（2）次要元素：硫（S）、氮(N)、氧(O)（3）微量元素（灰分）：如钒（V）、镍(Ni)碳（C）：83%88%、石油的化学组成2石油的烃类组成（Hydrocarbons）（1）烷烃（Alkanes）C1-C4为气态烃C5-C16的直链烷烃呈液态C17+呈固态 CnH2n+2正构烷烃：直链异构烷烃：具有烷基侧链烷烃是石油组成的主体烷烃、芳香烃 兴古7井3978-4014.

4、5m正常原油的饱和烃是一个连续的系列正构烷烃分布异戊间二烯型烷烃 植烷（Phytane）：2、6、10、14-四甲基十六烷姥鲛烷（Pristane）：2、6、10、14-四甲基十五烷 直链结构中，每4个碳原子就有1个甲基支链2石油的烃类组成（Hydrocarbons）（1）烷烃（Alkanes）（2）环烷烃（Cycloalkanes）含有碳环结构的饱和烃 组成环的碳原子数：三员环、四员环、五员环、六员环 碳环的数目：单环烷烃、双环烷烃、三环烷烃多环烷烃CCCCCCCCCCCCCC重要环烷烃：环己烷、环戊烷、甲基环己烷、二甲基环戊烷（3）芳香烃（Aromatics） 含有苯环的碳氢化合物单环芳香

5、烃：多环芳香烃：稠环芳香烃：分子中含有两个或两个以上的独立苯环分子中含有一个苯环苯分子中含有两个或两个以上的相连的苯环3石油的非烃组成（nonhydrocarbons）（1）含硫化合物（sulfur compounds）硫醇类（-SH）：硫基化合物硫醚类（-S-）：硫醚基化合物噻吩类：含有一个硫原子和四个碳原子的不饱和五员环的化合物石油中含硫化合物的数量高硫石油：S2%含硫石油：S=0.5%-2%低硫石油：S0.5%其多少会影响原油的价格腐蚀输油管道（2）含氮化合物（nitrogen compounds）非碱性含氮化合物：咔唑、卟啉等碱性含氮化合物：吡啶、喹啉、异喹啉等卟啉可以用于说明石油的有

6、机成因咔唑可以用于研究石油的运移方向3石油的非烃组成（nonhydrocarbons）（3）含氧化合物（oxygen compounds）酸性氧化物：环烷酸、脂肪酸（R-COOH）中性氧化合物：酚、醛（R-CO-H）和酮（R-CO-R）3石油的非烃组成（nonhydrocarbons）三、石油的物理性质1.颜色（colour）黑色、深綠色、黄褐色、淡黄色、无色颜色与组成有关：胶质-沥青质含量越高，颜色越深。也能反映成熟程度。第一节 石油的成分和性质2.密度（density）轻质油：0.87中等石油（正常石油）：0.87-0.93重质石油（重油）：0.93相对密度:20的石油与4同体积水的重量比

7、值(0.75-1.00) 石油按密度的分类密度的其它表示习惯美国：欧洲：波美度API密度10.010.01.000020.020.10.933330.030.20.875040.040.30.832550.050.40.77783粘度（viscosity） 反映石油流体内摩擦力的参数，动力粘度单位：PaS或mPa.S（1mPa.s=1厘泊）正常原油的粘度：5% 干气：重烃气5% 干燥系数（C1/C2+)甲烷系数(C1/C1+)三、天然气的性质1.相对密度标准状况下，单位体积天然气与同体积空气质量之比2粘度0时：0.31 10-3mPa.s: 20时:12 10-3mPa.s 与成分、压力、温度

8、有关3.天然气的溶解性 天然气可以溶于石油和水中 三、天然气的性质天然气在水中的溶解度与压力有关4.天然气的扩散性（diffusion） 扩散作用是物质在浓度梯度的作用下，自发地发生的从高浓度区向低浓度区转移，以达到浓度平衡的一种物质传递过程 扩散作用强度与分子大小、浓度梯度、介质条件有关四、天然气地下存在形式（相态、产状）气态溶解态（水溶气、油溶气）吸附气（如，煤层吸附气）固态（固体水合物）第三节 油田水的成分和类型 一、油田水及其来源 油田水（oilfield water)：油田区域内的地下水，包括油层水和非油层水。狭义的油田水指与含油层相连通的水。油层水产状：底水和边水。油田水来源来源复

