第九章原油的组成分类及影响因素.ppt
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1、第九章原油的第九章原油的组成分成分类及影响因素及影响因素第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 石油是一种复杂的多组分混合物,石油是一种复杂的多组分混合物,烃类(烷烃、环烷烃、芳香烃)烃类(烷烃、环烷烃、芳香烃)非烃组分(含氧化合物、含硫化合物、含
2、氮化合物、胶质和沥青质)。非烃组分(含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物、胶质和沥青质)。石油都具有大致相同的物理化学性质。石油都具有大致相同的物理化学性质。不同地区、不同层位的石油在物理化学性质上存在着明显的差异不同地区、不同层位的石油在物理化学性质上存在着明显的差异石油化学组成的多样性和石油化学组成的多样性和复杂性复杂性与石油形成和转化的地球化学条件以及整个过程有密切关系。与石油形成和转化的地球化学条件以及整个过程有密切关系。石油地球化学:石油化学组成中继承了生油母质和石油转化过程及其产物的信息石油地球化学:石油化学组成中继承了生油母质和石油转化过程及其产物的信息深入研究石油组成深入研究石油
3、组成对于探索石油的形成、演化、运移、聚集及保存都具有重要的意义。对于探索石油的形成、演化、运移、聚集及保存都具有重要的意义。第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 第一节第一节 石油的元素组成及馏分组成石油的元素组成及馏分组成 一、石油的元素组成一、石油的元素组成 元素组成是化学组成的基础。组成石油的元素主要是碳和氢,其次是氧、硫、氮。元素组成是化学组成的基础。组成石油的元素主要是碳和氢,其次是氧、硫、氮。C、H元素的含量一元素的含量一般为
4、般为9699%,其中碳占,其中碳占8387%,氢占,氢占1114%。其余三种元素的含量很少,仅占。其余三种元素的含量很少,仅占0.55%。第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 1.1 1.1 石油的元素组成石油的元素组成石油中还含有很多微量金属和非金属元素。它们构成了石油的灰分。石油中还含有很多微量金属和非金属元素。它们构成了石油的灰分。目目前前,采采用用发发射射光光谱谱法法和和中中子子活活化化分分析析法法从从石石油油灰灰分分中中发发现现
5、了了59种种元元素素,其其中中以以钒钒和和镍镍最最重重要要,二二者者可可占占微微量量元元素素的的50%70%。近近几几年年来来,石石油油灰灰分分中中的的钒钒、镍镍含含量量及及其其比比值值(V/Ni)已已被被用用来确定生油岩有机相、油源对比,取得了可喜成果。来确定生油岩有机相、油源对比,取得了可喜成果。石石油油中中碳碳、氢氢元元素素含含量量变变化化与与石石油油的的化化学学组组成成有有密密切切关关系系。石石油油越越重重所所含含高高分分子子烃烃就就越越多多,随随分分子子量量增增加加,碳碳的的含含量量增增高高,氢氢的的含含量量减减少少。氧氧、硫硫、氮氮三三种种元元素素的的含含量量变变化化般般与与石石油
6、油中中非非烃烃化化合合物物,尤其与胶质沥青质有关。尤其与胶质沥青质有关。第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 1.1 石油的元素组成石油的元素组成 C C、H H、O O、N N、S S的地球化学意义在于它们与有机质元素组成有很好的对比性。的地球化学意义在于它们与有机质元素组成有很好的对比性。相似:都以碳、氢元素为主相似:都以碳、氢元素为主显著差异:石油中碳、氢元素的含量高,氧含量很低。显著差异:石油中碳、氢元素的含量高,氧含量很低。元素
