第1章++油氣田地下流體的基本特征油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)中國(guó)石油大學(xué)華東

1、第第 一一 章章 油氣田地下流體的基本特征油氣田地下流體的基本特征 石油的化學(xué)組成及物理性質(zhì)石油的化學(xué)組成及物理性質(zhì) 天然氣的化學(xué)組成及物理性質(zhì)天然氣的化學(xué)組成及物理性質(zhì) 油田水的化學(xué)組成及物理性質(zhì)油田水的化學(xué)組成及物理性質(zhì)石油石油油層油層蓋層蓋層天然氣天然氣水水碳（碳（C）、氫（氫（H）、氧（氧（O）、氮（氮（N）、硫（硫（S）84-87% 11-14% 1-4%第一節(jié)第一節(jié) 石油石油一、石油的元素組成* * * *（常見(jiàn)（常見(jiàn)3030多種）多種）儲(chǔ)存在于地下巖石空隙（孔、洞、縫）儲(chǔ)存在于地下巖石空隙（孔、洞、縫）中的、天然生成的、以液態(tài)烴為主要化中的、天然生成的、以液態(tài)烴為主要化學(xué)組分的可

2、燃有機(jī)礦產(chǎn)。學(xué)組分的可燃有機(jī)礦產(chǎn)。* * * * * *石石油油？1、主要元素、主要元素組成烴類(lèi)組成化合物，富集于膠質(zhì)、瀝青組分中諸如諸如Fe、Ca、Mg、Si、Al、V、Ni等，其中等，其中V、Ni研究較清楚研究較清楚 :1,:1,:進(jìn)行油源對(duì)比含量低陸相含量高海相判斷成油環(huán)境NiVNiVNiVNiV一、石油的元素組成* * * *1.1.1.1.元素組成元素組成元素組成元素組成主要元素主要元素：碳、氫、氧、硫、氮碳、氫、氧、硫、氮C C、H H 占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)重量百分比：重量百分比： C C 8484- -87% 87% ； H H 1010- -14%14%； O+N+SO+N+S

3、 1 1- -4%4%半咸咸水半咸咸水S S高（高（1%1%）；內(nèi)陸淡水：）；內(nèi)陸淡水：S S低（低（1%2%S2%高硫原油；高硫原油；S S0.5%0.5%低硫原油；低硫原油；S S0.50.5- -2%2%含硫原油含硫原油2、微量元素、微量元素（30余種）余種）含含N N、含、含S S、含、含O O化合物化合物非烴非烴不飽和烴不飽和烴芳烴環(huán)烷芳烴芳烴環(huán)烷芳烴環(huán)烷烴環(huán)烷烴飽和烴飽和烴烷烴烷烴（正構(gòu)、異構(gòu)）（正構(gòu)、異構(gòu)）烴烴含含N N、含、含S S、含、含O O化合物化合物非烴非烴不飽和烴不飽和烴芳烴環(huán)烷芳烴芳烴環(huán)烷芳烴環(huán)烷烴環(huán)烷烴飽和烴飽和烴烷烴烷烴（正構(gòu)、異構(gòu)）（正構(gòu)、異構(gòu)）烴烴二、石油的

4、化合物組成二、石油的化合物組成 * * * * 碳和氫組成的碳?xì)浠衔锔哌_(dá)碳和氫組成的碳?xì)浠衔锔哌_(dá)420420多種多種1.烷烴烷烴（C原子單鍵相連呈鏈?zhǔn)剑┰訂捂I相連呈鏈?zhǔn)剑ㄒ唬┦椭械臒N類(lèi)化合物（一）石油中的烴類(lèi)化合物（按結(jié)構(gòu)分）)()(姥鮫烷四甲基十五烷植烷四甲基十六烷指標(biāo)油源對(duì)比標(biāo)志或正構(gòu)烷烴正構(gòu)烷烴C1C45，C35 占原油體積占原油體積5-25%5-25%，輕質(zhì)油中含量高，輕質(zhì)油中含量高異構(gòu)烷烴異構(gòu)烷烴異戊間二烯型，C10為主ccccccccHCnn異構(gòu)烷烴正構(gòu)烷烴支鏈存在與否又叫脂肪烴22,C葉綠素的側(cè)鏈葉綠素的側(cè)鏈植醇植醇生物成因標(biāo)志生物成因標(biāo)志異戊二烯烴同系列立體化學(xué)結(jié)構(gòu)圖

