1石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)

1、第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)第一節(jié) 石油瀝青類概述 一、石油瀝青類與可燃有機(jī)礦產(chǎn) 天然氣、石油及其固態(tài)衍生物，統(tǒng)稱為石油瀝青類。它們多由古代的動(dòng)物、植物遺體演變而來，屬有機(jī)成因，又具有燃燒能力，總稱為可燃有機(jī)礦產(chǎn)或可燃有機(jī)巖。 二、可燃有機(jī)礦產(chǎn)的元素組成 組成可燃有機(jī)巖的主要元素是碳和氫，還含少量的氧、硫、氮等雜質(zhì)元素。三、可燃有機(jī)礦產(chǎn)分類 根據(jù)物理狀態(tài)，可燃有機(jī)礦產(chǎn)分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三類。（1）氣態(tài)可燃礦產(chǎn)：純氣田的氣體、石油伴生的油田氣、煤型氣、火山氣、沼氣等。（2）液態(tài)可燃礦產(chǎn)：以石油為代表。（3）固態(tài)可燃礦產(chǎn)：地瀝青、地蠟、石瀝青等石油衍生物，還有各種煤、油頁巖、 硫磺等

2、。第二節(jié) 石油的成份和性質(zhì) 石油(petroleum/crude oil)是一種成份十分復(fù)雜的天然有機(jī)化合物的混合物。成份：主要烴類、少量非烴和微量元素相態(tài)：液態(tài)為主，溶有大量烴氣，少量非烴氣物性：多具芳香氣味、油脂狀、比水輕，顏色 有黑、褐、棕、綠、淺黃直至透明。 第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)一、石油的化學(xué)成分（一）元素組成 1.基本元素 石油沒有確定的元素組成，但主要由5種元素組成，即由C、H及少量O、S、N等元素組成。據(jù)統(tǒng)計(jì)： C：8487%（84.5）； H：1114%（13）； O(0.5)+S(1.5)+N(0.5)：14%；C、H占絕對優(yōu)勢，也叫碳?xì)浠衔?(hydr

3、ocarbon)主要呈烴類存在，構(gòu)成石油的主體。而O、S、N常存在于含雜原子的化合物中，主要是重餾分。 S，平均為0.65%；碳酸鹽巖系和膏巖系含油層而形成的石油，S 一般含量較高，產(chǎn)自砂巖的石油則含S較少。 S2%，高硫原油； 0.5% S2%，含硫原油； S0.5%，低硫原油。N 平均為0.094%；通常 0.25%，高氮原油； 0.25%，貧氮原油。2.微量元素 石油中還有幾十種微量元素，主要是金屬元素（其中V和Ni的含量最高），僅占石油重量的萬分之幾，構(gòu)成了石油的灰分。 石油組分中發(fā)現(xiàn)的微量元素有： Fe, Ca, Mg, (Si), Al, V，Ni，Cu ，Sb，Mn，Sr，Ba，

4、B，Co，Zn，Mo，Pb，Sn，(Na)，K，P，Li，Cl，Bi，Be，Ge，Ag，As，Gd，Au，Ti，Cr，Cd等59種元素。 我國原油一般Ni高，V低，V/Ni比值低。（二）石油的烴類組成 組成石油的化合物有三類： 1.烷烴（脂肪族烴）： 通式CnH2n+2，屬飽和烴常溫常壓下： C1C4 (氣態(tài))；C5 C15 (液態(tài))；C16(固態(tài)) 分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：碳與碳原子間以單鍵相連，排成直鏈，按其是否有支鏈存在，進(jìn)一步分正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴。無支鏈的為正構(gòu)烷烴，如正戊烷；有支鏈的為異(構(gòu))烷烴，如異戊烷。 石油中已鑒定出的的正烷烴自C1C45，個(gè)別報(bào)道見有C60正烷烴，但大部分其碳數(shù)C35

5、； 異構(gòu)烷烴以C10為主， C11C25較少，且以類異戊間二烯型烷烴最重要。 根據(jù)主峰碳位置及形態(tài)，可將正烷烴分布曲線分為3種基本類型：主峰小于C15，主峰區(qū)較窄；主峰大于C25，主峰區(qū)較寬；主峰在C15-C25之間，主峰區(qū)較寬。 這個(gè)分布特點(diǎn)與成油原始有機(jī)質(zhì)、成熟度和成油環(huán)境有密切關(guān)系。 原 正烷烴分布曲線 石油烷烴餾分中，有大量異烷烴，其中最有意義的是具特征結(jié)構(gòu)的異戊間二烯型烷烴（姥鮫烷Pr、植烷Ph最豐富），一般認(rèn)為由葉綠素的側(cè)鏈植醇演化而來。其特點(diǎn)是在直鏈上每四個(gè)碳原子有一個(gè)甲基支鏈，結(jié)構(gòu)上宛如由若干個(gè)異戊間二烯分子加氫縮合而成。 如：在沉積物和原油中，往往以植烷、姥鮫烷、降姥鮫烷、異

