石油化学第二章

石油化学第二章2023/4/231第1页，共76页，2023年，2月20日，星期日3.石油的烃族组成①汽油馏分的烃族组成②煤柴油馏分及减压馏分的烃族组成③减压渣油的族组成4.石油馏分的结构族组成①石油高沸点馏分的结构族组成②减压渣油的结构族组成。第2页，共76页，2023年，2月20日，星期日三、石油中的非烃化合物1.石油中的含硫化合物①石油及其馏分中硫的分布②石油及其馏分中含硫化合物的组成③含硫化合物对石油加工及产品应用的影响2.石油中的含氮化合物①石油及其馏分中的氮的分布②石油及其馏分中含氮化合物的组成3.石油中的含氧化合物①石油及其馏分中酸性氧化物的分布②石油中含氧化合物的组成第3页，共76页，2023年，2月20日，星期日4.石油中的微量元素5.石油中的胶状沥青状物质①胶质与沥青质的基本概念②胶质与沥青质的元素组成和平均分子量③胶质及沥青质的结构特征：基本结构单元、平均分子组成结构、似晶结构④石油胶体分散体系分散相、分散介质、胶体分散体系稳定条件⑤胶质、沥青质的性质第4页，共76页，2023年，2月20日，星期日第一个问题：石油是什么？第一章石油的化学组成第二个问题：石油从哪里来？第二章石油的成因第5页，共76页，2023年，2月20日，星期日由于石油的价值越来越被重视，石油需求量与日俱增，寻找新的油田已成为当务之急，而石油成因的研究可以为找矿提供理论指导，所以这一课题一向为国内外地质学家所关注。第二章石油的成因第6页，共76页，2023年，2月20日，星期日石油成因的研究必须解决三个问题：什么是生成石油的原始物质;原始物质转变成石油的原因和过程;石油的运移和富集过程。第7页，共76页，2023年，2月20日，星期日关于石油生成的原始物质，有两大学派：无机成因认为:石油由自然界中的无机物质形成;有机成因认为:石油由地质时期中的生物有机质形成。第8页，共76页，2023年，2月20日，星期日在石油工业发展早期，人们从纯化学角度出发，认为石油是无机成因的。无机生成说的主要依据:①实验室中，无机物可以合成烃类；②火山喷出气体中有甲烷、乙烷等烃类成分;③石油分布常常与深大断裂有关（断开地壳，作为通道）第一节石油的无机成因学说第9页，共76页，2023年，2月20日，星期日自门捷列夫1876年提出“碳化物说”以来，一直有研究者在不断探索，归纳起来可分2大类:泛宇宙说:宇宙说(索可洛夫，1889.10)地慢脱气说(T.Gold，1993)地球深部无机合成说:碳化物说(门捷列失，1876)岩浆说(库得梁采夫，1949)高温生成说(切卡留克，1971)蛇纹石化说(耶兰斯基，1966，1971)第10页，共76页，2023年，2月20日，星期日一、碳化物说这是由俄国化学家门捷列夫于1876年创立的。第11页，共76页，2023年，2月20日，星期日二、宇宙说这是由俄国学者索科洛夫于1889年提出的，主张:在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在它的气圈中；随着地球冷凝，碳氢化合物被冷凝岩浆吸收，最后，它们凝结于地壳中而成石油。第12页，共76页，2023年，2月20日，星期日三、岩浆说这是前苏联学者库德梁采夫在1949年提出来的，他认为碳和氢不仅存在于太阳和星球中，而且也存在于地球的岩浆中，在高温高压下它们形成各种烃类。第13页，共76页，2023年，2月20日，星期日无机成因的致命弱点：脱离了地质条件来讨论石油的形成，而且将宇宙中发现的简单烃类与复杂的石油烃类等同起来。目前大家比较公认是能够指导生产并正确反映客观规律的有机成因学说。