5、異戊二烯烴同系列立體化學(xué)結(jié)構(gòu)圖2.2.環(huán)烷烴環(huán)烷烴（C原子以單鏈相連呈閉合環(huán)狀）原子以單鏈相連呈閉合環(huán)狀）含碳環(huán)結(jié)構(gòu)單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)及多環(huán)石油中多為五員環(huán)或六員環(huán)石油中多為五員環(huán)或六員環(huán)環(huán)戊烷、環(huán)己烷及其同系物環(huán)戊烷、環(huán)己烷及其同系物多環(huán)中以多環(huán)中以四環(huán)甾烷和五環(huán)萜烷四環(huán)甾烷和五環(huán)萜烷較為重要較為重要旋光性旋光性生物成因標(biāo)志生物成因標(biāo)志（一）石油中的烴類(lèi)化合物（一）石油中的烴類(lèi)化合物3.芳香烴芳香烴（含苯環(huán)結(jié)構(gòu)的不飽和烴）（含苯環(huán)結(jié)構(gòu)的不飽和烴）萘、蒽、菲稠環(huán)芳香烴聯(lián)苯、三苯甲烷多環(huán)芳香烴溶于有機(jī)溶劑不溶于水、甲苯、對(duì)二甲苯苯單環(huán)芳香烴:、石油的低沸點(diǎn)餾分中，石油的低沸點(diǎn)餾分中，芳烴較少，主要

6、為單環(huán)芳芳烴較少，主要為單環(huán)芳烴。多環(huán)稠環(huán)芳烴主要出烴。多環(huán)稠環(huán)芳烴主要出現(xiàn)于重餾分中?，F(xiàn)于重餾分中。隨石油成熟度增大隨石油成熟度增大，芳芳烴系列向低環(huán)方向演化。烴系列向低環(huán)方向演化。1.含硫化合物含硫化合物萬(wàn)分之幾至百分之幾萬(wàn)分之幾至百分之幾油價(jià)高含硫量低硫石油之間含硫量含硫石油含硫量高硫石油含量分類(lèi)%5 . 0:%25 . 0:%2:存在形式：存在形式： 元素硫、硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩及其同系物等元素硫、硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩及其同系物等 如如CHCH3 3-SH-SH（甲基硫醇）（甲基硫醇） （二二）石油中的非烴類(lèi)化合物）石油中的非烴類(lèi)化合物除除C、H外，還含有外

7、，還含有S、N、O評(píng)價(jià)石油質(zhì)量的指標(biāo)評(píng)價(jià)石油質(zhì)量的指標(biāo) ; )(:;:鎳卟啉釩卟啉卟啉及其同系物吡咯、非堿性吡啶、喹林及其同系物堿性組成、%25. 0:%25. 0:含氮量貧氮石油含氮量高氮石油含量分類(lèi)2.2.含氮化合物含氮化合物萬(wàn)分之幾至千分之幾萬(wàn)分之幾至千分之幾 動(dòng)物的血紅素和植物的葉綠素動(dòng)物的血紅素和植物的葉綠素 （二二）石油中的非烴類(lèi)化合物）石油中的非烴類(lèi)化合物研究石油成因研究石油成因 葉綠素（葉綠素（A A）與原油中的卟啉（）與原油中的卟啉（B B）、植烷）、植烷（PhPh）、姥鮫烷（）、姥鮫烷（PrPr）結(jié)構(gòu)比較圖）結(jié)構(gòu)比較圖（二二）石油中的非烴類(lèi)化合物）石油中的非烴類(lèi)化合物環(huán)烷酸