7、地球化学演化元素地球化学演化为石油有机成因说提供了石油与有机质成因联系上的证据,而且表明,从有机质向石为石油有机成因说提供了石油与有机质成因联系上的证据,而且表明,从有机质向石油演化是一个油演化是一个“脱氧、加氢、高集碳脱氧、加氢、高集碳”的过程的过程。第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 1.2 石油的馏分组成石油的馏分组成(fractional composition)为为研研究究石石油油中中烃烃类类组组成成,首首先先要要对对这这种种
8、复复杂杂的的混混合合物物进进行行分分离离,利利用用石石油油组组分分沸沸点点不不同同的的特特性性,加加热蒸馏,将石油切割成不同沸点的馏分。热蒸馏,将石油切割成不同沸点的馏分。石石油油组组分分分分析析中中,用用某某个个温温度度范范围围内内蒸蒸馏馏出出的的馏馏分分百百分分含含量量(重重量量或或体体积积)所所表表示示的的石石油油组组成成称称为为馏馏分组成。分组成。不同的石油其馏分组成的分布及含量大小都有差别。不同的石油其馏分组成的分布及含量大小都有差别。轻轻质质原原油油中中轻轻馏馏分分含含量量相相对对较较高高,如如我我国国青青海海冷冷湖湖、新新疆疆柯柯克克亚亚等等地地的的石石油油均均是是轻轻质质石石油
9、油,凝凝析油中主要是轻馏分。析油中主要是轻馏分。大庆、胜利油田的石油是重质石油,其重馏分含量较高。大庆、胜利油田的石油是重质石油,其重馏分含量较高。石油馏分组成的差异直接影响了石油的物理性质,也反映了原始生油母质及演化程度的不同。石油馏分组成的差异直接影响了石油的物理性质,也反映了原始生油母质及演化程度的不同。第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 石油馏分组成分类石油馏分组成分类 1.2 石油的馏分组成石油的馏分组成第九章第九章第九章第九
10、章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 第二节第二节 石油的族组成石油的族组成(family composition)石油的族组成包括以下几部分:石油的族组成包括以下几部分:饱和烃饱和烃(Saturate HC,ST)(Saturate HC,ST),包括正构、异构烷烃和环烷烃;包括正构、异构烷烃和环烷烃;芳香烃芳香烃(Aromatic HC,ARO)(Aromatic HC,ARO),包括纯芳香烃、环烷包括纯芳香烃、环烷-芳香烃分子;芳香烃分子;胶胶质质(re
11、sin,Resresin,Res)和和沥沥青青质质(asphaltene,ASPasphaltene,ASP),由由石石油油中中含含氮氮、硫硫、氧氧原原子子的的高高分分子子量量多多环环化化合物构成。合物构成。ST+ARO+Res+ASPST+ARO+Res+ASP=100%=100%法国石油研究院法国石油研究院,517,517个正常石油个正常石油:烃类占烃类占85.8%85.8%,其中饱和烃占,其中饱和烃占57.2%57.2%,芳香烃占,芳香烃占28.6%28.6%而胶质而胶质+沥青质只占沥青质只占14.2%14.2%。第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成
12、、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 石油中最主要的部分石油中最主要的部分大大于于210210的的石石油油馏馏分分的的75%75%以以上上。有有些些轻轻质质石石油油几几乎乎全全由由烃烃类类组组成成。而而在在某某些些重重油油中中,尤尤其其是是受受到到细细菌生物降解、氧化的石油中烃类组分大大降低。菌生物降解、氧化的石油中烃类组分大大降低。不不同同的的石石油油各各种种烃烃类类的的含含量量相相差差很很大大,同同一一类类烃烃的的分分布布和和结结构构也也不不同同。轻轻质质馏馏分分中中富富含含烷烷烃烃、环环烷烷烃烃,芳香烃含
13、量较低。重馏分中多含固态的长链烃,而且环状烃特别是多环环烷烃,环烷芳香烃含量增大。芳香烃含量较低。重馏分中多含固态的长链烃,而且环状烃特别是多环环烷烃,环烷芳香烃含量增大。目目前前在在石石油油中中已已经经鉴鉴定定出出10001000多多种种单单体体烃烃类类。按按其其结结构构不不同同可可分分为为烷烷烃烃、环环烷烷烃烃、芳芳香香烃烃以以及及由由这这三三种组合而成的烃类。种组合而成的烃类。2.1 烃类烃类(hydrocarbons)第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原
