正丁烷正戊烷多数石油不同碳原子数正烷烃相对含量分布曲线有三个

第一章石油、天然气、油田水的成分和性质

第一节石油的成分和性质一、石油的概念

石油是以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。

在地下油气藏中，石油无论在成分上和相态上都是极其复杂的混合物。在成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素。在相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气，并溶有数量不等的烃类和非烃类的固态物质

据大量资料研究表明，石油中C、H两元素占绝对优势。次为O、N、S。C含量可达83—88%，H含量可达11—14%，二者合计可达95—99%；余下的O、N、S总量一般不到2—3%。个别硫达7%。

除外，在石油中还含有多种微量元素，但总量仅有万分之几，其中最为石油地质学家重视的钒、镍两种元素，它们可以用于研究生油岩相、油源对比，油气运移等问题。

由前分析可知，石油没有固定的化学成分和物理常数，但其有一定的变化范围和共同特征。二、石油的化学组成（一）石油的元素组成（二）石油的化合物组成

石油中的化合物组成归纳起来，主要可分为烃和非烃两大类，具体包括：

①正构烷烃；

②异构烷烃；③环烷烃；④芳香烃；⑤含氮、硫、氧化合物。

烃类非烃类1.正构烷烃（无C支链）CCCCCCCCC正丁烷正戊烷

多数石油不同碳原子数正烷烃相对含量分布曲线有三个共同特点：石油中正构烷烃含量一般为15-20%（体积）1)正烷烃分布曲线是连续曲线。

2)不同类型的曲线都对应有一个某碳数的极大值。

3)根据正烷烃分布曲线的主峰碳值位置及形态，可将其分为三种基本类型：a、主峰小于C15、主峰区较窄。

b、主峰大于C25、主峰区较宽。

c、主峰在C15-25之间，主峰区宽。

正烷烃分布曲线上述正烷烃分布特点与成油原始有机质，成油环境和成熟度有密切关系：一般生油岩的主峰碳数陆相大于海相，沼泽相大于湖相。由图可见,石油中正构烷烃的奇数碳原子烃含量和偶数碳原子烃含量相近等。但是，一般现代沉积物或生物，其奇数碳原子占明显优势。研究表明，随有机质成熟度增加，奇数碳优势逐渐消失，曲线变为一条圆滑曲线。

CCCCCCCCC异丁烷异戊烷2.异构烷烃在石油烷烃中，异构烷烃以主链碳数<C10为主，C11-25较少，最重要的异构烷烃是异戊间二烯型，其特点是在直链上每四个碳原子有一个甲基支链。

该烃烷被认为是叶绿素的侧链——植醇演化而来，为生物成因标志化合物。现已发现的有C9-C25的异戊间二烯型烷烃，应用最多的是植烷（四甲基十六烷）和姥鲛烷（四甲基十五烷）。同源的石油所含异戊间二烯型烷烃类型和含量都十分相近，常用于油源对比。

3.环烷烃

也属饱和烃，其分子结构为碳原子以单键相连呈闭合环状。

常见的环烷烃只有环戊烷和环己烷及其衍生物，它们是石油的重要组成部分，即五员环、六员环。

用环戊烷和环己烷的比值可以估计石油生成时的地下温度，比值高，成生温度低，否则相反。例如：克拉玛依原油环己烷/环戊烷为3.6，而玉门油田的原油环己烷/环戊烷为2.5。故克拉玛依油田的原油生成温度低于玉门油田原油生成温度。在原油中，多环环烷烃的含量随成熟度增加而明显减少，高成熟度原油以1-2环烷烃为主。

芳香烃通式为CnH2n-6,属不饱和烃，以具有六个碳原子和六个氢原子组成单双键交替的闭合环，即苯环为特征

据结构又分为单环、多环、稠环三类芳香烃，目前石油中已发现的芳香烃基本类型有苯、萘、蒽、菲等类型。

4.芳香烃苯并蒽ASI值=4:8萘并蒽ASI值=6:4

一类是有一或两个相邻氢原子的，称I类初级氢原子，（图中带圈的H）。

另一类是有四个或五个相邻氢原子的，称为II类初级氢原子。（图中的H）。

根据布雷研究，石油中的芳香烃普遍存在着两类与芳核直接相连的氢原子，均称为初级氢原子。苯并蒽ASI值=4:8萘并蒽ASI值=6:4

石油样品中I、II类初级氢原子的丰度比值称为芳烃结构分布指数，简称ASI值。

I类初级氢原子丰度

ASI=

II类初级氢原子丰度

这一特征值可直接用于鉴定有机质成熟度。成熟生油岩的ASI值>0.8

5.组成石油的非烃

石油中的非烃是指石油所含的硫、氮、氧及金属原子的化合物，其量有时达石油量的30%，它们对石油的质量有重要的影响。目前，已发现的这类化合物有硫化氢、硫醇、吡啶、喹啉、吖啶、吡咯、卟啉、吲哚、卟唑、脂肪酸、环烷酸和酚（统称石油酸）等等。其中，最为重要的是卟啉，它被认为是由植物的叶绿素和动物氯化血红素转化而来，是石油成因分析的有力证据。在石油中卟啉常与钒、镍等金属元素组成络和物。因此，又称有机金属化合物，其基本结构与叶绿素结构极为相似。但是，并不是所有原油中都有卟啉，因为，高温或氧化物条件下卟啉易于裂解被破坏。