8、分布普遍，在水中溶解度小；環(huán)烷酸分布普遍，在水中溶解度小；環(huán)烷酸環(huán)烷酸易形成各種鹽類(lèi)，易形成各種鹽類(lèi)，堿金屬的堿金屬的環(huán)烷酸環(huán)烷酸鹽鹽易容于水易容于水3.3.含氧化合物含氧化合物萬(wàn)分之幾至千分之幾萬(wàn)分之幾至千分之幾環(huán)烷酸、脂肪酸、環(huán)烷酸、脂肪酸、 酚、酮酚、酮 （二二）石油中的非烴類(lèi)化合物）石油中的非烴類(lèi)化合物 找油標(biāo)志找油標(biāo)志三、石油的物理性質(zhì)三、石油的物理性質(zhì) * * * * 1.顏色顏色（膠質(zhì)（膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量有關(guān)）瀝青質(zhì)含量有關(guān)）無(wú)色無(wú)色（四川黃（四川黃瓜瓜山、大港油田）山、大港油田）、黃色、綠色、淺紅色、褐色、黃色、綠色、淺紅色、褐色 、黑色。、黑色。芳烴非烴含量高，顏色深；芳烴非烴

9、含量高，顏色深； 反之，顏色淺。反之，顏色淺。5.1315.155.141時(shí)相對(duì)密度美國(guó) API相對(duì)密度其值時(shí)相對(duì)密度西歐波美度;1305 .15140密度：密度：?jiǎn)挝惑w積的質(zhì)量：?jiǎn)挝惑w積的質(zhì)量：g/cm3或或t/m3; 相對(duì)密度（比重）：相對(duì)密度（比重）：d420：1atm下下20脫氣原油與脫氣原油與4 4 同體積純水的重量比。同體積純水的重量比。0.750.98之間。之間。0.934 0.934 重質(zhì)石油；重質(zhì)石油；0.934 0.934 輕質(zhì)石油輕質(zhì)石油相對(duì)密度大小取決于化學(xué)組成，相對(duì)密度大小取決于化學(xué)組成，T、P、溶解氣量等；、溶解氣量等；2.相對(duì)密度相對(duì)密度5.1315.141604

10、FdAPI度5.1315.141604FdAPI度（6060F F15.515.5） d d4 42020：1atm1atm下下2020單位體積原油與單位體積原油與4 4單位體積純水的重量比單位體積純水的重量比一般：一般：d420=0.75=0.75- -0.980.98，變化較大。，變化較大。0.90.9-重質(zhì)油；重質(zhì)油；0.93030g/mg/m3 3）的氣藏的氣藏，叫，叫凝析氣藏凝析氣藏。一般不單獨(dú)采取低壓水溶氣水中異常高壓帶以下的地?zé)岣邏核軞?;: 固態(tài)氣水合物固態(tài)氣水合物（冰凍甲烷，水化甲烷）（冰凍甲烷，水化甲烷）在高壓、低溫條件下，甲烷等氣體凍結(jié)在水分子在高壓、低溫條件下，甲烷等

11、氣體凍結(jié)在水分子的擴(kuò)大晶格中。的擴(kuò)大晶格中。液態(tài)水、溫度低、壓力大液態(tài)水、溫度低、壓力大 主要發(fā)現(xiàn)于凍土層、極地、深海沉積物中；主要發(fā)現(xiàn)于凍土層、極地、深海沉積物中；煤層氣煤層氣（礦井瓦斯）（礦井瓦斯）煤層中所含吸附或游離狀態(tài)的天然氣。煤層中所含吸附或游離狀態(tài)的天然氣。與煤系有關(guān)的氣體；與煤系有關(guān)的氣體；CH4為主，含為主，含N2、Co2、H2s及氨及氨；分散型分散型 溶解氣溶解氣：地層條件下，溶于石油或水的天然氣。：地層條件下，溶于石油或水的天然氣。 油溶氣油溶氣：油藏中溶解的天然氣，油藏中溶解的天然氣， C C2 2+ +高，可達(dá)高，可達(dá)40%40%， 水溶氣水溶氣 C H O S N 微

