石油地質學-研究所版 第1章油氣水

第一章石油、天然氣和油田水第一節(jié)石油一、石油的概念（一）石油（Petroleum）

指氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的以烴類為主的混合物，具天然產狀。（二）原油（CrudeOil）采至地表的液態(tài)石油（petroleum）。（三）烴類（Hydrocarbons）由碳和氫兩種原子構成的化合物。（第11屆世界石油大會、國際標準化委員會）石油是一種膠體溶液！二、石油的化學成分第一節(jié)石油（一）元素組成CHS+N+O

微量元素（灰分）84---87%11---14%0.3---7%（一般在1-4%）

萬分之幾或更少硫是石油中的有害雜質，故含硫量常作為評價石油質量的重要指標。

高硫石油：S>2%

含硫石油:2%>S>0.5%

低硫石油:S<0.5%

石油的元素組成與自然界有機物有明顯相似性親緣關系.

V、Ni含量及V/Ni可用于烴源巖有機相確定及油源對比.海相石油與陸相石油V、Ni含量及V/Ni比的差別第一節(jié)石油（二）化合物組成（1）烷烴（Alkanes）-通式為CnH2n+2的飽和烴

常PT下

C1~4氣態(tài)，C5~16液態(tài)，C17+固態(tài)

分子中碳原子以單鍵相連成鏈狀無支鏈者稱正烷烴,有支鏈者稱異烷烴密度、熔點與沸點均隨相對分子量增加而升高相對密度小于1，幾乎不溶于水（氣態(tài)烴除外）1、烴類化合物（烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴）Isobutane(C4H10)Propane(C3H8)methane(CH4)甲烷異丁烷丙烷Heptane(C7H16)Pentane(C5H12)Isopentane(C5H12)庚烷異戊烷戊烷石油的正烷烴分布曲線（不同碳原子正烷烴相對含量的分布曲線）正烷烴同系物是一個連續(xù)系列低分子>高分子輪南西部原油的正構烷烴分布曲線管線中的結蠟（C33＋）碳原子以單鍵相連成環(huán)狀的飽和烴。根據分子中的碳環(huán)數目，分單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)和多環(huán)烷烴。石油中多為五員環(huán)和六員環(huán)（分別由5個和6個碳原子組成的環(huán)）。第一節(jié)石油（2）環(huán)烷烴（Naphthene）密度、熔點與沸點均較碳原子數相同的烷烴高相對密度小于1環(huán)丙烷環(huán)戊烷環(huán)己烷第一節(jié)石油（3）芳香烴（Aromatics）分子中含有苯環(huán)的烴類，屬不飽和烴。按結構可分為

單環(huán)芳烴（含一個苯環(huán)）多環(huán)芳烴（含兩個以上獨立苯環(huán)）稠環(huán)芳烴(含兩個以上苯環(huán),彼此通過共用兩個相鄰碳原子稠合而成）單環(huán)芳烴具特殊芳香味，有毒。苯甲苯naphthalenenaphthalene(C10,H8)萘第一節(jié)石油（1）含硫化合物石油中的硫以元素硫、硫化氫、硫醇、硫醚…等形式出現石油中的硫主要來自有機物的蛋白質和地層中的含硫酸鹽礦物如石膏等，故產于蒸發(fā)盆地的石油含硫量較高。易形成H2S、H2SO4、H2SO3

等，對金屬管線設備造成腐蝕。

2、非烴化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物非烴化合物

HydrogenSulphidethiophene(C4H4S)含硫化合物硫化氫噻吩corrosion第一節(jié)石油（2）含氮化合物（Nitrogencompounds）

含量一般萬分之幾－千分之幾金屬卟啉類化合物：石油有機成因證據之一（葉綠素血紅素）油源對比—V/Ni比值

（3）含氧化合物（Oxygencompounds）含量一般千分之幾石油酸中環(huán)烷酸最重要（水化學找油標志）

（4）含硫、氮、氧的化合物膠質、瀝青質（resinandasphaltene）phenol苯酚（石炭酸）瀝青質：深褐至黑色，無定形固體SNNNNVAliphaticlinkGraphiticplatePorphyrinring瀝青質分子的可能結構Asphaltene

瀝青質一個懸浮的瀝青質膠束瀝青質核膠質和蠟質瀝青質的集結當:

保護性的膠質“殼”被溶去

曝露的核形成了一個不溶的顆粒集結即會發(fā)生瀝青質沉淀造成的不利影響降低井的產量

增高泵壓堵塞生產設施防治方法用溶劑（甲苯、二甲苯等）溶解去除用機械方法去除加入分散劑防止瀝青質集結分散劑取代圍繞核的膠質化學分散劑分子膠束去穩(wěn)定化瀝青質核被穩(wěn)定瀝青質分子被分開Repulsionduetosterichindrance懸浮的瀝青質熱的管壁流體流動（三）餾份組成（補充）（Fractions）

根據各餾份沸點不同進行蒸餾區(qū)分（據潘鐘祥等，1986）

（蒸餾）餾分輕餾分中餾分重餾分石油氣汽油C5~11煤油C9~16柴油C13~23重瓦斯油潤滑油渣油切割溫度℃＜3535-190190-260260-320320-360360-530＞530三.石油的物理性質由化學組成決定。（一）顏色（color）

淺黃色～黑，但深色石油居多。無色石油（四川黃瓜山、大港）可能與油氣運移中膠質、瀝青質被巖石吸附有關。石油的顏色主要取決于瀝青質的含量。（二）相對密度相對密度：20℃的石油與4℃純水單位體積的重量比。D204d20℃：0.75～1.00。也有＞1.0者（伊朗、加州、墨西哥，我國孤島館陶組石油：0.93～1.026。前蘇聯(lián)蘇拉漢石油0.71）美國：API度（公式見教材P22）（高者輕，低者重）（15.5℃時）1.0相當于API度：10度；（15.5℃時）0.85相當于API度：35度決定因素：1膠質

瀝青質含量；2大分子烴類含量；3溶解氣含量我國以0.82-0.89居多（瀝青質少，膠質多，故粘度偏高，密度偏低）重油、輕質油界線：國際—0.934；我國—0.92流動性—產量，開發(fā)方式，管線運輸決定因素：溫度、壓力、化學組成，溶解氣含量稀油：<100mPa.s稠油：>100mPa.s普通稠油：100~10000mPa.s特稠油：10000mPa.s~50000mPa.s超稠油：>50000mPa.s

（四）熒光性（Fluorescence）紫外線照射下發(fā)出熒光的性質。多環(huán)芳烴及非烴引起發(fā)光，飽和烴則不發(fā)光。熒光分析（巖屑、薄片）發(fā)光強度與石油或瀝青質濃度有關。發(fā)光顏色依化合物不同而不同。輕質油：淺蘭色；膠質多者：綠～黃；瀝青質多者：褐色。

（三）粘度（Viscosity）0.5mPa.s以下～數十萬mPa.s。受溫度影響極大，壓力加大亦有增加。（五）旋光性當偏光通過石油時，偏光面會旋轉一定角度，這種特性稱為旋光性。左旋物質，右旋物質；天然石油多為右旋。0.1度~幾十分。隨含油地層年代增長而減小。（六）溶解性烴類難溶于水，易溶于氯仿，四氯化碳，苯，石油醚等有機溶劑。（七）導電性（Conductivity）高電阻率—電阻率測井

原油（正己烷溶解）

可溶部分沉淀

烴類+膠質瀝青質（氧化鋁:(or)硅膠柱吸附）

（正庚烷沖洗）（苯沖洗）吸附物飽和烴芳烴膠質（尿素絡合）（層析分離）（色譜）正構烷烴+異構烷烴單環(huán)芳烴雙環(huán)芳烴多環(huán)芳烴環(huán)烷烴第5節(jié)、固體瀝青的類型（成因分類）降解瀝青（液態(tài)石油遭微生物降解形成）焦瀝青（液態(tài)石油受高溫裂解形成）瀝青質（石油受氣侵發(fā)生天然脫瀝青作用形成）降解瀝青

（高科1井5178.16-5178.27m100X）資6井3733.33-3733.63m100X反射光焦瀝青入射光反射光巖石薄片資7井3755m100X正交光+石膏瀝青質資6井3733.33-3733.63m100X反射光焦瀝青第二節(jié)天然氣天然氣（廣義）：天然存在于自然界的一切氣體。如：大氣、地表氣、沉積巖中的氣、宇宙氣、火山氣。天然氣（狹義）：指與油氣田有關的以烴類為主的可燃氣體。（一）天然氣的組成1.元素組成

