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013第一章 油气藏中流体(第三节)

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第一章油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

第一章油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
API=141.5/15.5C时比重
15.5℃时 的比重 1.00 0.9655 0.9333 0.9032 0.8750 波美度 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 API度 10 15.1 20.1 25.2 30.2 15.5℃时 的比重 0.8485 0.8325 0.8000 0.7778 波美度 35.0 40.0 45.0 50.0 API度 35.3 40.3 45.4 50.4
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
（二）石油的馏分 石油的馏分：是利用组成石油的化合物具有不 同沸点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点 范围（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏 分。
石油的馏分组分
轻馏分 馏分 石油气 温度 (OC) <35 汽油 煤油 柴油 重瓦斯油 320-360 润滑油 渣油 中馏分 重馏分
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
5、非烃化合物
主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物，主要集中在 石油的高沸点馏分中。 含硫化合物：最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中。 主要有硫醇（-SH）、硫化物（-S-）（包括硫醚 R-S-Rˊ、环 硫醚）、二硫化物（-S-S-）以及噻吩衍生物。此外，还有元 素硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏 等 含氮化合物：主要集中在胶质—沥青质中。石油中含氧化 合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯、 吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要意义的中 性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有机成因的重要生物 标志物。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
4、芳香烃
含有苯环结构，属不饱和烃。根据其结构 不同可分为单环、多环、稠环三类芳香烃。 在石油的低沸点馏分中，芳香烃含量较少， 且多为单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。随 沸点升高，芳香烃含量亦增多，除单环芳香烃 外，出现双环芳香烃，如联苯。在重质馏分中 还可能出现稠环芳香烃，如萘和菲，蒽的含量 较少。

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
三、海陆相原油的基本区别
海相 陆相 以芳香—中间型和石 以石蜡型为主，饱和 蜡—环烷型为主， 烃占60—90%，芳 饱和烃占25—70%， 烃占10—20%。 芳烃占25—60%。
上海 的陆 分相 布石 油 在 三 角 图 上低 的硫 分石 布油 在 三 角 图
（四）石油的化合物组成
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
在近代实验室中，用液相 色谱可将石油划分为烃类化合 物：正构烷烃、异构烷烃、环 烷烃、芳烃和非烃化合物及沥 青质。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
1、正构烷烃
在常温常压下，C1～C4 的烷烃为气态， C5～C16 的烷烃为液态，C17＋ 的高分子烷烃皆 呈固态。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
（五）馏分、组分和化合物组成三者的关系
组分（溶剂分离） 族分（热色谱鉴定） 馏分（热分离） 油质 饱和烃 汽油
苯胶质
酒精苯胶质 沥青
芳香烃
非烃 沥青质
煤油
柴油 重油沥青
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
二、石油的分类
石油的分类方法常 因目的而异，地球化学 家和地质学家注重原油 组成及其与生油岩和演 化作用的关系。代表性 的分类方案是Tissot和 Welte(1978)提出的， 该分类采用三角图，以 烷烃、环烷烃、芳烃＋ N、S、O化合物作为三 角图解的三个端元。分 为六种类型。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
1、聚集性天然气
（1）气顶气：与石油 共存于油气藏中呈游离气 顶状态产出的天然气。以 烃类为主，除大量的甲烷 外，还有重烃气体和轻组 分的液态烃，少量氮气和 二氧化碳 （2）气藏气：单独聚 集的天然气。可分为干气 气藏和湿气气藏。