所谓卟啉是以四个吡咯核为基本结构，由甲川桥联结成的含氮化合物。三、石油的物理性质

由于石油没有固定的组成，因此，严格地讲，石油没有固定的物理常数。

但经过广泛的对比，还是能归纳出反映石油总特征的物理性质。

石油重要的物理性质有：颜色、比重、粘度、荧光性、旋光性、溶解性等特征。1.石油的颜色

石油的颜色变化很大，从白色、淡黄色、黄褐色、深褐色、黑绿直至黑色。例如：大港油田有的井产的油即为白色，大庆油田的井产的油即为黑色

石油的颜色与石油中胶质、沥青质含量有关，含量越高，颜色越深，观察石油的颜色一定注意将样品朝光源方向，不要在反射光下观察。

2.石油的比重

液态石油比重是指一个大气压下200C石油与40C纯水单位体积的重量比，用d420表示。

欧美各国则以一大气压下，600F（相当于15.600C

）石油与40C纯水单位体积的重量比。商业上用API度为单位：

API度=141.5/60℉时比重-131.5

石油比重一般介于0.75－0.98之间

＞0.90称为重质石油＜0.90

称为轻质石油世界平均比重的原油，1吨按7.3桶计算。3.石油的粘度

粘度值代表石油流动时分子之间相对运动所引起的内摩擦力大小。

粘度又分为：动力粘度运动粘度相对粘度

1）．动力粘度（绝对粘度）：

动力粘度是指1牛顿力作用下，两个液层面积各为1平方米，相距1米，彼此间相对移动速度为1米/S时，液体流动所产生的阻力。常用ηt表示，单位是帕斯卡·秒（Pa·s）。1Pa·s=10P（10泊）=100厘泊；

2）．运动粘度：

动力粘度与密度之比称运动粘度单位为㎡/s，二次方米/每秒，其常用Vt表示

3)．相对粘度：

又称恩氏粘度，是在恩氏粘度计中200ml原油与20℃时同体积的蒸馏水流出时间的比，用Et表示。

实验室测定的Et，通过换算表，获得运动粘度，运动粘度与密度之积即得动力粘度。

粘度大小主要取决于石油的化学组成，含轻质组分多则粘度小，含蜡、胶质、沥青质多则粘度大。不同环境下石油粘度不同4.溶解性

石油难溶于水，但可溶于多种有机溶剂，如苯、氯仿、二硫化碳、醚等，据此可以鉴定和分离岩石中的石油烃。

石油在水中的溶解度虽很小，但当水中饱含CO2和烃气时，石油的溶解度将明显提高。5.石油的荧光性

石油在紫外光照射下可产生荧光的特性，称为荧光性。石油中只有不饱和烃及其衍生物具有荧光性，饱和烃不发荧光。

石油的荧光性随饱和烃浓度及分子量的增加而加深，一般芳烃是天蓝色（芳烃主要为轻质油），胶质为黄色，沥青质为褐色。

石油的荧光性非常灵敏，据此可以鉴定岩样中的含油性（或含油级别）。

6.石油的旋光性

天然石油具有一种特殊性质——旋光性，即石油能将偏振光的振动面旋转一定角度的能力。石油的旋光性与含有结构不对称的生物成因标志化合物有关，所以旋光性被认为是石油有机成因的重要证据。

7.导电性

石油及其产品具有极高的电阻率，可视为非导体。8.热值

每公斤石油烃燃烧时可产生10000--11000×4186.8J的热量，是优质燃料。9.蒸发与沸腾

常温常压下，石油的轻质组分就会优先逸出，使石油比重增大。10.凝固和液化

四、原油的馏分、组分

1、原油的馏分

原油的馏分是利用组成石油的化合物具有不同沸点的特性，加热蒸馏，将原油切割成不同沸点范围的若干部分，每一部分就是一个馏分。

馏分

温度（OC）轻馏分中馏分重馏分石油气汽油煤油柴油重瓦斯油润滑油渣油＜3535-190190-260260-320320-360360-530＞530石油馏分与化合物组成的关系

石油不同的馏分，其化合物组成不同，一般：

轻馏分：主要由低碳数、分子量较小的烷烃和环烷烃组成。

中馏分：主要由中分子量和较高碳数的烷烃和环烷烃组成，并含一定数量的芳烃和环烷芳烃及少量的N、S、O化合物。

重馏分：主要由高碳数、大分子量的环烷烃芳烃和环烷芳烃以及N、S、O化合物主要集中于重馏分中。

2、原油的组分

原油的组分是通过有机溶剂和硅胶成分的选择性溶解和吸附而取得的各种分离物。用硅胶、有机溶剂冲洗原油蒸馏轻馏分＞2100C馏分用乙醚溶解沉淀物沥青质烃类+胶质可溶的冲洗物烃色层吸附物胶质

石油的分类常采用三角图解，以烷烃、环烷烃、芳烃＋N、O、S化合物作为三个端元

其数据是指沸点>210℃馏分的分析