CH為主，少量N+O+S。含量：C~65--80%H~12--20%2.化合物組成（1）烴類氣體

CH4（Methane）占80--90%

重烴氣（C2-EthaneC3-PropaneC4-Butane）<10%干氣（drygas）：CH4>95%藍色火焰，少含汽油蒸汽。濕氣（wetgas）：含重烴氣，黃色火焰。（2）非烴氣體

N2CO2H2S等，一般含量少，少數例外—脫硫處理：美國：本得隆起

二迭系砂巖氣藏

N2

達8.6%中國：廣東

三水盆地

砂頭峪氣田

CO2達99.5%河北趙蘭莊油氣田孔一段（地層含石膏）H2S達92%第二節(jié)天然氣（二）天然氣的賦存形態(tài)（產狀）1．氣藏氣（干氣，貧氣）：烴類氣體單獨聚集成藏，不與石油伴生。C1一般大于95%，重烴氣含量極少（1—4%）。N2為主的氣藏數量＜10%，CO2或H2S為主的氣藏＜1%2．氣頂氣（濕氣，富氣）：與石油共存于油氣藏中，呈游離氣頂狀態(tài)的天然氣。重烴氣含量可達百分之幾—幾十（僅次于甲烷）（gascap）3．溶解氣（dissolvedgas）：地層條件下溶解在石油和水中的氣體。----濕氣重烴氣含量變化大：20—80%原始溶解氣油比變化大：幾—上千m3/m3水中溶解氣：0.0幾～5m3/m34．凝析氣（condensategas）：當地下溫度壓力超過臨界條件后，液態(tài)烴逆蒸發(fā)形成凝析氣。----濕氣一般埋深較大（3千—4千米以下），采出過程中反凝析出凝析油。（新疆柯克亞）熱裂解生凝析氣第二節(jié)天然氣（三）天然氣的物理性質1．相對密度：標準狀況下，單位體積天然氣與同體積空氣的重量比值。0.5~0.7。與分子量成正比。2．粘度：與化學組成及所處的溫度、壓力有關，0.012mPa.s。

分子量增加粘度減??；溫度、壓力增高，粘度增大。3．蒸氣壓力：氣體液化時所施加的最低壓力稱蒸氣壓力。分子量越小，蒸汽壓越大。4．溶解性：易溶于石油、較難溶于水（石油中的溶解度10倍于水），與溫度、壓力有關。5．熱值：每立方米天然氣燃燒時所發(fā)出的熱量。與重烴含量有關。熱值排序：煤<干氣<石油<濕氣<氫氣

第三節(jié)油田水一、

油田水的概念及來源1.油田水(廣義):油田區(qū)域內或含油氣構造內的地下水包括油層水和非油層水(上層下層夾層水)2.油田水(狹義):油田范圍內直接與油層連通的地下水

邊水:油藏外邊緣以外，圍繞油藏分布的地下水底水:油藏外邊緣以內，在下邊襯托油藏的地下水油田水的兩個主要來源：1.沉積水：在沉積物堆積過程中保存在其中的水。又稱原生水。含鹽度和化學組成與沉積時的古海（湖）水的特征有密切關系，并受埋藏后的改造作用明顯影響。2.滲入水：滲入到地層中的大氣降雨及地表水。第三節(jié)油田水第三節(jié)油田水二、

油田水的化學組成無機組分(占絕大部分）

有機組分（含量一般很?。┗疽噪x子形式存在Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-烴類氣體苯甲苯環(huán)烷酸酚（找油的重要水化學標志）鋇緦銨溴

碘硼…Alberta盆地Nisku地層水中的苯苯的濃度(ppm)距生產井區(qū)的距離(英里)未發(fā)現的油探井地層水中可檢測到的苯和甲苯利用水化學方法直接找油第三節(jié)油田水單位體積水中各種離子的總含量稱水的礦化度。

用mg/L或ppm表示(ppm-重量百萬分數;1ppm=百萬分之一)

換算:

mg/L=ppm/水的密度三、

油田水的礦化度油田水通常以高礦化度為特征(數萬-數十萬ppm)地表河水/湖水多為淡水(數百ppm)海水的平均礦化度為35000ppm礦化度資料可用于研究油氣藏保存條件及圈定有利的油氣聚集區(qū)域油田水的礦化度常隨深度增加而增大地層水礦化度隨深度的增大而增高（據Dickey，1979）（美國俄克拉荷馬州賓夕法尼亞系Cherokee砂巖）第三節(jié)油田水所有的陽離子為Na+（或