9、杂而认识不统一，一般认为有4种来源沉积水：沉积物堆积过程所保存的水，水的盐度和组成与沉积物堆集时的环境有关；渗入水：指大气淡水的渗入。对高矿化度的地下水起淡化作用转化水：粘土矿物转化，有机质生烃过程形成深成水：从深部沿江游离出来的水和变质作用过程的变质水。二、油田水的化学组成无机组分有机组分1无机组成（inorganic components） 无机离子：Cl- Na+ Mg+ Ca+ HCO3- SO4-2 微量元素：碘、溴、硼、钡、锶、铵等 2有机组成（organic components）烃类：气态烃（C1-C4）、苯、甲苯 甲酚、邻甲酚、环烷酸、脂肪酸酚、有机酸：影响油田地下水化学性质

10、主要因素（1）大气水渗入淡化作用 （6）溶解作用和溶滤作用（2）扩散和浓缩作用 （7）矿物转变及沉淀作用（3）泥岩压实排水作用 （8）阳离子交替吸附作用（4）地下水渗滤浓缩作用 （9）生物地球化学作用（5）粘土矿物脱水作用 （10）混合作用矿化度：单位体积油田水中溶解固体物质的总和单位：g/L三、油田水的矿化度四、油田水的类型苏林分类的原则： 依据（Cl- Na Ca+ Mg+ HCO3- SO4-2） 之间的当量关系硫酸钠（Na2SO4）型重碳酸钠（NaHCO3）型氯化镁（MgCl2）型氯化钙（CaCl2）型四种水型：裸露的地质构造中的地下水可能属于硫酸钠型，与地表水隔绝的封闭水多为氯化钙型

11、，两者之间的过渡带为氯化镁型油田剖面上部层段多为重碳酸氢钠型，随深度增加过渡为氯化镁行和氯化钙型五、油田水与油气的关系1、根据油田水的水化学特征可直接找油油田水与非油田水中有机组分的差异油层水的烃类有气态烃(C1-4烃类)和液态烃。而非油层水中常只含少量甲烷。油层水中苯系化合物含量高,一般可达0.011.58mg/l,最高可达56mg/l,且甲苯/苯大于1;非油层水中苯系化合物含量低,且甲苯/苯小于1。酚在油层水中含量较高,一般大于0.1mg/l,最高可达1015mg/l,且以邻甲酚和甲酚为主;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。2、根据水化学资料判

12、断油气运移、聚集和保存条件油气保存有利的环境：高矿化度，氯化钙型水；反映渗透水交替缓慢或停止。脱硫系数（S042-/(SO42-+Cl-)、钠氯系数Na+/Cl-)可以反映地下水流动的环境和油气运移方向。在泥岩压实排水形成的离心流方向上,矿化度、Na+浓度、Cl-浓度和盐化系数升高,(CO32-+HCO3-)、SO42-浓度、钠氯系数(rNa+/rCl-)和脱硫系数降低.在大气水下渗向心流方向上,矿化度、离子浓度和钠氯系数、脱硫系数和盐化系数一致升高. 北部位于中部深凹带，受泥岩压实排出的淡水影响，矿化度较低；南部邻近南断阶带，断裂沟通的大气水下渗淡化导致地层水矿化度也比较低；之间夹持的条带为

13、离心流和向心流的共同越流泄水区，地层水矿化度较高.地层水水型均为NaHCO3型。高邮凹陷真武曹庄油田戴南组一段地层水矿化度(g/L)与水型分布图 黄珏油田北部邻近深凹带的井位于泥岩压实水离心流区，地层水受泥岩压实排水淡化影响矿化度较低；南部位于断阶带，受断裂沟通的大气水下渗淡化显著影响，地层水矿化度也较低；中间夹持的条带为两者的汇合越流泄水区，地层水矿化度相对较高。 N第四节 石油的碳同位素 氢同位素：H1、H2、H3氧同位素：O16、O17、O18硫同位素：S32、S33、S34、S35氮同位素：N14、N15碳同位素：C12、C13、C14一、同位素概念 具相同质子数(Z)和不同中子数(N)的元素的原子，称为该元素的同位素。1、稳定碳同位素C13和C12的比值2、13C值（C13/C12）标准1123.7x10-5PDB标准：美国南卡罗莱那州白垩系皮迪组拟箭石的碳同位素值二、碳同位素丰度表示方法三、碳同位素分布特点无机碳13C值高于有机碳的13C值有机物的13C值0分子越大，重同位素含量越高；油的重同位素丰度高于气的重同位素丰度 13C烷烃 13C