油气藏中的流体

油气藏中的流体
溶于水。因此地下水中环烷酸盐的存在是找油的标志之一。
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一、石油的概念及组成
（四）石油的馏分组成
石油是数以百计的若干种烃类和非烃有机化合物的混合物，每种化合
物都有自己的沸点和凝点。石油的馏分就是利用组成石油的化合物 各自具有不同沸点的特性，通过对原油加热蒸馏，将石油分割 成不同沸点范围的若干部分，每一部分就是一个馏分。分割所用 的温度区间（馏程）不同，馏出物（馏分）有所差异（表）。
种异戊二烯型化合物极为相似。因而常用 之作为油源对比的标志。
异戊二烯烃同系列立体化学结构图
当前您正浏览第13页，共93页。
环烷烃在石油中所占的比例为20-40%，平均30%左右。低分子（＜
C10）的环烷烃，尤以环戊烷（C5-五员环）和环己烷（C6-六员环）
及其衍生物是石油的重要组成部分，且一般环巳烷多于环戊烷。中等到
用酒精和苯的混合液（或其它极性更强的如甲醇、丙酮等）作溶剂，可 以得到酒精-苯胶质（或其它相应组分），此类胶质的成分主要是含杂元 素的非烃化合物。
用石油醚分离，溶于石油醚的部分是油质和胶质。剩下不溶于石油醚 的组分（但可溶于苯、二硫化碳和三氯甲烷等中性有机溶剂，呈胶体溶 液，可被硅胶吸附）为沥青质；后者是渣油的主要组分，其主要成分是 结构复杂的大分子非烃化合物。
当前您正浏览第9页，共93页。
一、石油的概念及组成
（三）石油的化合物组成
组成石油的主要元素是C、H、S、N、O，但由这5种元素构成
的化合物却是庞大的。笼统地说，组成石油的化合物多是有机化合物， 作为杂质混入的无机化合物不多，含量甚微，可以忽略不计。石油的化 合物组成，归纳起来可以分为烃和非烃两大类，其中烃类是主要的
。其中主要是与酸官能团－COOH有关的有机酸，有C1-24的脂肪酸，C5-

油气藏中的流体石油天然气和油田水最新课件

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来源：异戊间二烯烷烃具有生物成因意义，是重要的生物 标志化合物。同源的石油所含异戊间二烯类烷烃类型和含量都 十分接近。因此，常用于油源对比标志（指纹化合物），近来 也用于沉积环境研究。
烷烃分子结构的特点是什么？
单键相连 排列成直链式
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
3、环烷烃
由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组 成环的碳原子数可以是大于3的任何数，相应称为三 员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员 环或六员环。
上节回顾 • 石油地质学的概念
又称石油及天然气地质学，是研究
地壳中油气藏及其形成原理和分布
规律的一门科学。
第一章 油气藏中的流体— 石油、天然气和油田水
第一节 石 油
一、石油的概念及组成 二、石油的化合物及特征 三、石油的分类 四、海陆相原油的基本区别 五、石油的物理性质
教学目的与教学思路
要求掌握石油的概念；石油的元素组成；石 油化合物组成及特征；石油的分类；石油的 物理性质。
石油中已鉴定出的正构烷烃有C1～C45，个 别报导曾提及见到C60正烷烃，但大部分正构烷 烃碳数≤C35。石油中多数占15.5%（体积），轻 质石油可达30%以上，而重质石油可小于15%。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
石油中正构烷烃的来源： 现代生物：如细菌、藻类。 含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢
其含量与成熟度有关：成熟度低→高，由多环→ 单、双环。一般单、双环占环烷烃的50.5%；三环占 环烷烃的20%；四、五环占环烷烃的25%。
原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性， 所以没成熟的原油旋光性高。多环环烷烃与四环的甾 族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有 机成因的主要证据之一。

1-油气藏中的流体(合集)(张先平)

1-油气藏中的流体(合集)(张先平)

（五）凝固和液化
石油失去流动能力的最高温度称凝固点，而液化与此正相反。石 油的凝固和液化温度没有固定数值，在凝固和液化之间可以出现中间 状态。 石油凝固点的高低与含蜡量及烷烃碳原子数成正相关关系。
第一节 石油
五、石油的物理性质
（六）导电性
石油及其产品具有极高的电阻率（109～1016Ω·m），与高矿化度 的油田水（电阻率为0.02～0.1Ω·m）和沉积岩（电阻率为1～104Ω·m） 相比，为非导体。
（二）密度和相对密度
石油的密度指单位体积石油的质量，多为0.75～0.93g/cm3。 石油的相对密度在地质上和商业上其定义不同：地质上指105Pa 下，20℃（欧美60℉）石油和4℃纯水的密度比值；商业上用API度表 示，即 API度＝141.5/60℉时相对密度－131.5。 石油的相对密度一般介于0.75～0.98，通常把大于0.93的称作重 质石油，0.9～0.93的称作中等石油，小于0.93的称作轻质石油。 石油的相对密度主要取决于其化学组成。
此，正构烷烃分布曲线教广泛的应用于石油的成因和油源对比研究。
第一节 石油
二、石油的化合物类型及特征
（二）异构烷烃
石油中的异构烷烃以≤C10 为主，C11-25 较少，且以类异戊间二烯 型烷烃最为重要，其中最丰富的是姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph），为生 物（成因）标志化合物。
（三）环烷烃
石油中的环烷烃以＜C35为主，是石油中最主要化合物。 四环和五环环烷烃结构与生物体中的四环甾组化合物和五环三萜 烯类化合物有明显相似性，并具有旋光性，是石油有机成因的主要证 据之一。 常温、常压条件下，环丙烷（C3H6 ）和甲基环丙烷（C4H8 ）为气 态，单环环烷烃均为液态，两环以上（＞C11）的环烷烃为固态。