12、量元素微量元素6580% 1220%二、天然氣的化學(xué)組成二、天然氣的化學(xué)組成 * * * *1.元素組成元素組成烴類(lèi)烴類(lèi)CH4為主，為主， 數(shù)量不等的數(shù)量不等的C C2 2+ +、 C2C4為主；為主；非烴類(lèi)非烴類(lèi)Co2、N2、H2s；2.化合物組成化合物組成 冀中坳陷趙蘭莊構(gòu)造冀中坳陷趙蘭莊構(gòu)造Ek-Es4Ek-Es4：高壓硫化氫氣藏，硫化氫：高壓硫化氫氣藏，硫化氫92%92%； 與地層中含石膏有關(guān)與地層中含石膏有關(guān) 濟(jì)陽(yáng)坳陷平方王油氣田下第三系天然氣：二氧化碳濟(jì)陽(yáng)坳陷平方王油氣田下第三系天然氣：二氧化碳63-66%63-66%； 與玄武巖與石灰?guī)r接觸的加熱分解有關(guān)與玄武巖與石灰?guī)r接觸的加熱

13、分解有關(guān) 普光氣田普光氣田迄今為止我國(guó)規(guī)模最大、豐度最高的特大型整裝海相氣田迄今為止我國(guó)規(guī)模最大、豐度最高的特大型整裝海相氣田到到20082008年預(yù)計(jì)探明儲(chǔ)量將達(dá)到年預(yù)計(jì)探明儲(chǔ)量將達(dá)到50005000億立方米至億立方米至55005500億立方米，年產(chǎn)能將達(dá)到億立方米，年產(chǎn)能將達(dá)到120120億億立方米凈化氣。立方米凈化氣。干氣、硫化氫含量高；干氣、硫化氫含量高； 指在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，單位體積天然氣與同體積空氣的質(zhì)指在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，單位體積天然氣與同體積空氣的質(zhì)量之比。量之比。 0.56-0.90；三、天然氣的物理性質(zhì)三、天然氣的物理性質(zhì) * * * *1.相對(duì)密度相對(duì)密度 2.2.粘度粘度 n10

14、-2 10-2 mPas；P、T、 分子量、非烴氣含量分子量、非烴氣含量3.3.溶解性溶解性易溶于石油易溶于石油 難溶于水難溶于水CH4 0.3m3/m3油油 0.033m3/m3水水 水中溶解性水中溶解性T、氣體組分有關(guān)、氣體組分有關(guān) 油中溶解性油中溶解性壓力、天然氣組成、石油性質(zhì)壓力、天然氣組成、石油性質(zhì)4.4.蒸汽壓力蒸汽壓力將氣體液化時(shí)所需施加的壓力；將氣體液化時(shí)所需施加的壓力；溫度溫度T， P（相同（相同M）；）；分子量分子量M，P（相同（相同T）；）；5.5.臨界溫度和臨界壓力臨界溫度和臨界壓力臨界溫度：臨界溫度：氣相物質(zhì)能維持液相的最高溫度氣相物質(zhì)能維持液相的最高溫度臨界壓力臨界

15、壓力：在臨界溫度時(shí)，氣態(tài)物質(zhì)液化所需最低壓力：在臨界溫度時(shí)，氣態(tài)物質(zhì)液化所需最低壓力第三節(jié)第三節(jié) 油田水油田水油田水？油田水？* * * * *廣義：指含油氣區(qū)域內(nèi)與油氣藏有密切聯(lián)系廣義：指含油氣區(qū)域內(nèi)與油氣藏有密切聯(lián)系 的地下水，包括油層水和非油層的地下水，包括油層水和非油層狹義：直接與油層連通的地下水。狹義：直接與油層連通的地下水。 指油層水指油層水一、油田水的賦存狀態(tài)及來(lái)源一、油田水的賦存狀態(tài)及來(lái)源依據(jù)巖石中的蘊(yùn)藏狀態(tài)：依據(jù)巖石中的蘊(yùn)藏狀態(tài)：超毛細(xì)管水（自由水）：超毛細(xì)管水（自由水）：管形孔隙直徑管形孔隙直徑 0.5mm0.5mm，裂縫寬度，裂縫寬度0.25mm0.25mm。 蘊(yùn)藏在儲(chǔ)集