6、十六烷及法尼烷的含量最高，主要來源于葉綠素，加之化學(xué)穩(wěn)定性，可用作油源對比。2.環(huán)烷烴：通式為 CnH2n ，屬飽和烴結(jié)構(gòu)特征：碳原子以單鍵聯(lián)結(jié)成閉合的鏈環(huán)。環(huán)烷烴由圍成環(huán)的多個(gè)次甲基(CH2)組成。按分子所含碳環(huán)數(shù)目分：單環(huán)(CnH2n)、雙環(huán)(CnH2n-2)、三環(huán)(CnH2n-4)、多環(huán)烷烴（組成環(huán)的碳原子數(shù)為大于3的數(shù)，相應(yīng)為三員環(huán)、四員環(huán)、五員環(huán)、六員環(huán)）。環(huán)烷烴在石油中分布的特點(diǎn)：五員環(huán)和六員環(huán)最常見(穩(wěn)定)，六員環(huán)居多，通常用環(huán)己烷/環(huán)戊烷的比值來估計(jì)生油溫度。在低沸點(diǎn)鎦份中，主要為單環(huán)，隨沸點(diǎn)增高，出現(xiàn)雙環(huán)、三環(huán)多環(huán)化合物。由于碳原子所有的價(jià)已被飽和，所以環(huán)烷烴和烷烴一樣，都比

7、較穩(wěn)定。四-五環(huán)的環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)與生物體中的甾類、萜類化合物相似，為石油有機(jī)成因主要依據(jù)之一。3.芳香烴通式(CnH2n-6)，屬不飽和烴。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：至少含一個(gè)苯環(huán)，具有六個(gè)碳原子和六個(gè)氫原子組成的特殊碳環(huán)苯環(huán)化合物。苯、萘（二環(huán)）、菲和蒽（三環(huán)）。按結(jié)構(gòu)分：單環(huán)芳烴：分子中含一個(gè)苯環(huán)，包括苯及其同系物；多環(huán)芳烴：分子中含兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立苯環(huán)的芳烴；稠環(huán)芳烴：分子中含兩個(gè)或多個(gè)苯環(huán)，彼此之間通過共用兩個(gè)相鄰碳原子稠合而成的芳烴。 芳烴在原油中含量變化較大（10-40%），一般具下列分布規(guī)律：隨沸點(diǎn)增高、芳烴含量增高，且芳烴環(huán)數(shù)及側(cè)鏈數(shù)增多，碳鏈加長；低沸點(diǎn)鎦份中，芳烴含量較少，主要為苯、甲苯、二甲苯

8、；石油形成時(shí)代越新，芳環(huán)上取代基越少。三種烴類在世界石油烴組成中所占的比例（%）烴類名稱范 圍 通常范圍平均含量 烷烴070555 30 環(huán)烷烴20802575 46 芳香烴5601040 24 （三）石油的非烴組成 含有O、S、N等元素的化合物，在石油的重質(zhì)餾分中含量較高。1.含硫化合物 各種原油的含硫量差異很大，少的只有萬分之幾，多的可達(dá)百分之幾。在同一石油中硫化物含量隨沸點(diǎn)升高而增多。 已鑒定出100多種，多數(shù)情況下，以硫(S)、硫化氫(H2S)，硫醇(RSH)，硫醚(RSR )，噻吩及其同系物等形態(tài)出現(xiàn)。2.含氮化合物 一般為萬分之幾至千分之幾，主要集中在高沸點(diǎn)餾分及渣油中。已鑒定出3

9、0多種，通常:堿性氮化合物：吡啶、喹啉、異喹啉等同系物；非堿性氮化合物：吡咯、卟啉等同系物動(dòng)物血紅素和植物葉綠素都屬卟啉類化合物，且結(jié)構(gòu)相同（見下圖）?？商峁┯袡C(jī)成因的證據(jù)。 含氮化合物在石油貯存過程中易生成膠質(zhì)，在加工過程中能引起催化劑中毒。卟啉化合物在石油中分布的特點(diǎn)：石油中的卟啉化合物主要為釩卟啉和鎳卟啉；海相原油富含釩卟啉； 陸相原油富含鎳卟啉；中新生代生成的原油卟啉含量較多； 古生代地層中含量甚低或不含。3.含氧化合物 含量很少，目前在石油中已鑒定出50多種成分?？煞譃樗嵝匝趸铮ōh(huán)烷酸、脂肪酸和酚，統(tǒng)稱石油酸）和中性氧化物（醛、酮等，含量極少）。 幾乎所有石油中都含環(huán)烷酸，但含量變