第14页，共76页，2023年，2月20日，星期日有机起源说创立于19世纪中叶，随着油田地质和石油化学研究的深入，支持它的证据越来越多。石油中含有的“卟啉”与植物的叶绿素和动物的血红素相似;石油具有成因于生物的有机物质才具有的旋光性;石油中碳12的丰度高于碳13也可以用生物的光合作用来说明等；尤其有力的证据是，世界上99%以上的油田都产生在与生物作用关系密切的沉积岩中。因此，自50年代以来，有机起源说已被学术界公认。第二节石油的有机成因说第15页，共76页，2023年，2月20日，星期日早期成油说：认为石油烃类是地壳浅处，沉积物成岩作用早期，由沉积岩中分散有机质在生物化学作用下生成。晚期成油说：认为石油是有机物质被埋藏后，达到一定深度和温度，在热力和催化作用下，由有机物质转化而来。第16页，共76页，2023年，2月20日，星期日生成石油及天然气的原始物质：既有动物又有植物，而以低等水生生物为主；如:细菌、藻类、有孔虫、介形虫、叶肢介、珊瑚、软体动物等，特别以细菌和藻类最佳。一、油气生成的原始物质第17页，共76页，2023年，2月20日，星期日来源于生物体的有机质在埋藏之前，多分布在沉积物上方的水体中。在地表条件下，有机质不稳定，生物死亡后，遗体受到化学分解和细菌分解:大部分成为气态或水溶成分而逸散;部分受到生物的吞食；进入沉积物的只是一小部分(0.8%)，但总量巨大。第18页，共76页，2023年，2月20日，星期日沉积有机质——是随无机质点一起沉积并保存下来的生物残留物质，包括:生物遗体、生物排泄物和分泌物，又称地质有机质。第19页，共76页，2023年，2月20日，星期日(1)类脂化合物(脂类):其化学组成与石油的化学组成很相近；类脂化合物水解后成脂肪酸，碳数大多在C12-C18

之间，是形成石油的主要有机组分之一。(2)蛋白质:由多种氨基酸组成，氨基酸脱羧基和氨基可转化为烃类——可能是油气中低碳烃的来源之一。第20页，共76页，2023年，2月20日，星期日(3)碳水化合物:可能是石油中芳烃和天然气母质之一(4)木质素和丹宁:木质素不易水解；在缺氧水体中，分解，可与其它化合物生成腐殖质；丹宁的组织及特征介于木质素与纤维素之间。可能是石油中芳烃和天然气的母质之一第21页，共76页，2023年，2月20日，星期日第22页，共76页，2023年，2月20日，星期日生物有机质并非是生油的直接母质。生物死之后,与沉积物一起沉积下来，构成了沉积物的分散有机质。这些有机质经历了复杂的生物化学及化学变化，通过腐泥化及腐殖化过程才形成一种结构非常复杂的生油母质——干酪根，成为生成油气的直接先驱。

第23页，共76页，2023年，2月20日，星期日沉积岩中的有机质沥青：溶于有机溶剂干酪根：沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质。干酪根约占总有机质的80～90%，是沉积有机质的主体。二、成油的原始物质—干酪根第24页，共76页，2023年，2月20日，星期日1．干酪根的成分和结构高分子聚合物，没有固定的化学成分，分子式可用[C12H12ON0.16S0.43]x表示。五种元素的重量百分比平均为：C－76.4%，H－6.3%，O－11.1%，S－3.65%，N－2.02%。干酪根在结构上是一种复杂的三维大分子，它有很多结构单元(核)，多个核通过桥键相联结，在桥和核上都可能具有官能团。第25页，共76页，2023年，2月20日，星期日第26页，共76页，2023年，2月20日，星期日干酪根的宏观分类：腐泥型和腐殖型（2）干酪根的类型干酪根腐泥型：H/C为1.3～1.7，呈富集状态时形成油页岩，而呈分散状态时形成生油岩。