Na+＋

K+）Ca2+Mg2+在進行水化學分析時常假定所有的陰離子為Cl-SO42-HCO3-水中的離子在相互作用時,按等當量反應(即等當量的陰離子與等當量的陽離子相化合)。因此在報道水分析結果時，也常用毫克當量百分數（meg％）來表示各種離子的相對含量。毫克當量百分數的計算方法：先求出每種離子的毫克當量數(meg):meg=mg/L*離子價/原子量再將陰、陽離子的毫克當量數分別相加，并令兩個和分別等于100％計算每種陰、陽離子在其總毫克當量數中所占的比例算例換算系數(離子價/原子量)一號水樣mg/Lmegmeg%二號水樣mg/Lmegmeg%Na+0.0435441001918743034132.299Ca2+0.04991100054920211.00.5Mg2+0.08231500123670.60.5全部陽離子2590100133.8100Cl-0.0282918002589100324091.468.3SO4-0.0208--4078.56.3HCO3-0.0164340.5206533.925.3全部陰離子2590100133.899.9元素將mg/L轉換成毫克當量和毫克當量百分數的計算實例（據Dickey，1986）第三節(jié)油田水油田水是天然水的一部分。人們常根據水中離子的組合及其比例將水分成不同類型。目前應用較廣的是蘇林（1946）提出的分類方案。根據這一方案，天然水可分為四種基本水型：

四、

油田水的類型硫酸鈉型(Na2SO4)重碳酸鈉型(NaHCO3)氯化鎂型(MgCl2)氯化鈣型(CaCl2)地表水原生水水型濃度(meq%)比NaNa-ClCl-NaClSO4Mg>1<1<0>1>1<0<1<0<1<1<0>1蘇林分類的主要水型（據Dickey，1986）教材p.30錯誤第三節(jié)油田水概括說來，地表水含有SO42-

和HCO3-，但卻只含很少的Ca2+

和Mg2+。因此，陽離子幾乎全為Na+。故Na+

的毫克當量百分數應近似等于所有陰離子的毫克當量百分數之和：Na+＝Cl-+SO42-

＋HCO3-

（大致）

Na+-Cl-

＝

SO42-

＋HCO3-

（大致）

此時Na/Cl>1。若（Na－Cl）/SO4<1，稱硫酸鈉型水若（Na－Cl）/SO4>1，稱重碳酸鈉型水即第三節(jié)油田水典型的原生水幾乎不含SO42-

和HCO3-，所有的陰離子幾乎均為Cl-。因此：Cl-

＝Na+

+Ca2+

＋

Mg2+

（大致）

Cl-

-Na+＝

Ca2+

＋

Mg2+

（大致）

此時Na/Cl<1。若（Cl

－Na）/Mg<1，稱氯化鎂型水若（Cl

－Na）/Mg>1，稱氯化鈣型水代表了缺乏循環(huán)交替的地層水的特征硫酸鈉型(Na2SO4)重碳酸鈉型(NaHCO3)氯化鎂型(MgCl2)氯化鈣型(CaCl2)地表水原生水水型濃度(meq%)比NaNa-ClCl-NaClSO4Mg>1<1<0>1>1<0<1<0<1<1<0>1蘇林分類的主要水型（據Dickey，1986）第三節(jié)油田水油田水的水型以氯化鈣型為主，其次為重碳酸鈉型，而硫酸鈉型和氯化鎂型較為罕見。第三節(jié)油田水五、油田水的物理性質（一）比重：一般>1。礦化度越高，比重越大。（二）顏色：一般不透明而呈渾濁狀；并常帶有顏色。（三）溴味：常具汽油味或煤油味，有咸味、苦味、腐臭味（含H2S時）。（四）導電性：因含多種離子而導電。礦化度越高，導電性越好。

（用途：電測井解釋油氣水層）第四節(jié)重質油分布：世界—1046個重質油和特重質油油藏中國—15個大中型含油氣盆地和地區(qū)發(fā)現，規(guī)模大，成帶分布，從中元古界—下第三系均有。（參見新教材P31，圖1-6）

一

重質油的概念（20API）重質油：指在原始油層溫度下脫氣原油粘度為(100-10000)×10-3Pa.s，或者在15.6℃及0.1Mpa下密度為9