10、化大(0.031.9%)，約占總酸的90%，多集中于石油250350的中間餾分內(nèi)，多屬一元酸類，常為環(huán)戊烷的衍生物，易形成各種鹽類，由此可作為地下水找油的一種標(biāo)志。 除上述已經(jīng)分離和鑒定出的各種化合物外，石油中還有一定數(shù)量的、由多種元素（C、H、O、S、N等）組成的、結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜的高分子化合物，因受分離技術(shù)的限制，目前對其具體的結(jié)構(gòu)特征尚不清楚，統(tǒng)稱其為瀝青質(zhì)。（四）生物標(biāo)志化合物 指沉積物和石油中來自生物體的原始生化組成，其碳骨架在各種地質(zhì)作用過程中被保存下來的有機(jī)化合物。其特點(diǎn)有：繼承生物原生烴和類脂化合物的游離分子；保留了其原始生物母體為其基本的碳骨架；判明有機(jī)質(zhì)來源，確定原始沉積環(huán)境。

11、 可用于研究油源對比、油氣運(yùn)移，是油氣有機(jī)成因的有力佐證。（五）原油的鎦分、組分及化合物組成1.鎦分：石油的餾分是根據(jù)組成石油的化合物具有不同沸點(diǎn)的特性，加熱蒸餾，將原油分割成不同沸點(diǎn)范圍（餾程）的若干部分，每一部分就是一個(gè)餾分。原油的煉制工藝即利用了這一原理。不同餾分的名稱及溫度范圍如下：餾分種類輕餾分中餾分重餾分石油氣汽油煤油柴油重瓦斯油潤滑油渣油溫度（）3535-190190-260260-320320-360360-500500還可按每隔50或100間隔分出相應(yīng)的直鎦鎦分。2.原油組分 不同組份對有機(jī)溶劑具選擇性溶解，對吸附劑具有不同吸附的性能，選用不同有機(jī)溶劑和吸附劑可將組分分開（分

12、為4種）。（1）油質(zhì)：能溶于氯仿或四氯化碳的組分，主要為飽和烴和一部分低分子芳烴，是一種淺色的幾乎全部為碳?xì)浠衔锼M成的粘狀液體。（2）苯膠質(zhì)：溶于苯的組分，主要是芳烴和一些具有雜元素的芳烴結(jié)構(gòu)化合物，為粘狀的或玻璃質(zhì)的半固體物質(zhì)，顏色有淡黃、紅褐、黑色等。（3）酒精-苯膠質(zhì)：溶于酒精和苯的混合溶劑中的組份，主要是含雜元素的非烴化合物，為半固體物質(zhì)。（4）瀝青質(zhì)：不溶于石油醚的瀝青部分，是非烴中的一部分，為渣油的主要組成部分，為暗褐色，黑色的脆性固體物質(zhì)。3.原油的化合物（族份） 分為烴和非烴兩大類。烴: 飽和烴，正構(gòu)烷烴，異構(gòu)烷烴，環(huán)烷烴； 芳烴：芳烴，環(huán)烷芳烴；非烴： 膠質(zhì)，瀝青質(zhì)； 此

13、外有：含氧、含硫、含氮化合物、有機(jī)金屬化合物。4.石油鎦分與化合物組成關(guān)系低沸點(diǎn)輕鎦分：主要由低碳數(shù)分子量小的烷烴、環(huán)烷烴組成；中鎦分：以中分子量，較高碳數(shù)烷烴、環(huán)烷烴和一定數(shù)量芳烴、環(huán)烷芳烴，少量的N、S、O化合物組成；重鎦分：高碳數(shù)、大分子的環(huán)烷烴、芳烴、環(huán)烷芳烴，含N、S、O的化合物。二、石油的物理性質(zhì) 石油的物理性質(zhì)，取決于它的化學(xué)組成，不同地區(qū)、不同層位，甚至同一層位在不同構(gòu)造部位的石油，其物理性質(zhì)也可明顯差別。1.顏色：由淺（淡黃色）深（黑色） 石油的顏色與石油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量有關(guān)。一般情況下，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量愈高，顏色愈深。2.相對密度（比重） 在1atm（101325Pa