腐殖型：H/C小于1.0；呈富集状态时形成煤，而呈分散状态时分布于沉积岩中，最终形成天然气。第27页，共76页，2023年，2月20日，星期日腐殖物质：来源于高等植物，以酚结构为主，脂肪结构较少。腐泥物质：来源于水生生物，富含脂链、脂环、肽链。第28页，共76页，2023年，2月20日，星期日不溶于NaOH水溶液的胡敏素腐殖(泥)物质溶于NaOH水溶液的腐植酸随着埋藏深度的增加，最终完全转化成胡敏素，与周围矿物质络合，稳定保存下来，它们就是干酪根的前身物。随着埋藏深度的进一步增加，胡敏素缩合，官能团损失，演变成干酪根。第29页，共76页，2023年，2月20日，星期日Tissot和Durand根据H/C原子比和O/C原子比将干酪根分成Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型。化学分类第30页，共76页，2023年，2月20日，星期日三种类型干酪根的特征对比表有机第31页，共76页，2023年，2月20日，星期日Ⅳ型：H/C原子比在0.5～0.6之间，O/C原子比大于0.25，无生油能力。第32页，共76页，2023年，2月20日，星期日反映三种类型干酪根结构的概念性模型（均处于未成熟阶段）Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型第33页，共76页，2023年，2月20日，星期日1.成岩作用阶段成岩作用是在浅埋条件下使(大量水、矿物、死亡的有机质和活着的微生物组成的不平衡)体系趋于平衡，并在正常条件下促使其固结的一种作用。涉及的深度较浅(几百米)，温度较低，称未成熟阶段。三、有机质成岩演化与油气生成的阶段性第34页，共76页，2023年，2月20日，星期日“生物聚合物”→“地质聚合物”最重要烃类：甲烷。结束标志：沉积物中可抽提腐殖酸已减小到最小量，并失去大多数羧基。分解蛋白质碳水化合物木质素类脂CO2、CH4、NH3、H2S、H2O氨基酸、糖、酚、脂肪酸第35页，共76页，2023年，2月20日，星期日2.深成热解作用阶段矿物的组分和结构方面，主要是粘土矿物发生某些变化(如：蒙脱石--伊利石)。有机质方面，原来作为地质聚合物的干酪根开始向低分子的地质单体物转化，干酪根通过演化首先生成液态石油，在晚期又生成湿气和凝析油。石油在性质上更为成熟。当干酪根中脂肪族C链完全消失时，就标志着深成热解作用的结束。第36页，共76页，2023年，2月20日，星期日3.后成作用和变质作用阶段后成作用阶段：由于温度升高，有机质热裂解反应迅速进行，氢的过量消耗，干酪根H/C原子比已经很低，生油潜力逐渐枯竭。有机质仅由甲烷和C质不溶残渣组成，某些结晶序列开始发育，同时，先期形成的液态烃和湿气也会被裂解成热力学上最为稳定的甲烷。变质作用阶段：残余的干酪根成分转变成石墨。第37页，共76页，2023年，2月20日，星期日干酪根成熟的干酪根原油甲烷H/C增加的过程H/C降低的过程石墨干酪根裂解过程中H/C的变化规律第38页，共76页，2023年，2月20日，星期日四、生油环境沉积有机质要向石油转化必须经历一个碳、氢不断增加而氧不断减少的过程——即去氧、加氢、富集碳的过程。1、大地构造条件现代板块将地球岩石圈划分为六大板块:欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、印度-澳大利亚板块、南极洲板块。第39页，共76页，2023年，2月20日，星期日板块的边缘活动带，板块内部的裂谷、坳陷，以及造山带的前陆盆地、山间盆地等大地构造单位，是在地质历史上曾经发生长期持续下沉的区域，是地壳上油气资源分布的主要沉积盆地类型。第40页，共76页，2023年，2月20日，星期日2、岩相古地理环境无论海相或者陆相，均可具备油气生成的岩相古地理条件一关键在于:

是否有利于生物繁殖，有机质埋藏、保存、转化。海相环境中:一般认为浅海区最有利于油气生成;而滨海区和深海区不利于有机保存和油气的生成。第41页，共76页，2023年，2月20日，星期日深水——半深水湖泊相是陆相烃源岩发育有利区域:①有一定深度、一定面积的的稳定水体，②能够汇聚周围河流带来的大量陆源有机质，③深水一半深水湖区水体底部具备还原环境，特别近海深水湖盆，由于地势低洼、沉降较快，是陆表水的汇集地区，容易长期积水而形成深水湖泊，保安静的还原环境，更是最有利的生油坳陷。第42页，共76页，2023年，2月20日，星期日海陆过渡相区三角洲：陆源有机质源源搬运而来，原地的海相生物，致使沉积物中的有机质含量特别高;沉积速率较高，有机质被快速埋藏;三角洲区域是极为有利的生油区域。第43页，共76页，2023年，2月20日，星期日据油源环境分:海相油、陆相油海湾及泻湖:有半岛、群岛、沙堤或生物礁与大海相隔，该半闭塞无底流的环境对有机质保存有利。第44页，共76页，2023年，2月20日，星期日3、古气候条件古气候条件也直接影响生物的发育;年平均温度高、日照时间长、空气湿度大都能显著增强生物的繁殖能力。因此，温暖、湿润的气候有利于生物的繁殖和发育，是油气生成的有利外界条件之一。第45页，共76页，2023年，2月20日，星期日

适宜的地质环境为有机质的大量繁殖、堆积和保存创造了有利的地质条件，但有机质向石油及天然气演化还必须具备适当的物理、化学及生物化学条件，如:温度与时间、细菌、催化剂、放射性等近些年来研究成果证明，温度与时间是在油气生成全过程中至关重要的一对因素。其它因素，如细菌、催化剂、放射性物质等也有一定的影响。第46页，共76页，2023年，2月20日，星期日第三节天然气的成因（自学）一、生物成因气二．油型气三．煤型气四．无机成因气第47页，共76页，2023年，2月20日，星期日油气水：流体矿产盖层：阻止逸散烃源岩：生烃储集岩：储存和渗透圈闭：容留场所聚集成藏油气运移（hydrocarbonmigration）第四节石油的运移与富集第48页，共76页，2023年，2月20日，星期日油气运移可以导致石油和天然气在储集层的适当部位(圈闭)的富集，形成油气藏，这叫做油气聚集。也可以导致油气的分散，使油气藏消失，此即油气藏被破坏。第49页，共76页，2023年，2月20日，星期日烃源岩(生油气母岩)-能够生成石油和天然气的岩石。烃源岩层(生油层)-由能够生成石油和天然气的岩石组成的岩层。理想的生油岩主要为粘土岩类和碳酸盐岩类，一般是暗色的、细粒的岩石，富含有机质和微体古生物化石，常含指示还原环境的黄铁矿，偶见原生油苗，为低能环境下的产物。第50页，共76页，2023年，2月20日，星期日储集岩和储集层具有一定储集空间，能够储存和渗滤流体的岩石称为储集岩。由储集岩所构成的地层称为储集层，简称储层。储集层(岩)中含有工业价值油(气)流——油(气)层第51页，共76页，2023年，2月20日，星期日一、地下油气运移的证据1.地表渗出的油气苗（说明从地下→地表运移）；克拉玛依：黑油山油泉第52页，共76页，2023年，2月20日，星期日2.采油时很小的井孔可以流出大量的油气（说明至少在开采时是四面八方汇集的结果）；3.