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
六、石油的分类
石油的分类方法常因目的而异，地球化学家和地质学家注重 原油组成及其与生油岩和演化作用的关系。代表性的分类方 案是Tissot和Welte(1978)提出的，该分类采用三角图解以 烷烃、环烷烃、芳烃＋N、S、O化合物作为三角图解的三个 端元。 以饱和烃含量50%为界把三角图分为两大部分，在 饱和烃含量＞50%的区域内，再根据石蜡烃含量50%、40% 处建立次一级分类界线，将饱和烃＞50%区域分为三种基本 类型：石蜡型、环烷型和石蜡环烷型。在芳烃＋N、S、O化 合物大于50%的区域内，以石蜡烃含量10%建立分类界线， 将石蜡烃含量＞10%的区域作为芳香-中间型原油，而石蜡 烃＜10%为重质降解原油。在重质降解原油中，以环烷烃含 量25%处建立分类界线，将环烷烃含量＞25%的称芳香-环 烷型，而＜25%的称芳-香沥青型。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
七、海陆相原油的基本区别
角海 图陆 上相 的石 分油 布在 三
角低 图硫 上石 的油 分在 布三
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
八、石油的物理性质
颜色：从白色、淡黄、黄褐、深褐、墨绿色至黑色。 比重：是指一大气压下，20℃石油与4℃纯水单位体积的重 量比，用d420表示。一般介于0.75～0.98之间。通常把比重 大于0.90的称为重质石油；小于0.90的称为轻质石油。美国 通常用API度、西欧用波美度来表示石油的比重。 石油的粘度：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。有动力粘度,又称绝对粘度，用SI表示，单位为 帕斯卡秒（Pa.s)。 动力粘度/同温下密度称为运动粘度，其 单位称二次方米每秒(m2/s)，不同温度下的运动粘度用Vt表 示。相对粘度又称恩氏粘度， 是在恩氏粘度计中200ml原油 与20℃同体积蒸馏水流、天然气和油田水

油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
第二页，共六十二页。
第一章 油气藏中的流体(liútǐ)—石油、天然气和油田水
§1 石 油
石油（又称原油(yuányóu)）— crude oil ：
一种存在于地下岩石孔隙介质中的由各种碳氢化 合物与杂质组成的，呈液态和稠态的油脂状天然 可燃有机矿产。
第三页，共六十二页。
塔里木油苗—油气是最重要的能源物质
第二十一页，共六十二页。
第一章 油气藏中的流体(liútǐ)—石油、天然气和油田水 （五）馏分、组分(zǔfèn)和化合物组成三者的关系
组分（溶剂分离） 族分（热色谱鉴定） 馏分（热分离）
油质
饱和烃
汽油
苯胶质
芳香烃
煤油
酒精苯胶质
非烃
柴油(cháiyóu)
沥青
沥青质
重油沥青
第二十二页，共六十二页。
第一章 油气藏中的流体(liútǐ)—石油、天然气和油田水
第一章 油气藏中的流体—
石油(shíyóu)、天然气和油田水
第一页，共六十二页。
第一章 油气藏中的流体—石油(shíyóu)、天然气和油田 水
一个油气藏中的流 体包括油、气、水，纯 气藏中的流体只有气和 水。这些(zhèxiē)流体存在 于储集层的孔隙裂缝中 ，在圈闭范围内按重力 分异，气居顶部，油居 中，水在下面。三者以 一定的关系共存于储集 层的孔隙系统中。
氧：0.1～4.5%，一般小于0.5%；硫：
小于1%，平均0.65%；氮：小于0.1%。 硫 < 1%：低硫原油 硫 > 1%：高硫原油
氮 < 0.25%：贫氮原油 氮 > 0.25%：高氮原油
第六页，共六十二页。
硫在油田(yóutián)发中是有害的元素

