石油地质学(2012)-第一章油气水的组成和性质

第一章 油气水的成分和性质

主要内容 原油的成分及性质 天然气的成分和性质 油田水的成分和性质

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第一节 原油的成分和性质一、石油的概念 石油(Petroleum)是指从地下深处开采出来的多组分混 石油( ) 合物。即指气态、 液态 、固态的以烃类为主的混合物，具 气态、 固态的以烃类为主的混合物 的以烃类为主的混合物， 合物。 天然产状(第11届世界石油大会、国际标准化委员会)。 天然产状( 届世界石油大会、国际标准化委员会) 届世界石油大会

原油( 原油(Crude Oil):是石 ) 油的基本类型， 油的基本类型 ， 赋存在地 下储集层内， 在常温、 下储集层内 ， 在常温 、 常 压条件下呈液态的。 压条件下呈液态的。

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第一节 原油的成分和性质二、原油的化学组成 )、元素组成 元素组成( (一)、元素组成(Elemental composition) )世界上各油田所产原油的性质虽然千差万别，但它们的元素组成是 世界上各油田所产原油的性质虽然千差万别， 一致的，基本是由碳、 氧五种元素组成， 一致的，基本是由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成，而且主要是碳和 它们在原油中含量的一般范围是： 氢。它们在原油中含量的一般范围是： 碳 83.0%~87.0% 83. 87. 氢 11.0%~14.0% 11. 14. 硫 0.05%~8.00% 05% 00% 氮 0.02%~2.00% 02% 00% 氧 0.05%~2.00% 05% 00% 除碳、氢、硫、氮、氧外，原油中还含有微量的金属和非金属元素， 氧外，原油中还含有微量的金属和非金属元素， 除碳、 它们的含量一般只是百万分之几甚至十亿分之几。微量金属元素30多种, 30多种 它们的含量一般只是百万分之几甚至十亿分之几。微量金属元素30多种, Fe、Al、 Ni…。 有 Fe、Al、V、Ni 。2012/5/233

第一节 原油的成分和性质(一)、元素组成 )、元素组成

碳、氢两种元素在原油中一般占95%以上 氢两种元素在原油中一般占95% 952012/5/234

第一节 原油的成分和性质(二)、化合物组成 )、化合物组成 烃类(Hydrocarbon):指全部由氢和碳原子构成的化合物——烷烃、 烃类( ) 指全部由氢和碳原子构成的化合物 烷烃、 烷烃 环烷烃、芳香烃 环烷烃、

1、烷烃(Alkanes) :属饱和烃(CnH2n+2) 烷烃( ) 属饱和烃( 气态， 液态， 常PT下 C1~4气态，C5~16液态，C17+固态 PT下2012/5/235

第一节 原油的成分和性质1)正构烷烃：含量是较高的，其含 正构烷烃：含量是较高的， 量一般为15%~20%。原油中已检测 量一般为15%~20%。原油中已检测 15%~20%。 的各种正构烷烃。 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

。 含量随碳原子数增加有规律地减少。

管线中的结蜡( 管线中的结蜡(C33+)2012/5/23

第一节 原油的成分和性质2)异构烷烃 内的异构烷烃含量较高， 范围内， 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( 甲基或3 甲基) 其次是两个叔碳原子的构型。 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，它们是C 等分子量范围内最重要的异构烷烃是异戊二烯类烷烃，它们是C9~C25的 异构烷烃，每隔三个碳原子有一个甲基支链，含量常占原油的1 异构烷烃，每隔三个碳原子有一个甲基支链，含量常占原油的1%。 最重要：异戊二烯型烷烃(植烷，姥鲛烷)生物标志化合物 。 最重要：异戊二烯型烷烃(植烷，姥鲛烷)2,6,10,14-四甲基十六烷(植烷): 2,6,10,14 -四甲基十五烷(姥鲛烷): 2,6,10-三甲基十五烷(降姥鲛烷): 2,6,10-三甲基十三烷(异十六烷): 2,6,10-三甲基十二烷(法呢烷):