16、層的超毛細(xì)管孔隙中，在重力的作用下可以自由移動(dòng)和傳遞蘊(yùn)藏在儲(chǔ)集層的超毛細(xì)管孔隙中，在重力的作用下可以自由移動(dòng)和傳遞靜水壓力。靜水壓力。毛細(xì)管水：毛細(xì)管水：管形孔直徑管形孔直徑0.5-0.0002mm0.5-0.0002mm，縫寬，縫寬0.25-0.0001mm0.25-0.0001mm。 蘊(yùn)藏在儲(chǔ)集層的毛細(xì)管孔隙中，當(dāng)作用于水的外力超過(guò)孔隙毛細(xì)管力時(shí)，蘊(yùn)藏在儲(chǔ)集層的毛細(xì)管孔隙中，當(dāng)作用于水的外力超過(guò)孔隙毛細(xì)管力時(shí)，水可以流動(dòng)。水可以流動(dòng)。微毛細(xì)管孔隙（束縛水、吸附水、結(jié)合水）：微毛細(xì)管孔隙（束縛水、吸附水、結(jié)合水）：管形孔直徑管形孔直徑0.0002mm0.0002mm，縫寬，縫寬0.0001m

17、m11（由于含鹽類(lèi)）（由于含鹽類(lèi)）3.3.粘度粘度：比純水高，礦化度：比純水高，礦化度 、溫度、溫度；4.導(dǎo)電性導(dǎo)電性：導(dǎo)電，礦化度及：導(dǎo)電，礦化度及TT；咸味苦味臭雞蛋味汽油味石油:味42NaclMgsosH四、油田水的物理性質(zhì)四、油田水的物理性質(zhì)天然水成因圖解天然水成因圖解 CaClCaCl2 2型：型：（Cl-Na）/Mg 1深成水、油田水深成水、油田水 MgClMgCl2 2型：型：0 （Cl-Na）/Mg 1海水、鹽湖水海水、鹽湖水 NaHCONaHCO3 3型：型：（Na-Cl）/SO4 1油田水（高礦化度）油田水（高礦化度）地表淡水（低礦化度）地表淡水（低礦化度） NaNa2 2

18、SOSO4 4型：型：0 （Na-Cl）/SO4 1 地表淡水地表淡水五、油田水的分類(lèi)五、油田水的分類(lèi)* * * * *蘇聯(lián)水文學(xué)家蘇林分類(lèi)：蘇聯(lián)水文學(xué)家蘇林分類(lèi)： 系系 數(shù)數(shù) 水型水型 成因成因Na/ClNa+-Cl-/SO42-Cl-Na+/Mg2+110硫酸硫酸鈉鈉型型大陸環(huán)境大陸環(huán)境地表淡水地表淡水110重碳酸鈉型重碳酸鈉型大陸環(huán)境大陸環(huán)境油田水高礦化度油田水高礦化度地表水低礦化度地表水低礦化度101氯化鎂型氯化鎂型海洋環(huán)境海洋環(huán)境海水、鹽湖水海水、鹽湖水101氯化鈣型氯化鈣型深成環(huán)境深成環(huán)境油田水油田水本章重點(diǎn)講述了油氣水的基本概念、化學(xué)組成及物理性質(zhì)本章重點(diǎn)講述了油氣水的基本概念、化學(xué)組成及物理性質(zhì)主要內(nèi)容包括：主要內(nèi)容包括： 石油、天然氣、油田水的概念石油、天然氣、油田水的概念 石油的化學(xué)組成及物理性質(zhì)石油的化學(xué)組成及物理性質(zhì)元素組成、化合物組成、物理性質(zhì)及其影響因素；元素組成、化合物組成、物理性質(zhì)及其影響因素； 天然氣的化學(xué)組成及物理性質(zhì)天然氣的化學(xué)組成及物理性質(zhì)產(chǎn)出類(lèi)型、元素組成及化合物組成、物理性質(zhì)及其影產(chǎn)出類(lèi)型、元素組成及化合物組成、物理性質(zhì)及其影響因素；響因素； 油田水的化學(xué)組成及物理性質(zhì)油田水的化學(xué)組成及物理性質(zhì) 元素組成、化合物組成、物理性質(zhì)及其影響因素；元素組成、化合物組成、物理性質(zhì)及其影響因素；小小 結(jié)結(jié) 一、主要基本概念一、主要基本概念