油气藏中的流体 ——油气水的化学组成和物理性质.pptx
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1、一概念石油的定义:“混合物”成分:以烃类为主+数量不等的非烃化合物及微量元素相态:以液态为主,可溶解大量天然气与固态物质 1 1 石油(petroleum/crude oil)(petroleum/crude oil)二元素组成1基本元素基本元素石油没有确定的元素组成,但主要由5种元素组成,即C、H、O、S、N。石油中的平均元素组成(%)为:C84.5,H13.0.0,O O0.50.5,S S1.51.5,N N0.50.5。第1页/共44页2微量元素微量元素 石油中还有几十种微量元素,主要是金属元素(其中V V和NiNi的含量最高),仅占石油重量的万分之几,构成了石油的灰分。C C、H H
2、两元素在石油中占绝对优势,主要以烃类化合物的形式存在,构成了石油的主体。而O O、S S、N N常存在于含杂原子的化合物中,主要是重馏分。高硫原油和低硫原油(以S=1%S=1%为界)第2页/共44页3同位素同位素原油中常见的稳定同位素有C(C12、C13)、H(H1、H2)、Ar(Ar40、Ar36)。衡量其大小通常用比值和值(千分数)表示。值的定义是:值()=(Rs/Rr-1Rs/Rr-1)10001000式中Rs和Rr分别代表样品和相应标准的同位素比值(重/轻)。可看出,Rs越小,值越小。关于稳定同位素的标准值,国际上通用氢为SMOW,碳用美国南卡州皮狄组美洲拟箭石(PDB)。第3页/共4
3、4页由图可知,不同地区、不同类型原油的同位素类型曲线间有着明显差别,能有效解决成油环境、油源对比及石油演化等方面的问题。图2-1 2-1 原油碳同位素类型曲线(据廖永胜,19821982(实线);StahlStahl,19771977(虚线))-福山凹陷,-莺歌海西部凹陷,和-涠西南凹陷)1-1-福2525井E E,2-2-莺9 9井N N,3-3-湾2 2井E E,4-4-湾9 9井PzPz,5-5-莺2 2井E E,6-6-湾5 5井N N第4页/共44页三化合物组成组成石油的化合物有两类:(一)烃类化合物(一)烃类化合物1 1烷烃烷烃C4以下为气态,C5C16为液态,C17以上为固态。正
4、烷烃分布曲线奇碳优势主峰碳原 第5页/共44页异戊间二烯型烷烃(姥鲛烷Pr、植烷Ph最丰富),一般认为由叶绿素的侧链植醇演化而来。2 2环烷烃环烷烃石油中多为五员环和六员环。应用:环己烷/环戊烷 生油温度第6页/共44页3 3芳香烃芳香烃石油中有:苯、萘(二环)、菲和蒽(三环)环烷芳烃以四环、五环最重要,多与甾、萜类化合物有关,属生物成因标志物。第7页/共44页三种烃类在世界石油烃组成中所占的比例(三种烃类在世界石油烃组成中所占的比例(%)烃类名称烃类名称范范 围围 通常范围通常范围平均含量平均含量 烷烃烷烃0 070705 555 55 30 30 环烷烃环烷烃20208080252575
5、75 46 46 芳香烃芳香烃5 56060101040 40 24 24 第8页/共44页(二)非烃化合物(二)非烃化合物 这一部分化合物在石油的重质馏分中含量较高。1 1含氧化合物含氧化合物 有酸性和中性氧化物两类。前者称为石油酸,其中又以环烷酸最为重要,约占总酸的90%,多集中于石油250 350的中间馏分内,多属一元酸类,常为环戊烷的衍生物,易形成各种盐类,由此可作为地下水找油的一种标志。第9页/共44页2 2含硫化合物含硫化合物有H2S、硫醇(RSH)、硫醚(RSR)、噻吩等。3 3含氮化合物含氮化合物 可分两类:碱性氮化物:多为砒啶、喹啉等 非碱性氮化物:主要是砒咯、卟啉等动物血红
6、素和植物叶绿素都属卟啉类化合物,且结构相同(见下图)第10页/共44页 除上述已经分离和鉴定出的各种化合物外,石油中还有一定数量的、由多种元素(C、H、O、S、N等)组成的、结构极为复杂的高分子化合物,因受分离技术的限制,目前对其具体的结构特征尚不清楚,统称其为沥青质。第11页/共44页石油的馏分石油的馏分 石油的馏分是根据组成石油的化合物具有不同沸点的石油的馏分是根据组成石油的化合物具有不同沸点的特性,加热蒸馏,特性,加热蒸馏,将原油分割成不同沸点范围(馏程)的将原油分割成不同沸点范围(馏程)的若干部分,每一部分就是一个馏分若干部分,每一部分就是一个馏分。原油的炼制工艺即利。原油的炼制工艺即
