【教學】第六章 石油的化學組成

第六章石油的化學組成教學目的熟悉石油的化學組成及其地球化學分類，掌握影響石油化學組成的主要因素教學內(nèi)容石油的化學組成石油的地球化學類型影響石油化學組成的主要因素重點及難點影響石油化學組成的主要因素整理課件石油的一般性質(zhì)原油是沉積巖中有機質(zhì)在成巖演化過程中生成的烴類和非烴類復雜混合物，為黃色、褐色乃至黑色的可燃性粘稠液體。不同地區(qū)、不同層位產(chǎn)出的原油其物理性質(zhì)有較大的差異，根據(jù)原油的粘度、相對密度可將原油劃分為輕質(zhì)原油、中質(zhì)原油、重質(zhì)原油和瀝青砂四類分類名稱俗稱粘度（mPa.s）相對密度輕質(zhì)原油普通原油<20<0.900中質(zhì)原油中等稠油20～1000.900～0.934重質(zhì)原油稠油100～100000.934～1.000瀝青砂>10000>1.000按粘度、相對密度對原油分類標準整理課件整理課件整理課件石油的元素組成石油主要由C、H、S、N、O等五種元素組成，它們在石油中的分布范圍C占83.0%～87.0%、H占11.0%～14.0%、S占0.05%～8.00%、N占0.02%～2.00%、O占0.05%～2.00%，除此之外，還含有一些微量元素，如Ni、V、Fe、Cu、U、Ca、Mg等整理課件原油的餾分組成原油是由分子量不同的烴類和非烴類組成的復雜混合物，其沸點范圍寬，從常溫～500℃，因此在對原油進行研究和加工時，常采用蒸餾方法對原油按沸點的高低切割成若干部分，每個部分稱為餾分，而每個餾分的沸點范圍稱為餾程或沸程餾分名稱沸點范圍，℃碳數(shù)分布范圍輕餾分石油氣<30C1～C4汽油50～200C5～C12中間餾分煤油130～250C12～C14柴油180～350C14～C18重餾分潤滑油350～500C18～C20渣油>500C20以上石油的餾分組成分類整理課件整理課件石油的化學組成由于組成石油的化合物十分復雜，目前尚有一些化合物還不能鑒別，但按化學結(jié)構可分為：烴類（烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴）、非烴（含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物）、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)烴類：包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴烷烴：組成石油的最重要部分，可分為正構烷烴和異構烷烴；通常正構烷烴的含量較高，一般為15%～20%，已在原油中檢測出C1～C60的正構烷烴；在原油中也發(fā)現(xiàn)了許多異構烷烴，其中以C10以內(nèi)的異構烷烴含量最高，而在>C10的異構烷烴中最重要一類是異戊二烯烷烴，約占原油的1%，其中最常見的是姥鮫烷（C19）和植烷（C20），可達原油中全部無環(huán)異戊二烯烷烴的55%環(huán)烷烴：在原油中已發(fā)現(xiàn)單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)和多環(huán)環(huán)烷烴，如環(huán)己烷、環(huán)戊烷及其衍生物整理課件芳香烴：指只有芳香環(huán)和側(cè)鏈基的分子，已發(fā)現(xiàn)單環(huán)和多環(huán)的芳香烴，其中以1～3環(huán)的苯、甲苯和菲系列含量最高非烴化合物：包括含氧、硫、氮等雜原子的化合物和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，主要集中分布在原油的高沸點餾分中含硫化合物：原油中含硫量大于1%稱為高硫原油，含硫量小于稱為低硫原油；目前已鑒定出的含硫化合物有250種，主要有三類，