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

一、石油的组成
（一）石油的元素组成（ Elemental composition ） 石油的元素组成（
元素： 元素：碳、氢、氧、氮、硫 碳：84～87%，平均 ～ ，平均84.5%； ； 氢：11～14%，平均 ～ ，平均13%； ； 碳+氢：95～99%，平均 氢 ～ ，平均97.5%。 。 微量元素： ～ ， 硫+氮+氧+微量元素：1～4%，其 氮 氧 微量元素 中，氧：0.1～4.5%，一般小于 ～ ， 0.5%；硫：小于 ，平均 小于1%，平均0.65%； ； ； 小于0.1%。 氮：小于 。 硫 < 1%：低硫原油 ： 硫 > 1%：高硫原油 ： 氮 < 0.25%：贫氮原油 ： 氮 > 0.25%：高氮原油 ：
油气藏中的流体—石油 石油、 第一章 油气藏中的流体 石油、天然气和油田水
3、环烷烃
由许多围成环的多个次甲基（ 由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组 ）组成。 成环的碳原子数可以是大于3的任何数 的任何数， 成环的碳原子数可以是大于 的任何数，相应称为三 员环、四员环、五员环等。 员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员 环或六员环。 环或六员环。 其含量与成熟度有关：成熟度低→高 由多环→ 其含量与成熟度有关：成熟度低 高，由多环 双环。一般， 双环占环烷烃的50.5%；三环 单、双环。一般，单、双环占环烷烃的 ； 占环烷烃的20%；四、五环占环烷烃的 五环占环烷烃的25%。 占环烷烃的 ； 。 原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性 旋光性， 原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性， 所以没成熟的原油旋光性高。 所以没成熟的原油旋光性高。多环环烷烃与四环的甾 族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似， 族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有 机成因的主要证据之一。 机成因的主要证据之一。

油气藏中的流体

油气藏中的流体
干气气藏：甲烷含量大于95%，重烃气体含量少，采到地表也是气体。
湿气气藏：含较多的甲烷，还有乙、丙、丁烷液态烃，还溶解了戊、己烷等，重烃含量大于5%，采到地表除含较多气体外，还凝结出许多液态气体。
（3）凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，由液态烃逆蒸发而形成的气体。开采出来后，由于地表压力、温度较低，按照逆凝结规律而逆凝结为轻质油即凝析油。
石油中含氧化合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯、吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要意义的中性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有机成因的重要生物标志物。
卟啉是以4个吡咯环为基本结构，由4个次甲基（-CH＝）桥键连接的含氮化合物。在石油中卟啉常与金属Ｖ、Ｎi络合形成有机络合物，它比较稳定，易保存，具有极强的吸光性和荧光性。卟啉本身在高温或氧化条件下易分解，说明石油是在温度不高、还原环境下形成，卟啉还易被粘土吸附，可应用于油气运移研究。
石油中正构烷烃的来源：
现代生物：如细菌、藻类。
含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢子花粉、果实）。
有机质的演变、分解。
其含量主要取决于：
1.生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量多，海相原油含量少。
2.原油的成熟度：未成熟的石油，主要含大分子量的正构烷烃；成熟的石油中，主要含中分子量的正构烷烃；降解的石油中，主要含中、小分子量的正构烷烃；
1、正构烷烃
在常温常压下，C1～C4 的烷烃为气态，C5～C16 的烷烃为液态，C17＋ 的高分子烷烃皆呈固态。
石油中已鉴定出的正烷烃有C1～C45，个别报导曾提及见到C60正烷烃，但大部分正烷烃碳数≤
C35。石油中多数占15.5%（体积），轻质石油可达30%以上，而重质石油可小于15%。

第一章油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

第一章油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
来源：有人认为是植物的叶绿素的侧链¡ª植醇或色素演变 而来，为生物标志化合物。因此，同源的石油所含异戊间二烯 类烷烃类型和含量都十分接近。因此，常用于油源对比标志 （指纹化合物），近来也用于沉积环境研究。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
3、环烷烃
由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组 成环的碳原子数可以是大于3的任何数，相应称为三 员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员 环或六员环。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
5、非烃化合物
主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物，主要集中在 石油的高沸点馏分中。
含硫化合物：最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中。 主要有硫醇（-SH）、硫化物（-S-）（包括硫醚 R-S-Rˊ、环 硫醚）、二硫化物（-S-S-）以及噻吩衍生物。此外，还有元 素硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏 等
其含量与成熟度有关：成熟度低→高，由多环→ 单、双环。一般，单、双环占环烷烃的50.5%；三环 占环烷烃的20%；四、五环占环烷烃的25%。
原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性， 所以没成熟的原油旋光性高。多环环烷烃与四环的甾 族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有 机成因的主要证据之一。
石油灰分中的V、Ni含量及其比值（V/Ni）已被 用来确定生油岩相、油源对比以及研究油气运移等问 题。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
（二）石油的馏分
石油的馏分：是利用组成石油的化合物具有不 同沸点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点 范围（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏 分。
子花粉、果实）。 有机质的演变、分解。
其含量主要取决于： 1.生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量