14、）壓力下，單位體積的20石油與4純水的重量比，通常以d420表示。一般介于0.75 0.98。 重質(zhì)石油：(d420) 0.93 中質(zhì)石油：0.90 (d420) 0.93 輕質(zhì)石油：(d420) 0.90相對密度主要決定于：膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高、密度大、顏色深。低碳數(shù)的烴含量多，密度小。石油中溶解氣數(shù)量多，密度小。溫度高，密度小，壓力大，密度增大。商業(yè)上： API度=141.5/(15.5時(shí)密度) -131.5 (我國、美國常用) 波美度=140/(15.5時(shí)密度)-130 (西歐常用)3.粘度： 表示石油流動(dòng)分子之間相對運(yùn)動(dòng)所引起的內(nèi)摩擦力大小，粘度越大，流動(dòng)性越差?？捎媒^對動(dòng)力粘度來表示，單

15、位為Pas，定義是：當(dāng)1Pa的切力（P）作用于液體，使相距（L）為1m、面積（F）為1m2的兩液層發(fā)生相對恒速流動(dòng)，流量（Q）為1m3/s時(shí)的動(dòng)力粘度就為1Pas。公式為： 影響石油粘度的主要因素：密度增高，粘度加大；溫度增高，粘度降低；壓力增高，粘度加大；烷烴含量高，粘度降低；環(huán)烷烴高，粘度大；臘、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，粘度大；原油中溶解氣增加，粘度降低。4.導(dǎo)電性 石油電阻率極高，與高礦化度的油田水及沉積巖相比，可視為無限大。在測井上，可將油、水因視電阻率而區(qū)分開。5.螢光性 石油在紫外線照射下可產(chǎn)生螢光的特性。芳烴和非烴引起發(fā)光，低碳數(shù)飽和烴不發(fā)螢光。芳烴呈天藍(lán)色，含膠質(zhì)較多為綠色或黃色，

16、含瀝青較多為褐色。6.旋光性 當(dāng)偏光通過石油時(shí)，偏光面會(huì)旋轉(zhuǎn)一定角度(旋光角)。凡具有能使偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的特性，稱旋光性。一般是0.1幾度，且天然石油主要是右旋的。 引起石油旋光性的原因，在于其有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)中具有不對稱的碳原子，從而產(chǎn)生不對稱的分子結(jié)構(gòu)，使化合物產(chǎn)生旋光的性能。 石油的旋光性是石油有機(jī)成因的有力證據(jù)。 人工合成的有機(jī)物或天然無機(jī)物，不具這種性質(zhì)。7.溶解性 石油能溶于多種有機(jī)溶劑，難溶于水。 碳數(shù)相同的分子比較，烷烴環(huán)烷烴芳烴；各族烴類（除甲烷外）在水中的溶解度均隨分子量增大而減小。外界條件的影響： 溫度增高，溶解度加大； 水中無機(jī)組份含量增加時(shí)，溶解度降低； 水中有

17、皂膠粒存在時(shí)，烴類溶解度增大。三、石油的分類Tissot和Welte（1978）分類方案：用三角圖解方法，將沸點(diǎn)210的餾分，以烷烴（石蠟） 、環(huán)烷烴、芳烴+NSO化合物作為圖上的三個(gè)端元組分，將世界上的石油分為6類。根據(jù)統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)的頻數(shù)，大多數(shù)正常石油屬于芳香中間型、石蠟環(huán)烷型和石蠟型；而若以石油的產(chǎn)儲(chǔ)量大小論，則芳香瀝青型最重要，其次是芳香環(huán)烷型和芳香中間型。四、海、陸相石油的基本區(qū)別內(nèi)容 海相石油 陸相石油 石油類型芳香中間型、石蠟環(huán)烷型為主 以石蠟型為主，部分為石蠟環(huán)烷型 石蠟含量低（5%）高（普遍5%）硫含量 高低微量元素 V、Ni含量高，且V/Ni1V、Ni含量低，且V/Ni1碳同位

18、素13C-27 13C-29 (第三系原油)中國原油性質(zhì)（引自李克玉，1996）一、天然氣（natural gas/gas）的概念和產(chǎn)狀（一）概念 廣義的天然氣，指存在于自然界的一切氣體；狹義的天然氣，指在石油和天然氣地質(zhì)學(xué)中研究更多的沉積圈中以烴類為主的可燃?xì)怏w：指與油田或氣田有關(guān)的可燃?xì)怏w；成分以氣態(tài)烴為主；多與生物成因有關(guān)。 隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展，人們對一些非烴氣和稀有氣體如CO2、H2S、Ar氣也開始給予重視。第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)第三節(jié) 天然氣的成分和性質(zhì)（二）產(chǎn)狀按相態(tài):游離氣、溶解氣、吸付氣、固態(tài)氣水合物；按分布特征: 聚集型（氣藏氣、氣頂氣和凝析氣）， 分散型