即硫醇、硫醚、噻吩硫醇——指分子中含有硫基（—SH）的硫化物，是H2S中一個氫原子被烷基或環(huán)烷基所取代形成的，大多數(shù)硫醇具低分子量，在原油中已分離出脂肪族和環(huán)烷族硫醇，但未發(fā)現(xiàn)芳香族硫醇硫醚——指分子中含有硫醚鍵（—S—）的硫化物，是H2S中兩個H原子被烷基、環(huán)烷基或芳香基取代后形成，在原油中一般集中在中間餾分中噻吩——指含有一個硫原子和四個碳原子的不飽和五員環(huán)化合物，在原油含量較少，但對研究原油的成因和成熟度有意義整理課件含氮化合物：原油中含氮量比含硫量低，通常在0.05%～0.5%之間；主要分布在較重的餾分或渣油中，其分離和鑒定較困難，已鑒定出大約80多種單體化合物。由于含氮化合物具有較強的極性，可根據(jù)其變化按地質(zhì)色層原理來追蹤油的運移途徑含氧化合物：原油中的含氧量在0.1%～1.0%之間，個別可達3%，主要的含氧化合物為：醇（R—OH）、酚（Ar—OH）、醚（R—O—R’）、醛（R—CO—H）、酮（R—CO—R’）和酸（R—COOH）；含氧化合物可分為酸性和中性兩大類，酸性含氧化合物中有環(huán)烷酸、脂肪酸和酚；中性含氧化合物有醛、酮等，一般認為地層水和原油中的酸性含氧化合物對儲集層次生孔隙的形成有重要意義膠質(zhì)和瀝青質(zhì)：是原油中結(jié)構最復雜、分子量最大的一部分物質(zhì)，主要集中分布在渣油中；在輕質(zhì)油中含量一般小于5%，重質(zhì)油中可達20%～30%，最高可達50%以上，它是由脂肪族鏈和雜原子組成的多芳香核的高分子量化合物整理課件石油的地球化學類型原油中組分的濃度（210℃）原油類型硫含量%樣品數(shù)飽和烴>50%芳香烴<50%石蠟烴>環(huán)烷烴且石蠟烴>40%石蠟型<1100石蠟烴≤40%且環(huán)烷烴≤40%石蠟—環(huán)烷型217環(huán)烷烴>石蠟烴且環(huán)烷烴>40%環(huán)烷型21飽和烴≤50%芳香烴≥50%石蠟烴>10%芳香—中間型>1126石蠟烴<10%環(huán)烷烴≤25%芳香—瀝青型41環(huán)烷烴≥25%芳香—環(huán)烷型<136原油的地球化學分類（據(jù)Tissot和Welte，1984）整理課件整理課件影響原油化學組成的主要因素包括三方面的因素：有機質(zhì)的類型和性質(zhì)；有機質(zhì)的熱演化程度；石油生成所經(jīng)歷的次生變化有機質(zhì)類型：腐泥型有機質(zhì)中由細菌改造的高等植物及藻類生成的石油多為石蠟型；由海相浮游生物來源的有機質(zhì)生成的石油多為芳香—中間型；飽和烴30%～70%，芳香烴25%～26%。以高等植物來源為主有機質(zhì)生成的石油多為高蠟原油，也可形成石蠟—環(huán)烷型石油，飽和烴60%～90%，芳香烴10%～30%，含硫量較海相源巖生成的石油低有機質(zhì)的成熟度：石油密度、含硫量隨深度增加而降低；隨深度增加，輕質(zhì)餾分含量增加，烷烴含量增加，正構烷烴含量增加，高成熟石油中以低分子量的正構烷烴為主。次生變化：熱成熟作用；生物降解和水洗作用；氧化作用；氣浸和脫瀝青作用整理課件熱成熟作用：鏈烴中的碳鏈斷裂形成低分子量烴，異構烷烴脫去側(cè)鏈形成正構烷烴，芳香烴的裂解產(chǎn)物是低分子量的芳烴、烷烴和高度聚合的高碳物質(zhì)。環(huán)烷烴一方面開環(huán)加氫形成鏈烴，多環(huán)斷裂為單環(huán)、雙環(huán)，另一方面脫氫形成芳香烴。在熱力作用下，石油中烴類變化實質(zhì)是氫元素的重新分配。生物降解作用和水洗作用：生物降解作用的結(jié)果是使造成原油中正構烷烴、少量支鏈烷烴、低環(huán)環(huán)烷烴及芳香烴部分或全部消失，向重質(zhì)油方向變化，根據(jù)生物標志物的分布特征，可以對生物降解級別進行分類，不同的降解級別對應不同的原