油气藏中流体成分和性质

油气藏中流体成分和性质
• （1）含硫化合物 硫是碳和氢之后的第三个重要 元素，含硫的化合物也最多见。石油中所含的硫 是一种有害的杂质，因为它容易产生硫化氢、硫 化铁、亚硫酸、或硫酸等化合物，对机器、管道、 油罐、等金属设备造成严重腐蚀，所以含硫量常 作为评价石油质量的一项重要指标。
• （2）含氮化合物 石油中含氮较为少见，平均 含量小于0.1%。目前从石油中分离出来的含氮化 合物有30多种，主要是含氮杂环化合物形式存在。
左旋物质，右旋物质，天然原油多为右旋。0.1度—几 十分。
原因：分子中具有不对称分子结构。 原油中的胆甾醇和植物性甾醇分子为不对称结构。胆甾
醇存在于动物的胆汁、鱼肝油和蛋黄中，而植物性甾醇存 在于植物油和脂肪中。所以，原油的旋光性是原油有机成 因的一个有力的佐证。
7、导电性 原油电阻率高达109—1016Ω·m。可利用此性质，用电
• 石油的含氧量在0.1%~4.5％之间，主要与其氧 化变质程度有关。
• 除上述５种元素之外，还从石油灰分（石油燃烧 后的残渣）中发现有５０多种元素。这些元素虽 然种类繁多，但总量仅占石油重量的十万分之几 到万分之几，在石油中属于微量元素。
• （二）石油的化合物组成
• 1.烃类化合物:指全部由氢和碳原子构成的化合 物——烷烃、环烷烃、芳香烃.在化学上，烃类 可以分为两大类：饱和烃和不饱和烃。
1、烷烃：
1）正构烷烃 属直链烃 在原油中正构烷烃的含量是较高的，其含量一般为15％～20％。原
油中已检测出C1～C60的各种正构烷烃。 正构烷烃含量随碳原子数增加有规律地减少。
（不同碳原子正烷烃相对含量的分布曲线）
管线中的结蜡（C33＋）
2）异构烷烃 ——属侧链烃
C10内的异构烷烃含量较高，在C5～C8范围内，最常见的构型是具 有一个叔碳原子（2-甲基或3-甲基），其次是两个叔碳原子的构型。 在中等分子量范围内最重要的异构烷烃是异戊二烯类烷烃,含量常占 原油的1％。

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

油气藏中的流体—石油 石油、 第一章 油气藏中的流体 石油、天然气和油田水
§1
石
油
石油（又称原油）— crude oil ： 一种存在于地下岩石孔隙介质中的由各种碳 氢化合物与杂质组成的，呈液态和稠态的油 脂状天然可燃有机矿产。
油气藏中的流体—石油 石油、 第一章 油气藏中的流体 石油、天然气和油田水
油气藏中的流体—石油 石油、 第一章 油气藏中的流体 石油、天然气和油田水
5、非烃化合物
主要是含硫、 主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物，主要集中在 氧三种元素的有机化合物， 石油的高沸点馏分中。 石油的高沸点馏分中。 含硫化合物：最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中。 含硫化合物：最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中。 主要有硫醇（ ）、硫化物 ）（包括硫醚 主要有硫醇（-SH）、硫化物（-S-）（包括硫醚 R-S-Rˊ、环 ）、硫化物（ ）（ ˊ 硫醚）、二硫化物（-S-S-）以及噻吩衍生物。此外，还有元 硫醚）、二硫化物（ ）以及噻吩衍生物。此外， ）、二硫化物 素硫、硫化氢。 素硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏 等 含氮化合物：主要集中在胶质—沥青质中 沥青质中。 含氮化合物：主要集中在胶质 沥青质中。石油中含氧化 合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯、 合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯、 吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。 吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要意义的中 性含氮化合物， 卟啉化合物， 性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有机成因的重要生物 标志物。 标志物。
油气藏中的流体—石油 石油、 第一章 油气藏中的流体 石油、天然气和油田水
1、正构烷烃
在常温常压下， 的烷烃为气态， 在常温常压下，C1～C4 的烷烃为气态， C5～C16 的烷烃为液态，C17＋ 的高分子烷烃皆 的烷烃为液态， ＋ 呈固态。 呈固态。 石油中已鉴定出的正烷烃有C 石油中已鉴定出的正烷烃有 1～C45，个别 报导曾提及见到C 正烷烃， 报导曾提及见到 60正烷烃，但大部分正烷烃碳 石油中多数占15.5%（体积），轻质石 ），轻质石 数≤C35。石油中多数占 （体积）， 油可达30%以上，而重质石油可小于 以上， 油可达 以上 而重质石油可小于15%。 。