14、油的组成、分类及影响因素 1.1.饱和烃类饱和烃类正构烷烃正构烷烃(n-alkanes)支链烷烃支链烷烃(branch alkanes)环烷烃环烷烃(cycloalaknes)类异戊二烯烷烃类异戊二烯烷烃单甲基和多甲基链烷烃单甲基和多甲基链烷烃包括单环、双环、三环、四环、五环及五环包括单环、双环、三环、四环、五环及五环以上的多环烷烃类等。以上的多环烷烃类等。2.2.芳香烃类芳香烃类(aromatics)(aromatics)一、烃类一、烃类2.1 烃类烃类第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因
15、素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 上上世世纪纪80年年代代中中期期以以来来,高高温温气气相相色色谱谱(HTGC)技技术术的的发发展展扩扩大大了了烃烃类类分分子子的的检检测测范范围围,现现能能从从石石油油中中已已鉴鉴定定出出C1C100的的正正构构烷烷烃烃,它它们们占占石石油油重重量量的的15%25%。但但正正构构烷烷烃烃碳碳数数多多小小于于35,轻轻质质油油中中富富含含正正构烷烃。构烷烃。正构烷烃的含量受控于原始有机质性质、热演化程度及生物降解等因素。正构烷烃的含量受控于原始有机质性质、热演化程度及生物降解等因素。高蜡原油和从陆源有机质演化生成的原油常常含有较大比例的正构
16、烷烃高蜡原油和从陆源有机质演化生成的原油常常含有较大比例的正构烷烃而海相或混合有机质则产生较多的环状化合物。而海相或混合有机质则产生较多的环状化合物。演化程度高的石油中主要组成是中低分子量的正构烷烃。演化程度高的石油中主要组成是中低分子量的正构烷烃。受微生物强烈降解的原油,正构烷烃常被选择性地吸收,含量较少。受微生物强烈降解的原油,正构烷烃常被选择性地吸收,含量较少。2.1.1 饱和烃类饱和烃类 (1)正构烷烃)正构烷烃第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组
17、成、分类及影响因素 近年来,石油中的高分子量(近年来,石油中的高分子量(HMWHMW)正烷烃研究颇受关注。正烷烃研究颇受关注。传统观点认为,正烷烃是最优先遭受生物降解的烃类成分,传统观点认为,正烷烃是最优先遭受生物降解的烃类成分,通通过过原原油油的的假假单单胞胞菌菌生生物物降降解解模模拟拟实实验验证证明明,分分子子量量不不同同的的正正构构烷烷烃烃,其其抗抗生生物物降降解解作作用用的的能能力力是是不相同的。不相同的。SettiSetti等等人人和和HeathHeath等等人人先先后后发发现现,由由于于大大石石蜡蜡分分子子的的立立体体位位阻阻效效应应,nCnC2828以以上上正正烷烷烃烃的的生生物
18、物降降解解速速率随着烃类分子链长的进一步增长而降低。率随着烃类分子链长的进一步增长而降低。HsiehHsieh等等人人指指出出,一一些些严严重重生生物物降降解解油油中中,用用全全油油气气相相色色谱谱分分析析检检测测不不出出高高分分子子量量烃烃类类,而而在在从从全全油分离出来的蜡馏分中,高分子量烃类则变得明显可见。油分离出来的蜡馏分中,高分子量烃类则变得明显可见。总总之之,高高分分子子量量正正烷烷烃烃具具有有很很强强的的抗抗生生物物降降解解能能力力。生生物物降降解解过过程程中中是是优优先先消消耗耗原原油油中中的的低低碳碳数数正构烷烃。正构烷烃。2.1.1 饱和烃类饱和烃类 (1)正构烷烃)正构烷
19、烃第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 由类异戊二烯由类异戊二烯结构单元形成的链烷类。结构单元形成的链烷类。根据现有的研究程度,石油中这类化合物的碳数分布范围在根据现有的研究程度,石油中这类化合物的碳数分布范围在C C9 9-C-C3030,可占原油组成的可占原油组成的1%1%左右,约占原油左右,约占原油饱和烃馏份组成的饱和烃馏份组成的10%10%。其中最丰富的是姥鲛烷和植烷,二者的总和可占所有无环异戊二烯烃含量的其中最丰富的是姥鲛烷和植