常见类异戊二烯型烷烃结构示意图2012/5/237

第一节 原油的成分和性质2、环烷烃(Naphthene) 环烷烃( ) 轻馏分中( 环己烷、 轻馏分中(<C10):环己烷、环戊烷及 其衍生物是原油的重要组分， 其衍生物是原油的重要组分 ， 特别 是甲基环己烷和甲基环戊烷常常是 最丰富的。 最丰富的。 中等到重馏分(C10~C35):一般由1~ 一般由1 中等到重馏分( 个五员环和六员环组成。 5个五员环和六员环组成。 原油中： 原油中： 单环和双环烷烃： 占环烷烃总量的 50 单环和双环烷烃 ： 占环烷烃总量的50 55% %~55% 三环烷烃：占20% 三环烷烃： 20% 四环和五环环烷烃：占碳数大于10的环 四环和五环环烷烃：占碳数大于10的环 10 烷烃的25 25% 烷烃的 25 % , 它们的结构与四环甾 族化合物和五环三萜烷直接相关。 族化合物和五环三萜烷直接相关。8

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第一节 原油的成分和性质3、芳香烃(Aromatics) 芳香烃( )分子中含有苯环的烃类，属不饱和烃。 分子中含有苯环的烃类，属不饱和烃。 单环芳烃(含一个苯环) 单环芳烃(含一个苯环) 多环芳烃(含两个以上独立苯环) 多环芳烃(含两个以上独立苯环) 稠环芳烃 ( 含两个以上苯环, 彼此通 含两个以上苯环, 过共用两个相邻碳原子稠合而成) 过共用两个相邻碳原子稠合而成) 原油中1~ 3 环的苯 、 萘和菲系列含量 环的苯、 原油中 1 最高， 占芳香馏分的 70 % 左右 ， 而 70% 最高 ， 占芳香馏分的70 左右， 四环以上的芳烃仅占不到10%。 四环以上的芳烃仅占不到10% 10

单

环芳烃具特殊芳香味，有毒。 单环芳烃具特殊芳香味，有毒。2012/5/239

第一节 原油的成分和性质非烃类 含硫化合物( 1、含硫化合物(Sulfur compounds) : )含量从万分之几到百分之几 存在形式元素硫、硫醇、硫醚和噻吩类等， 存在形式元素硫、硫醇、硫醚和噻吩类等， 有机硫化物已鉴定出250 250种 有机硫化物已鉴定出250种 原油中的硫主要来自有机物的蛋白质和围岩 的含硫酸盐矿物如石膏等，故产于海相环境 的含硫酸盐矿物如石膏等，故产于海相环境 的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高。 的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高。 易形成 H2S、H2SO4、H2SO3 等，对金属管线 设备造成腐蚀。 设备造成腐蚀。 含量> 高硫石油( 地层) 含量> 2% 高硫石油(碳酸盐岩 地层) 0.5-2% 含硫石油 0.5低硫石油(砂岩地层) <0.5% 低硫石油(砂岩地层)2012/5/23

thiophene (C4H4S)10

第一节 原油的成分和性质2、含氮化合物(Nitrogen compounds) : 含氮化合物( ) 含量为万分之几至千分之几，约有90%存在于渣油中；其中 90% 含量为万分之几至千分之几，约有90 存在于渣油中； 金属卟啉化合物最为重要，石油有机成因证据之一。 金属卟啉化合物最为重要，石油有机成因证据之一。

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第一节 原油的成分和性质3、含氧化合物(Oxygen compounds): 含氧化合物( ) 含量一般只有千分之几，个别石油可高达2 3 含量一般只有千分之几，个别石油可高达2—3%。 分为酸性和中性两类。前者有环烷酸、脂肪酸及酚， 分为酸性和中性两类。前者有环烷酸、脂肪酸及酚，总称为 石油酸；后者有醛、酮类。 石油酸；后者有醛、酮类。 石油中主要是酸性含氧化合物，其中环烷酸最多， 石油中主要是酸性含氧化合物，其中环烷酸最多，占酸性物 90%以上。 质90%以上。 环烷酸很容易生成各种盐类， 环烷酸很容易生成各种盐类，其中碱金属盐能很好地溶解于 水中，在石油接触的地下水中常含这种环烷酸盐， 水中，在石油接触的地下水中常含这种环烷酸盐，可作为找 油的标志。 油的标志。

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phenol 苯酚(石炭酸) 苯酚(石炭酸)

第一节 原油的成分和性质4、胶质、沥青质 (resin and asphaltene) 胶质、 )

沥青质沉淀造成的不利影响

降低井的产量 增高泵压 堵塞生产设施

用溶剂溶解去除 防治方法 用机械方法去除 加入分散剂防止沥青质集结2012/5/2313

第一节 原油的成分和性质(三)、原油族组成 )、原油族组成 饱和烃、 →将原油分为饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质 将原油分为饱和烃 芳香烃、胶质和