19、（水溶氣、油溶氣、煤層氣、吸附氣、固態(tài)水 合物中的氣）；按與石油產(chǎn)出關(guān)系：伴生氣、非伴生氣；按成因： 有機(jī)成因型（石油氣、煤成氣、菌解氣）； 無機(jī)成因型（巖漿脫氣、火山噴氣、變質(zhì)脫氣、圍巖 分解等）。1.聚集型天然氣（1）氣藏氣 不與石油伴生，單獨(dú)聚集成純氣藏的天然氣。 基本特征：甲烷為主（95），屬于干氣。（2）氣頂氣 指與油共存于油氣藏，呈游離態(tài)存在于油氣藏頂部的天然氣。在分布、成因上與石油有密切關(guān)系。 基本特征：重?zé)N氣含量大于5%，重?zé)N氣含量多少取決于石油的組成和密度。（3）凝析氣 一種特殊的氣藏氣。在地下較高溫度、壓力下，超過臨界條件后，液態(tài)烴（凝析油）逆蒸發(fā)而氣化或呈液態(tài)分布在氣中，

20、呈單一氣相產(chǎn)出，稱凝析氣；采出后因地表溫度、壓力降低，逆凝結(jié)呈液態(tài)烴（輕質(zhì)油）產(chǎn)出，即凝析油。 2.分散型天然氣 游離氣是一切氣藏中天然氣存在的基本形式，只有大規(guī)模游離氣聚集，才能有效地開發(fā)利用。（1）溶解氣 油內(nèi)溶解氣：指油藏中的溶解氣，重?zé)N含量高，常見 于飽和或過飽和油藏中。 水內(nèi)溶解氣：主要成份有甲烷、氮、重?zé)N氣、二氧化碳 等，不同成因盆地，成份含量不同。（2）煤層氣 指煤層所含吸附和游離態(tài)的天然氣，其含量因變質(zhì)強(qiáng)度和煤頂板透氣性差異很大。（3）固態(tài)氣水合物 冰點(diǎn)附近特殊溫壓條件下形成的固態(tài)結(jié)晶化合物。氣體分子天然地被封閉在水分子的擴(kuò)大晶格中，形成固態(tài)氣水合物。二、天然氣的化學(xué)元素組成

21、主要由氣態(tài)的低分子烴（C1C4）和非烴氣體（N2、CO2、H2S）及微量惰性氣體（如He、Ar）組成。 氮 據(jù)統(tǒng)計(jì)：天然氣中C為4278%，H為1424%；化合物以甲烷為主，其次為重?zé)N氣；含有少量的C2C6的烷烴；一般碳數(shù)越大，含量越少。 由圖可見，絕大多數(shù)氣藏以烴氣為主，其中又以甲烷氣比例最高，只是在油田伴生氣（氣頂氣）中，才有含量較高的重?zé)N氣（多為C2H6、C3H8）。 世界氣藏氣化學(xué)組成圖 在實(shí)際勘探中，一般常根據(jù)重?zé)N氣的含量將天然氣劃分為濕氣和干氣。不同學(xué)者所用的參數(shù)、量值及具體的劃分方案不盡相同。在天然氣地質(zhì)學(xué)上常用重?zé)N氣含量5%作為劃分干氣和濕氣的界限：干氣（貧氣）：C+25%，常

22、不與油伴生，可形成純氣藏， 燃燒時(shí)呈蘭色火焰，通入帶冰的水中，無油膜出現(xiàn)。濕氣(富氣)：C+25%，常與油伴生，有微弱汽油味，燃燒 時(shí)呈黃色火焰，通入帶冰的水中，常出現(xiàn)彩色油膜。非烴氣體：有CO2、N2、H2S及He、Ar等惰性氣體，含量不 等。高者可成為以CO2、N2為主的氣藏。國別 氣田名稱產(chǎn)層 CH4 重?zé)N氣 CO2 N2 H2S H2 He 中 國 重慶圣燈山 P1 94.57 0.99 0.24 2.43 0.02 玉門石油溝 T1 97.80 0.40 0.201.10 0.10 大慶 K1 83.82 13.0 0.112.58 大港 Es3 75.21 23.22 前蘇聯(lián) 烏連