1-油气藏中的流体B

1-油气藏中的流体B

第四节 油气显示
三、油气显示的评价
油气显示评价：评价油气显示与油气藏可能存在的关系。 油气显示评价主要依据油气显示成因类型。一般认为：油气苗和 泥火山直接指示油气藏的存在或曾经发生过油气聚集。其它类型天然 油气显示可用来分析和研究油气成藏条件。 很显然，地表没有油气显示也不意味地下没有油气藏；有油气显 示也不意味一定有油气藏。许多情况下，有油气显示表明地下油气聚 集遭到破坏，没有工业价值。
第三节 油田水
三、油田水的化学组成及矿化度
（一）油田水的化学组成
3、溶解气 油田水中常见的溶解气有O2、N2、CO2、H2S、CH4、He等。
（二）油田水的矿化度及分布
矿化度：指单位体积油田水中溶解固体物质的总和。 离子浓度：指某种离子在单位体积油田水中的含量。 海相石油的油田水矿化度一般较高，70%矿化度大于100g/l，但 有的也接近淡水；陆相石油的油田水矿化度一般较低，一般小于 50g/l，但变化较大。
12CO ＋13CH 2 4 13CO ＋H12CO 2 3 13CO ＋12CH 2 4 12CO ＋H13CO 2 3
西段：四棵树泥火山
第四节 油气显示
一、油气显示的概念
（二）油气显示的形成
1.与地下油气藏有关的显示 地下油气藏中的石油和天然气可沿断裂面、不整合面、岩层层面、 裂隙、节理或刺穿岩体周围等运移通道溢出到地表。 油气苗、石油沥青、泥火山
与地下油气藏有关的油气显示（据Соколов图修改，转引自潘钟祥等，1986）
第五节 油气的碳、氢稳定同位素
一、有关同位素的基本概念
（一）同位素效应
同位素效应：物质参与生物、化学和物理作用的过程中，其中元 素的一种同位素被另一种同位素所取代，从而引起物质的物理、化学 性质变化的现象。 同位素效应可以明显地影响分子扩散迁移速率，化学反应速率等。 同位素效应的根本原因是同位素质量上的差异，这种差异越大，则同 位素效应越显著。

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

（1）. 正构烷烃（N-alkane）
石油中正烷烃有C1～C46
大部分正烷烃碳数≤C35
石油中多数占15.5%（体积）
轻质石油≥30% 重质石油≤15%
正构烷烃分布曲线 不同碳原子数的正构（不同
碳数正构烷烃相对含量分布）） 烷烃相对含量呈一条连续的曲 线。
主峰碳数
曲线上极 大值
这说明正烷烃同系物是一个连续渐变系列.
由碳和氢两种元素构成的化合物。
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质
二、石油的馏分和组分
1、石油的馏分：是利用组成石油的化合物具有不同
沸点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点范围 （即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分。
石油的馏分组分表
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质
2、石油的组分组成 石油的组分：石油化合物的不同组分对有机溶剂和 吸附具有选择性溶解和吸附性能，选用不同有机溶剂 和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分就是一个 组分，分别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质。 油质（Oily)：凡能溶解于中性有机溶剂，不被 硅胶所吸附，浅黄色粘性油状物。 苯胶质(Benzene gum)：能溶解于中性有机溶剂， 被硅胶所吸附，主要溶于苯，属暗色的油状物。 洒精苯胶质(Alcohol-benzene gum)：溶于酒精 和苯，同时被硅胶所吸附。 沥青质(Asphaltum;Pitch)：用石油醚分离，得 到不溶于石油醚的暗黑色-黑色沥青状无定形的固体。
石油的分布： 低沸点馏分，芳香烃含量较少，主要为： 单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。 高沸点馏分主要为：双环稠环芳香烃
随石油成熟度增加，芳烃系列向低环演化。
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质
４、非烃化合物 （Non-hydrocarbon chemical compound）