采出的石油中可以找到比储层时代老的孢粉（由老的生油层→储层）；注水井与采油井分布——三角形开发井网第53页，共76页，2023年，2月20日，星期日4.生油岩多为细粒岩石如泥岩、页岩，而目前的产油层多为粗粒的砂岩等岩性（生→储）；5.油藏中油气水按比重分异，从上到下分别为气、油、水（层内运移结果）。第54页，共76页，2023年，2月20日，星期日二、油气运移的阶段划分油气运移－油气在地下的流动，或在地下因自然因素所引起的位置移动。按油气运移所发生的场所可分为初次运移和二次运移。初次运移——油气自生油层向储集层（运载层）中的运移。第55页，共76页，2023年，2月20日，星期日二次运移——油气进入储集层/运载层之后的一切运移。初第56页，共76页，2023年，2月20日，星期日三、油气运移的基本方式扩散:分子运动，使浓度梯度达到均衡。扩散方向从高浓度向低浓度。渗滤:机械运动，整体流动，遵守能量守恒定律，流体由机械能高的地方向机械能低的地方流动。第57页，共76页，2023年，2月20日，星期日油气藏油气田油气聚集带含油气区含油气盆地含油气盆地:地壳中具有统一地质发展史，发生过油气生成、运移、聚集过程，并存在工业性油气藏的沉积盆地。第58页，共76页，2023年，2月20日，星期日西部含油气大区由于印度板块向北推挤，挤压聚敛作用明显，导致地壳增厚，造成一系列北西西向挤压造山带与大型盆地相间排列，在造山带前缘前陆盆地与中何地块或陆块组成大型复合型盆地，油气资源丰富，如准葛尔、塔里木、柴达木及藏北羌塘等盆地，在造山带内部则形成山间盆地，如吐哈盆地、河西走廊盆地群。第59页，共76页，2023年，2月20日，星期日东部含油气大区由于太平洋板块向西俯冲和中国大陆仰冲，地壳减薄，地幔上拱，热力构造作用明显，基性岩浆活动频繁，形成一系列北北东向或北东向岩浆弧为主的扩张隆起带和扩张沉降带，在这些沉降带中发育了松江、渤海湾、江汉等含油气盆地及南黄海-苏北、北部湾、莺歌海、琼东南、珠江口、东海、台湾西部、南海中央、太平-礼乐滩等东南沿海大型沉积盆地。形成了大庆、胜利、辽河、大港、华北等大油田或重要含油气区，是我国主要石油基地。第60页，共76页，2023年，2月20日，星期日中部含油气大区自北向南有二连、陕甘宁、四川、楚雄等大型盆地，由于印度洋板块向北推挤，在这些盆地西缘形成了一系列近南北向的挤压推覆构造带，如贫兰山、龙门山、哀牢山等。发现了陕甘宁中部大气田和川东五百梯、外龙河等大气田。是我国大气田分布较多的区域。第61页，共76页，2023年，2月20日，星期日问题：石油是如何开采的？茫茫大地何处找石油？寻找盆地生油凹陷油气聚积区圈闭探井油田第五节油气田的开发和开采第62页，共76页，2023年，2月20日，星期日圈闭：适合于油气聚集，形成油气藏的地质场所。第63页，共76页，2023年，2月20日，星期日第64页，共76页，2023年，2月20日，星期日让石油从地下流出来地质勘探定井位钻井电测射孔试油采油集输炼制加工钻前地质录井井下作业完井第65页，共76页，2023年，2月20日，星期日一、钻井石油钻机是一部复杂的联动机械，通过40米高的井架、天车等提升系统，由柴油机驱动转盘，带动钻杆、钻头钻入地下，还要从钻杆中心泵入泥浆进行循环，以冷却钻头和带回钻碎的岩屑。

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取心钻井获取地下岩心。通过它可以测定岩石的各种性质，直观地研究地下构造和岩石沉积环境，了解其中的流体性质等。如油、气层的分布规律、厚度、岩性、孔隙度、渗透率、含油饱和度、裂缝发育情况等。第67页，共76页，2023年，2月20日，星期日地