23、戈伊 K1 88.49 10.96 0.46 0.09 烏克蒂爾 P 75.1 14.0 0.1 杜依馬茲 D 61.425.4 0.2 14.0 美 國 米爾斯蘭契 S 95.80.6 1.2 2.3 0.1 潘汗德-胡果頓 P 81.510.9 0.1 0.5 本得隆起 P 0.1 0.8 89.9 8.6 國內(nèi)外某些氣田的天然氣化學(xué)成分（）三、天然氣的物理性質(zhì) 一般無色，可有汽油味或H2S味，可燃燒。（一）相對密度（比重） 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，單位體積天然氣與同體積空氣的質(zhì)量之比，一般0.650.75。 一般與它的分子量成正比，即密度隨重?zé)N含量尤其是高碳數(shù)的重?zé)N含量及CO2和H2S含量的增加而增

24、大；濕氣比干氣密度大；N2、H2S、CO2含量高，密度大。 （二）粘度 遠(yuǎn)小于液態(tài)石油。一般在0時(shí)為0.0031mPas，20時(shí)為0.120mPas。隨氣體分子量的增大而減小，隨溫、壓的增大而增大。 在常壓下：一般隨分子質(zhì)量增加，粘度減?。浑S溫度增加，粘度加大。 溫度升高，氣體分子運(yùn)動(dòng)加速，增加分子間碰撞，粘度加大。 較高壓力下：隨壓力和溫度增高高，粘度加大。（三）蒸氣壓力 氣體液化時(shí)所需施加的壓力。 隨溫度升高，蒸氣壓力增大；同一溫度條件下，碳?xì)浠衔锏姆肿恿吭叫?，蒸氣壓力越大?（四）溶解性 天然氣能不同程度地溶解于水和油中。在相同條件下，天然氣在石油中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在水中的溶解度。天然

25、氣中重?zé)N增多或油中輕組分增加都可增大天然氣在油中的溶解度。降低溫度或增大壓力，可使天然氣在油中的溶解度增加。當(dāng)石油中溶有天然氣時(shí)，即可降低石油本身的相對密度、粘度以及表面張力，使其易于運(yùn)動(dòng)。（五）熱值 單位體積（或單位質(zhì)量）天然氣燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量，稱熱值。*（六）天然氣的逆凝結(jié)和逆蒸發(fā) 自然界存在這樣一種氣藏，在地下深處高溫高壓下呈氣相，采到地面時(shí)，反而凝結(jié)為液態(tài)，稱為凝析氣藏，地面的凝析油通常為淺色、輕質(zhì)油。這與一般的等溫加壓、減壓過程恰好相反，稱之為逆凝結(jié)和逆蒸發(fā)。據(jù)研究，此種現(xiàn)象常發(fā)生于二組分以上的物質(zhì)體系內(nèi)。 第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)第四節(jié) 油田水的成分與性質(zhì) 石油的

26、生成、運(yùn)移、聚集以至逸散，都是在地下水存在的情況下發(fā)生的。對油田水的研究，是了解油氣生成和油氣藏形成的重要途徑，對油氣田勘探和開發(fā)有重要意義。一、油田水（oilfield water）的概念與產(chǎn)狀（一）概念廣義：指油田區(qū)域內(nèi)與油氣藏有密切聯(lián)系的地下水，與油、 氣組成一個(gè)統(tǒng)一的流體系統(tǒng)。包括油層水和非油層水。狹義：油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水，即油層水。第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)（二）產(chǎn)狀 油田水和油氣一樣存在于儲(chǔ)集層的孔、洞、縫中。1.按水在儲(chǔ)層中狀態(tài)分：氣態(tài)水、吸附水、毛細(xì)管水、自田水氣態(tài)水：以氣態(tài)水分子的形式存在與巖石孔隙中的水。吸附水：吸附在巖石顆粒表面，不能流動(dòng)。毛細(xì)

27、管水：外力大于毛細(xì)管壓力時(shí)才能流動(dòng)。自由水：在重力作用下能自由流動(dòng)的水。 對油（氣）田勘探開發(fā)有意義的是后兩種存在形式的水。第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)（二）產(chǎn)狀2.按水與油、氣分布的相對位置分：邊水、底水 在一個(gè)油（氣）田中，通常都包含有油、氣和水，它們在油層中的分布按重力分異原理通常是氣在上，油居中，水在下，因此會(huì)產(chǎn)生油氣、油、水或氣、水界面。按油（氣）水的相對位置將油田水分為底水和邊水。底水：指含油（氣）外邊界范圍以內(nèi)與油（氣）相接觸，且位于油氣之下承托著油氣的油（氣）層水。 邊水：指含油（氣）外邊界以外的油（氣）層水，實(shí)際上是底水的自然外延 。 第一章 石油、天然氣、油田水