01第一章：油气藏中的流体

01第一章：油气藏中的流体

02第一章油气藏中的流体§1.0 油气藏中的流体任一个油气藏或油藏中都存在石油、天然气、油田水三种流体，而纯气藏中只有天然气和油田水。

这些流体存在于储集层的孔隙裂缝中，并在圈闭范围内按重力分异，在垂向上呈层状分布，天然气最轻居圈闭顶部，石油居中，水在下面。

但是，油气藏中的石油、天然气、油田水三者并非截然分离，气-油、油-水和气-水之间存在过渡带，它们以一定关系共存于储集层的孔隙裂缝系统中（图1-1）。

图1-1 典型油气藏中油、气、水分布的结构剖面图（据美国油藏开发经营委员会报告，1942）§1.1.1 石油一、石油的概念及组成（一）石油的概念石油又称原油，是以液态形式存在于地下岩石孔缝中的可燃有机矿产。

在地下油气藏中石油无论在成分上还是在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。

（二）石油的元素组成石油的元素组成主要是碳（C）和氢（H），其次是硫（S）、氮（N）、氧（O）。

不同产地的石油元素组成存在差异，但有一定的变化范围。

石油的平均元素组成，根据Hunt（1996）统计，碳85%、氢13.0%、硫、氮、氧2.0%。

碳、氢两元素主要呈烃类化合物存在，是石油组成的主体。

硫、氮、氧元素组成的化合物大多富集在渣油或胶质和沥青质中。

石油中碳含量一般为82%-87%，氢含量一般为11%-14%，两元素在石油中一般占95%-99%。

碳、氢元素质量比（C/H）介于5.7-7.7之间，平均值约为6.5，原子比的平均值约为0.56 (1:1.8)。

石油中硫含量，据Tissot和Welte (1978) 对9347个样品的统计，硫含量介于0.1-10%之间，平均为0.65%，其频率分布具双峰型（图1-2），在1%处为最小值，可将样品分为两部分，多数样品（约7500个）含硫量小于1%，少数样品（约1800个）含硫量大于1%，根据含硫量可把原油分为高硫原油（含硫量大于1%）和低硫原油（含硫量小于1%）。