7、利用了这一原理。不同馏分的名称及温度范围见下表。用了这一原理。不同馏分的名称及温度范围见下表。馏分馏分种类种类轻馏分轻馏分中馏分中馏分重馏分重馏分石油气石油气汽油汽油煤油煤油柴油柴油重瓦斯油重瓦斯油 润滑油润滑油渣油渣油温度温度()353535-19035-190 190-260190-260 260-320260-320320-360320-360360-500360-500500500第12页/共44页石油的组分石油的组分 利用不同成分化合物对利用不同成分化合物对有机溶剂和吸附剂有机溶剂和吸附剂具有的具有的选择性溶解和吸附性能,通过在一定程序下选用不同选择性溶解和吸附性能,通过在一定程序下
8、选用不同有机溶剂和吸附剂,从而将石油分成有机溶剂和吸附剂,从而将石油分成饱和烃、芳烃、饱和烃、芳烃、胶质和沥青质胶质和沥青质等等4 4种成分。种成分。考虑到轻馏分具有较强的挥发性,在储存、运输考虑到轻馏分具有较强的挥发性,在储存、运输过程中容易造成误差,故在对石油组分进行地球化学过程中容易造成误差,故在对石油组分进行地球化学分析时,常先对石油进行蒸馏,一律去掉低于分析时,常先对石油进行蒸馏,一律去掉低于210210的的馏分,馏分,仅保留大于仅保留大于210210的馏分进行分离的馏分进行分离。具体的分析。具体的分析流程见下图。流程见下图。第13页/共44页第14页/共44页四物理性质1颜色颜色:
9、浅(淡黄色)深(黑色)2相对密度(比重)相对密度(比重):在1atm(101325Pa)压力下,单位体积的20石油与44纯水的重量比,通常以d d4 42020表示。一般介于0.750.75 0.98,大于0.9的称为重油。西方:APIAPI度3粘度粘度:表示石油流动分子之间相对运动所引起的内摩擦力大小,粘度越大,流动性越差。可分为动力粘度、运动粘度和相对粘度。第15页/共44页 在SI制中,动力粘度的单位为Pas,定义是:当1Pa的切力(P P)作用于液体,使相距(L)为1m、面积(F)为1m2的两液层发生相对恒速流动,流量(Q)为1m3/s时的动力粘度就为1Pas。公式为:4荧光性荧光性这
10、种冷发光现象由多环芳香烃和非烃引起。发光的颜色取决于石油性质,强度则与石油或沥青物质的浓度有关,一般只要10ppm即可发光。第16页/共44页5 5旋光性旋光性当偏振光通过石油时,偏转面将要旋转一定角度,一般是0.1几度,且天然石油主要是右旋的。6溶解性溶解性石油在水中的溶解度很低。C数相同时,烷烃环烷烃芳香烃;除甲烷外,各族烃类在水中的溶解度都随分子量增加而增大;外界条件的影响是:与温度正比、皂胶粒正比、水中无机盐分反比。但石油却极易溶于苯、CClCCl4 4、氯仿、石油醚、醇等有机溶剂。第17页/共44页五石油的分类Tissot和Welte(1978)分类方案:用三角图解方法,将沸点210
11、的馏分,以烷(石蜡)烃、环烷烃、芳烃+NSO化合物作为图上的三个端元组分,将世界上的石油分为6类。根据统计出现的频数,大多数正常石油属于芳香中间型、石蜡环烷型和石蜡型;而若以石油的产储量大小论,则芳香沥青型最重要,其次是芳香环烷型和芳香中间型。第18页/共44页六海、陆相石油的基本区别六海、陆相石油的基本区别内容内容 海相石油海相石油 陆相石油陆相石油 石油类型石油类型芳香芳香中间型、石中间型、石蜡蜡环烷型为主环烷型为主 以石蜡型为主,部以石蜡型为主,部分为石蜡分为石蜡环烷型环烷型 石蜡含量石蜡含量低(低(5%5%)高(普遍高(普遍5%5%)硫含量硫含量 高高低低微量元素微量元素 V V、Ni
12、Ni含量高,且含量高,且V/NiV/Ni1 1V V、NiNi含量低,且含量低,且V/NiV/Ni1 1碳同位素碳同位素1313C C-27-27 1313C C-29-29 (第三系原油第三系原油)第19页/共44页中国原油性质(引自李克玉,19961996)新增:第20页/共44页2 2 天然气 (natural gas/gas)(natural gas/gas)一概念从广义上讲,天然生成于自然界的一切气体都可称为天然气。在石油和天然气地质学中研究更多的是沉积圈中以烃类为主的天然气。随着天然气工业的发展,人们对一些非烃气和稀有气体如CO2、H2S、Ar气也开始给予重视。二产出状态沉积圈中的
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