28、的成分和性質(zhì)（二）產(chǎn)狀3.在油田范圍內(nèi)非油層水，可根據(jù)它們與油層的相對位置分為： 上層水、夾層水、下層水（三）油田水的來源及形成1.來源沉積水：或稱殘余水。沉積物沉積時(shí)充填在顆粒間的孔隙水，沉積物深埋成巖后，水被保存在地層中。它的化學(xué)組成與沉積物的沉積環(huán)境（古海、古湖）有密切關(guān)系。滲入水：大氣降水、地表水沿儲(chǔ)集層露頭或斷層、裂隙滲入到儲(chǔ)集層中的水。深成水：又稱內(nèi)生水，指巖漿游離出來的初生水（原生水）和變質(zhì)作用過程的變質(zhì)水。為來自地幔及地殼深處高溫、高礦化度、飽含氣體的地下水 。轉(zhuǎn)化水：指在沉積成巖作用和烴類生成過程中，黏土礦物轉(zhuǎn)化脫出的層間水，有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化分解出的水。 油田水常是前2種或3

29、種來源水的混合，它們在漫長的埋藏過程中發(fā)生許多物理、化學(xué)變化，以及與油氣長期接觸，化學(xué)組成更為復(fù)雜。 （三）油田水的來源及形成2.形成 油田水的形成是十分復(fù)雜的，國內(nèi)外的學(xué)者提出的主要成因有：沉積成因說、有機(jī)成因說、滲濾成因說和原生成因說。 以沉積水、滲入水、深成水與轉(zhuǎn)化水的某一種為主或它們以不同比例混合形成，經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)作用與油氣伴生而形成。 在油田水形成過程中，與油氣相互作用，使油田水具有一般地下水不常見的組份烴類及其衍生物。二、油田水的礦化度及化學(xué)組成（一）油田水的化學(xué)組成 油田水的成份比一般自然水更復(fù)雜。實(shí)質(zhì)上是溶于油田水中的溶質(zhì)的化學(xué)組成。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有60多種元素，包括無

30、機(jī)組成、有機(jī)組成和溶解氣等。1.無機(jī)組分 在常規(guī)的水分析中，可用以下幾種離子的含量表示油田水的無機(jī)組成：陽離子Na+（K+）、Ca2+、Mg2+ 陰離子Cl-、SO42-、HCO3-（CO32-）各離子在水中的含量可用重量法（mg/L）、當(dāng)量法（mmol/L）以及當(dāng)量百分比法表示，前二者表示離子的絕對含量，后者則表示各離子所占的相對含量，有利于進(jìn)行對比。2.有機(jī)組分 包括烴類、酚和有機(jī)酸，它們常被用來區(qū)分油層水和非油層水。3.微量元素 約幾十中，可用單個(gè)元素或元素組合來識(shí)別油田水。如吉林扶余油田的潛水中，F(xiàn)、Cl、Br、I的高值點(diǎn)絕大部分位于含油構(gòu)造上。標(biāo)志物 烴類 苯系物 酚 有機(jī)酸 油層水

31、 氣、液態(tài)烴 高，甲苯/苯1 高，0.1mg/L，（鄰）甲苯酚為主 以環(huán)烷酸為主 非油層水 僅CH4 低，甲苯/苯1 低，以苯酚為主 無 4.溶解氣 O2、N2、CO2、CH4、He5.同位素 主要是C13、D、O18等，可判斷地下水的起源。 水的總礦化度：是指地下水中各種離子、分子和化合物的總含量。單位：mg/L、g/L、mmol/L。通常用水在110 下蒸干所剩殘?jiān)牧縼碛?jì)量。 通常： a.海相比陸相沉積中的水礦化度高； b.碳酸鹽巖比碎屑巖中水礦化度高； c.保存好的儲(chǔ)層水比開啟程度高的水礦化度高； d.埋藏深的比埋藏淺的地層水礦化度高； 二、油田水的礦化度及化學(xué)組成（二）油田水的礦化度

32、 1.礦化度：指單位體積油田水中溶解固體物質(zhì)的總和。固體物質(zhì)一般指上述代表大量無機(jī)組成的6種離子的含量。 2.離子濃度：指某種離子在單位體積油田水中的含量。其中Cl-濃度較穩(wěn)定，因?yàn)镃l-含量不受氧化還原作用和離子吸附交換作用的影響。 一般而言， Cl-濃度與礦化度呈正相關(guān)關(guān)系。三、油田水的類型 根據(jù)水中所含離子，把地層水分成不同類型。分類主要有兩種：帕勒梅爾分類和蘇林分類。 蘇林（1946）的分類基礎(chǔ)：現(xiàn)代大陸水與海水的化學(xué)成分特征對比。 天然水有大陸水和海水兩大類，蘇林把典型成分為Na2SO4和含NaHCO3的水，稱之為大陸成因的水，而把典型成分為MgCl2的水作為海洋成因水。 然后，以N