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2、表观分子量 表观分子量（Mg）：天然气中各种化合物平均分子量，按下式计算： Mg=∑YiMi
上式中，Yi 、Mi分别是第i 种化合物的摩尔分数和分子量。
3、密度和相对密度 （1）密度（ρg）：
ρg=P Mg /ZRT 上式中，P-压力， Mg -表观分子量，Z-压缩因子（理想气体等于1），R-通用气体常数， T-绝对温度。 天然气的密度：在地表一般0.7—0.75kg/m3；在地下可达150—250kg/m3 ，凝析气可达 225—450kg/m3 。
图 1—12 世界气藏气化学组成图 （据Bоронов,Tихомиров等，1976）
（二）烃类组成
1、甲烷（轻烃气）：是烃类气体主要化合物。 2、重烃气（乙烷及其以重）：次要。其中以乙烷和丙烷为主。有时有少量的环烷烃 和芳香烃。在多数情况下，气体中烃类化合物含量与其分子量成反变关系。
根据烃类天然气中轻烃气和重烃气含量，常将将其分两类： （1）干气：C2+ <5% 。
三、天然气的物理性质 （一）天然气基本物理性质
1、分子大小 请见表1-11和表1-12。
组成 长度（10-10m）
表1-11石油、天然气的各种化合物分子长度
甲烷/ 硫化氢
4.2
二氧化 碳
4.7
乙烷 5.5
丙烷/ 异丁烷
6.5
正烷烃 4.2-40
杂环化 合物
15-30
沥青质 >50
表1-12天然气、水和液—固态烃类和非烃类化合物分子有效直径
位置上伴生气：气顶气、油溶气和油藏周围（上、中、下方）的气。 成因上伴生气：成油过程中形成的各种天然气。
2、非伴生气：
位置上非伴生气：与油藏分布没有关系。例如：某些气藏气。 成因上非伴生气：煤系有机质 或 未成熟 的有机质形成的天然气。
二、天然气的化学组成
（一）概述
气藏和油气藏中天然气， 无论是气藏类型，还是气体中 化合物组成，都是以烃类气体 为主。请见图1-12。
表1－13 常见的天然气组分在纯水的溶解系数（20℃，1×105Pa）
天然气组 分
甲烷
乙烷
丙烷
Байду номын сангаас
丁烷
异丁烷
二氧化 碳
硫化氢
氮气
溶解系数 0.033 0.047 0.037 0.036 0.025 0.87 2.58 0.016
分子
氦 氢 氩 水
有效直径 （10-10m）
2.0 2.3
2.9 3.2
分子
二氧化碳 氮
甲烷 苯
有效直径 （10-10m）
3.3 3.4
3.8 4.7
分子
正烷烃 环烷烃 杂环化合物 沥青质
有效直径 （10-10m）
4.8 5.4
10-30 50-100
由上面表可以看出，天然气化合物的分子的长度和有效直径要比石油化合物分子的长度和 有效直径一般要小，前者更有利于运移。
（1）在水中溶解度 天然气在水中溶解度（Q）用亨利公式表示： Q=C×P
上式中P为压力，C为溶解系数或亨利系数（即：亨利系数一个大气压下单位体积水溶解 天然气的体积）。换言之，天然气溶解度与压力成正比。
各种化合物的溶解系数是不同的，与温度和水中其他溶质浓度含量有关。常温下各种 常见的烃类化合物及非烃类气体的在纯水中溶解系数见表1-13。当水中含溶解有二氧化碳 时，烃类气体溶解度会增加。
(2) 湿气：C2+ > 5%。 典型干气和湿气中烃类化合物含量见表1-9 。
表1－9 典型湿、干气烃类组成表
天然气组成（体积%）
资料来源
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
＞C5H12
非烃
典型湿气 84.6
6.4
5.3
2.6
1.1
典型干气 96.0
2.0
0.6
0.3
1.1
Heron， （1964）
（三）非烃类组成
图 1—10 气水化合物中容纳的气体分 子及气/水比率关系图（Hunt,1979）
气水合物形成于特定的温压条件下（图1-11）：较低的温度和较高的压力。 因此，气水合物分布在冻土、极地和深海沉积物分布区。
图1—11 海水与甲烷形成气水化合物的相图（据Katz等，1959）
（Ⅱ）按与油藏位置或成因关系分 1、伴生气
（3）煤层气：分散在煤层中天然气（包括部分为游离型）。煤矿人员称之为瓦斯。 （4）固态气水合物：气体化合物分子与水分子结合形成的固态化合物。俗称可燃冰 （如：左下图）。
气水化合物分子中，气体分子是较小的分子（异丁烷和丙烷及其以小），水分子数与 气体化合物分子数是变化的，较小的气体分子与较少的 水分子结合（如：图1-10）。但 是，更大的分子（丁烷以上）则不能与水分子结合。
第三节 天 然 气
一、天然气的概念及产状 （一）天然气的概念
广义的天然气：自然界中的一切气体。如：宇宙气、大气、海洋气、岩 浆岩中气体等等。 狭义的天然气：地壳上部各种天然气体，主要是指可燃的烃类气体。 （二）天然气的产状 （Ⅰ）按相态分 1、聚集型天然气
以游离状态聚集在一起的天然气。进一步分三类： （1）气藏气：独立成为具有工业价值的聚集型天然气。即气藏。 （2）气顶气：存在于油藏顶部的聚集型天然气。 （3）凝析气：含有凝析油的气藏气（是一种特殊的气藏气），或溶解 有轻质油的气藏气。凝析气采出后，压力降低部分烃气因逆凝结成为油， 即凝析油。 2、分散型天然气 （1）油溶气： 溶于石油中的天然气。 （2）水溶气：溶于水中的天然气。
（2）相对密度（rg） 天然气的相对密度：常温常压下天然气的密度（ ρ g ）和空气的密度（ ρa ）之比。 rg= ρ g/ ρ a= Mg / Ma
上式中， Ma为空气的表观分子量。天然气的相对密度0.56—1.0之间。因此，它们通常比 空气要轻。
4、溶解度
天然气溶解度：单位体积的溶剂溶解天然气的体积。
气藏气中常见的非烃气有N2、CO2、H2S、H2、CO、Hg蒸气及惰性气体，有时还含有少 量有机硫、氧、氮化合物。非烃气的含量一般小于10%，但亦有少量非烃气的含量超过10%， 极少数是以非烃气为主的气藏，如N2气藏，CO2气藏、H2S气藏。
除上述外，还有痕量到微量的稀有气体，如氦、氖、氪、氩、氙、氡等惰性气体，它 们在沉积圈中含量较低，不能单独形成气藏，而常与其他气体共存于气藏中，少部分则溶 于石油及地层水中。在泉水中微量稀有气体，具有医疗价值。但要使稀有气体作为气藏来 开采，必须含有相当大的浓度，而且数量相当大时，才有经济价值。