20、烷,二者的总和可占所有无环异戊二烯烃含量的55%55%。高分子量范围中也见。高分子量范围中也见有角鲨烷、胡萝卜烷、蕃茄红烷这些不规则的类异戊二烯烃。有角鲨烷、胡萝卜烷、蕃茄红烷这些不规则的类异戊二烯烃。姥鲛烷姥鲛烷植烷植烷2,6,10,14-四甲基十五烷2,6,10,14-四甲基十六烷2.1.1 饱和烃类饱和烃类 (2)类异戊二烯烷烃类异戊二烯烷烃(isoprenoid alkane)第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 原油中的单甲基支
21、链烷烃原油中的单甲基支链烷烃:异构烷烃(异构烷烃(2-2-甲基甲基-)、反异构烷烃()、反异构烷烃(3-3-甲基甲基-)-)、4-4-甲基甲基-烷烃、烷烃、5-5-甲基甲基-烷烃、烷烃、6-6-甲基甲基-烷烷烃烃同一分子量的单甲基支链烷的化合物在理论上的存在的个数,几乎在原油中均能发现。同一分子量的单甲基支链烷的化合物在理论上的存在的个数,几乎在原油中均能发现。2.1.1 饱和烃类饱和烃类 (3)单甲基支链烷烃)单甲基支链烷烃第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原
22、油的组成、分类及影响因素 性质与烷烃相似,但在分子中含有碳环结构的饱和烃。性质与烷烃相似,但在分子中含有碳环结构的饱和烃。由由许许多多围围成成环环的的多多个个次次甲甲基基组组成成。组组成成环环的的碳碳原原子子数数可可以以是是3、4,相相应应称称为为三三员员环环、四四员环员环。环烷烃按分子中所含碳环数目,可以分为单环、双环、三环和多环的环烷烃。环烷烃按分子中所含碳环数目,可以分为单环、双环、三环和多环的环烷烃。在低于在低于C10的低分子量环烷烃中,环戊烷、环己烷及其衍生物是石油的重要组成部分。的低分子量环烷烃中,环戊烷、环己烷及其衍生物是石油的重要组成部分。2.1.1 饱和烃类饱和烃类 (4)环
23、烷烃)环烷烃第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 单单环环和和双双环环的的环环烷烷烃烃一一般般占占C10环环烷烷烃烃总总量量的的5055%。在在这这些些高高分分子子量量的的分分子子中中常常常常有有一一个个长长链链或或几几个个短短的的甲甲基基或或乙乙基基链链。各各种种单单环环和和双双环环环环烷烷烃烃的的含含量量随随分分子子量量(即即碳碳原原子子数数)的的变变化化有有规规律律地地减减少少三环环烷烃乎均只占三环环烷烃乎均只占C C1010的环烷
24、烃总量的的环烷烃总量的2020。其中某些很可能具有菲烷的结构形式。其中某些很可能具有菲烷的结构形式。四四环环和和五五环环环环烷烷烃烃平平均均占占C C1010环环烷烷烃烃的的25%25%。它它们们的的结结构构同同四四环环甾甾族族化化合合物物和和五五环环三三萜萜烷烷直直接接相相关关。它们具有很强的旋光性,是石油有机成因的重要标志。它们具有很强的旋光性,是石油有机成因的重要标志。2.1.1 饱和烃类饱和烃类 (4)环烷烃)环烷烃四环和五环环烷烃在未成熟的原油中含量较高,四环和五环环烷烃在未成熟的原油中含量较高,在成熟石油中则以在成熟石油中则以1-3环的环烷烃为主。环的环烷烃为主。与生油岩相比,石油
25、相对富集单环和双环分子,生油岩则含较多的四环和五环分子,这与生油岩相比,石油相对富集单环和双环分子,生油岩则含较多的四环和五环分子,这可能与石油运移分异有关。可能与石油运移分异有关。第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素 2.1.1 饱和烃类饱和烃类 (4)环烷烃)环烷烃第九章第九章第九章第九章第九章第九章 原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油的组成、分类及影响因素原油
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