33、a+和Cl-的當(dāng)量比為基礎(chǔ)，配合（rNa+-rCl-）/rSO42-、（rCl-rNa+）/rMg2+兩個(gè)成因系數(shù)，把地下水分成四個(gè)基本類型。 蘇林認(rèn)為，裸露的地質(zhì)構(gòu)造中的地下水可能屬于Na2SO4型水，與地表大氣降水隔絕的封閉水則多屬于CaCl2型水，是一種處于地殼深部的水，MgCl2型水則為典型的海洋成因水，是兩者之間的過渡類型水。水型 rNa+/rCl- (rNa+-rCl-)/rSO42- (rCl-rNa+)/rMg2+ 大陸水Na2SO4 1 1 0 NaHCO31 1 0 海水MgCl21 0 1 深層水CaCl21 0 1 在油田剖面上，上部地段以NaHCO3型水為主，隨著埋深

34、增加，過渡為MgCl2型水，最后為CaCl2型水。 油田水的水化學(xué)類型以CaCl2型為主，NaHCO3型次之，而Na2SO4型水和MgCl2型水則較罕見。四、油田水的物理性質(zhì)1.密度：因溶有數(shù)量不等的鹽類，密度變化較大，一般大于1， 一般情況是含鹽量越高，密度越大。2.粘度：由于含鹽，粘度比純水高，一般是溶解鹽分越多，粘 度越大。3.導(dǎo)電性：因含離子能導(dǎo)電，含離子越多，導(dǎo)電性越強(qiáng)。4.透明度：一般不透明，呈混濁狀。5.顏色：常帶有顏色。含H2S時(shí)呈淡青綠色，含鐵質(zhì)膠狀體時(shí)， 帶淡紅色，褐色或淡黃色。6.嗅味：水中混有少量石油時(shí)，具汽油或煤油味，含H2S氣體 時(shí)，常帶臭雞蛋味，溶有NaCl時(shí)帶咸

35、味，含MgSO4時(shí) 帶苦味。 重質(zhì)油是石油烴類能源的重要組成部分，世界各地的蘊(yùn)藏量巨大。我國已在15個(gè)大中型盆地中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量眾多的重質(zhì)油資源。這將成為21世紀(jì)重要的接替能源。一、重質(zhì)油的概念 是指用常規(guī)原油開采技術(shù)難于開采的具有較大粘度和密度原油，包含數(shù)量較多的高分子烴和雜原子化合物，在物理性質(zhì)上，具有密度大、粘度大、含膠質(zhì)量高、含蠟量低、凝固點(diǎn)低的特點(diǎn)。第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)第五節(jié) 重質(zhì)油的成分和性質(zhì)二、重質(zhì)油的成分和性質(zhì)（一）重質(zhì)油元素組成特征 O、S、N等元素含量高，重質(zhì)油中S和N元素含量高是細(xì)菌生物降解作用的結(jié)果。（二）重質(zhì)油微量元素 與常規(guī)原油相比，一般均富含微量元

36、素，高于常規(guī)原油幾倍至幾十倍。（三）重質(zhì)油的族組成特征 族組成是區(qū)分重質(zhì)油和正常原油的顯著標(biāo)志之一。重質(zhì)油烴的組成一般小于60，非烴和瀝青質(zhì)含量可高達(dá)10 30，個(gè)別特重質(zhì)油可達(dá)50。 固體瀝青是同石油有關(guān)的固態(tài)衍生物。多為深褐色至黑色的有機(jī)礦物，化學(xué)成分不甚穩(wěn)定，也無一定晶形，彼此之間常呈過渡形式。 一般是根據(jù)化學(xué)成分、密度、硬度、稠度、熔點(diǎn)、溶解度、可燃性、燃燒火焰及地質(zhì)產(chǎn)狀等特征來研究和鑒定固體瀝青。第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)第六節(jié) 固體瀝青的成分和性質(zhì)固體瀝青據(jù)成因和物、化特征，分為下列類型第一章 石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)第七節(jié) 石油瀝青類的穩(wěn)定同位素原油中常見的穩(wěn)定同位素有C（12C、13C）、H（1H、2H）等。衡量其大小通常用比值和值（千分?jǐn)?shù)）表示。值的定義是：值（）=（Rs/Rr - 1）1000式中Rs和Rr分別代表樣品和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的同位素比值（重/輕）?？煽闯?，Rs越小，值越小。一、碳同位素 自然界中碳以12C、13C、14C三種同位素的形式存在，前二者相對豐度分別為98.892、1.108，14C只有極微量且具放射