原油

原油溶液

沥青质

饱和烃

芳香烃

胶质

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第一节 原油的成分和性质(四)、馏份组成(Fractions) )、馏份组成(Fractions) 馏份组成根据各馏份沸点不同进行蒸馏区分(据潘钟祥等，1986) 根据各馏份沸点不同进行蒸馏区分(据潘钟祥等，1986) 沸点不同进行蒸馏区分(蒸馏) 馏 分 轻 馏 分 石油气 切割温度℃ <35 汽油 C5~11 35-190 中 煤油C9~16 190-260 馏 柴油 C13~23 260-320 分 重瓦斯 油 320-360石油气 汽油

重 馏 润滑油 360-530

分 渣油 >530

常

煤油

压 加原 石油 200℃ 油

柴油 减 加 润滑油 压 重油 热 渣油 塔 炉15

热 360℃ 炉

塔

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第一节 原油的成分和性质三、物理性质 1、颜色(color) 颜色(color) 颜色变化较大，从无色—黑色。 颜色变化较大，从无色 黑色。 黑色

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第一节 原油的成分和性质

热采 -蒸汽辅 蒸汽辅 助重力泄油法

热采 -蒸汽吞吐法

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第一节 原油的成分和性质三、物理性质 2、相对密度(Gravity) 相对密度(Gravity) 20℃的原油与 ℃纯水单位体积的重量比。d204 ℃的原油与4℃纯水单位体积的重量比。 d204:0.75~1.00。 ~ 。 也有> 者 伊朗、加州、墨西哥，我国孤岛馆陶组原油： 也有>1.0者(伊朗、加州、墨西哥，我国孤岛馆陶组原油： 0.93~1.026。) ~ 。) 前苏联苏拉汉原油： 前苏联苏拉汉原油：0.71 相对密度>0.92 国际：0.934) 相对密度>0.92(国际：0.934) >0.92( 重质原油

<0.92 轻质原油 美国：API度 141. /d(15. 131. 美国：API度=141.5/d(15.5)-131.5 西欧：波美度=140/d 15. /d( 西欧：波美度=140/d(15.5)-1302012/5/2318

第一节 原油的成分和性质3、粘度(Viscosity) 粘度(Viscosity) 指流体质点相对移动时所受到的内部阻力。它是对流体流动性能的度 指流体质点相对移动时所受到的内部阻力。 单位为帕斯卡秒(Pa· 量，单位为帕斯卡秒(Pa·S)。 通常测定的是相对粘度， 通常测定的是相对粘度，即液体的绝对粘度与同温条件下水的绝对粘 度之比。 度之比。 原油的粘度变化很大，如大庆原油粘度在50℃ 9.3~21.8× 50℃为 Pa· 原油的粘度变化很大，如大庆原油粘度在50℃为9.3~21.8×10-3Pa·S, 孤岛油田馆陶组原油则为103~6451 103~6451× Pa· 孤岛油田馆陶组原油则为103~6451×10-3Pa·S。

流动性—产量，开发方式， 流动性 产量，开发方式， 产量 管线运输

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第一节 原油的成分和性质三、物理性质 4、荧光性(Fluorescence) 荧光性(Fluorescence) 紫外线照射下发光—荧光。 紫外线照射下发光—荧光。 影响因素：化学结构—多环芳烃及非烃引起发光，饱和烃则 影响因素：化学结构—多环芳烃及非烃引起发光， 不发光。

不发光。 轻质油：浅兰色； 轻质油：浅兰色； 胶质多者： 沥青质多者：褐色。 胶质多者：绿~黄；沥青质多者：褐色。

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第一节 原油的成分和性质三、原油的物理性质 5、旋光性 当偏光通过原油时，偏光面会旋转一定角度， 当偏光通过原油时，偏光面会旋转一定角度， 这个角 度称为旋光角。这种能使偏光面发生旋转的特性， 度称为旋光角。这种能使偏光面发生旋转的特性，称为旋 光性。 光性。 左旋物质， 右旋物质， 天然原油多为右旋。 左旋物质 ， 右旋物质 ， 天然原油多为右旋 。 0.1 度 — 几十分。 几十分。 原因：分子中具有不对称分子结构。 原因：分子中具有不对称分子结构。

原油的旋光性是原油有机成因的一个有力的佐证。 原油的旋光性是原油有机成因的一个有力的佐证。2012/5/2321

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