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1、1.石油、天然气及 油田水的基本特征 1.石油、天然气及油田水的基本特征 1.4 1.4 1.4 1.4 油田水油田水油田水油田水 1.3 1.3 1.3 1.3 天然气天然气天然气天然气 1.1 1.1 1.1 1.1 石油沥青类石油沥青类石油沥青类石油沥青类 内内容容提提要要 1.5 1.5 1.5 1.5 重油、沥青砂和固体沥青重油、沥青砂和固体沥青重油、沥青砂和固体沥青重油、沥青砂和固体沥青 1.2 1.2 1.2 1.2 石油石油石油石油 1.6 1.6 1.6 1.6 油气中的碳氢等同位素油气中的碳氢等同位素油气中的碳氢等同位素油气中的碳氢等同位素1.1石油沥青类概述石油沥青类概述
2、一、石油沥青类与可燃有机矿产一、石油沥青类与可燃有机矿产天然气、石油及固态衍生物的统称。天然气、石油及固态衍生物的统称。煤、石油沥青类、油页岩、一部分硫，统煤、石油沥青类、油页岩、一部分硫，统称为称为可燃有机矿产或可燃有机岩可燃有机矿产或可燃有机岩。岩石圈岩石圈岩浆岩岩浆岩沉积岩沉积岩变质岩变质岩粘土岩粘土岩碎屑岩碎屑岩化学岩和生物化学岩和生物-化学岩化学岩可燃有机岩可燃有机岩非可燃有机岩非可燃有机岩可燃有机岩在岩石圈中的地位可燃有机岩在岩石圈中的地位根据相态，可以将可燃有机矿产分为：根据相态，可以将可燃有机矿产分为：气态可燃矿产：气态可燃矿产：气田气，油田伴生气，煤田气，泥火山气，沼气气田气
3、，油田伴生气，煤田气，泥火山气，沼气液态可燃矿产：液态可燃矿产：主要为石油主要为石油固态可燃矿产：固态可燃矿产：沥青，地蜡，煤，油页岩，硫磺沥青，地蜡，煤，油页岩，硫磺二、可燃有机矿产分类二、可燃有机矿产分类三、可燃有机矿产的元素组成三、可燃有机矿产的元素组成主要为主要为C、H，以及少量的，以及少量的S、O、N等。等。可燃有机可燃有机矿产矿产C，%H，%O，%C/H无烟煤无烟煤90-982-42-445烟煤烟煤74-922.5-55-816-20褐煤褐煤60-775-615-3013-16泥炭泥炭55-605-625-3012-15石油石油80-8810-1415.9-8.5沥沥青青78-89
4、8-127-86-10琥珀琥珀85-8610-123-57.3-8.2腐泥岩腐泥岩44-615-820-257-9煤类中煤类中C、O含量、含量、C/H大于石油；大于石油；H含量小于石油。含量小于石油。C的热值为的热值为34MJ/kg，H为为142.2MJ/kg，即一个单位的氢释放，即一个单位的氢释放的热量为碳的四倍，氧可降低热值。因此，的热量为碳的四倍，氧可降低热值。因此，石油热值高于煤类石油热值高于煤类可燃有机矿产的主要元素含量可燃有机矿产的主要元素含量1.2 1.2 石石 油油一、一、一、一、石油的化学组成石油的化学组成 二、石油的物理性质二、石油的物理性质 石油（石油（Petroleum
5、）是指从地下深处开采出来的多组分混合物，是指从地下深处开采出来的多组分混合物，其主要组成是烃类（烷烃、环烷烃、芳香烃），其次是数量其主要组成是烃类（烷烃、环烷烃、芳香烃），其次是数量不多但很有意义的非烃组分（含氧化合物、含氮化合物、含不多但很有意义的非烃组分（含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物、胶质和沥青质）。硫化合物、胶质和沥青质）。根据石油在地下存在的相态，可以把石油分为：根据石油在地下存在的相态，可以把石油分为：天然气（天然气（gas）：）：在标准的温度和压力条件下（在标准的温度和压力条件下（760mmHg，15.6）不凝结，以气态的形式存在；）不凝结，以气态的形式存在；凝析油（凝析油（
6、condensate）：）：在地层条件即地下一定温度和压力在地层条件即地下一定温度和压力条件下呈气态，在地面常温、常压条件下反凝析呈液态；条件下呈气态，在地面常温、常压条件下反凝析呈液态；原油（原油（crudeoil）：）：在地层条件和地面条件下均呈液态存在。在地层条件和地面条件下均呈液态存在。一般来讲，石油都有相似性，但石油的化学组成是不固一般来讲，石油都有相似性，但石油的化学组成是不固定的，不同地区、不同层位的石油在物理、化学性质上又存定的，不同地区、不同层位的石油在物理、化学性质上又存在较大的差异，主要受有机母质类型、热演化程度和油气成在较大的差异，主要受有机母质类型、热演化程度和油气成
7、藏后的次生变化作用的影响。藏后的次生变化作用的影响。什么是石油？什么是石油？一、石油的化学组成一、石油的化学组成（一）元素组成（一）元素组成 1.1.主要元素主要元素：碳、氢、氧、硫、氮1.碳、氢：占绝对优势，总量达9599%，主要以烃类形式存在，是组成石油的主体。2.氧、硫、氮：主要以化合物形式存在；与微量元素的总含量一般14。个别情况，由于硫分的增多，比例可达3-7%。石油中含氮量一般小于石油中含氮量一般小于0.20.2，少数样品，少数样品达达0.50.5以上，通常以以上，通常以0.250.25作为贫氮和高氮作为贫氮和高氮原油的界线。原油的界线。石油中氧的含量分布在石油中氧的含量分布在0.
8、10.14.54.5，均，均是以结合氧的形式存在。是以结合氧的形式存在。不同时代和成因的9347个石油样品中含硫量的分布（据Tissot Welte，1978；转自陈荣书，1994）国内外部分油田石油的元素组成国内外部分油田石油的元素组成 2.2.微量元素微量元素50多种其中，钒（钒（V V）和镍（和镍（NiNi）两元素分布普遍两元素分布普遍并具成因意义。并具成因意义。钒、镍含量低且钒、镍含量低且V/Ni1V/Ni1V/Ni1：海相成因的原油海相成因的原油（二）石油的化合物组成（二）石油的化合物组成（1 1）烷烃）烷烃（Paraffin alkane，石蜡石蜡烃，脂肪族，脂肪族烃）1.烃类化合
9、物烃类化合物 即饱和烃（即饱和烃（saturated group)，是只有碳碳单键的链，是只有碳碳单键的链烃，是最简单的一类有机化合物。烷烃分子中，氢原子烃，是最简单的一类有机化合物。烷烃分子中，氢原子的数目达到最大值，它的通式为的数目达到最大值，它的通式为CnH2n+2。其中，无支链者，称之为正（构）烷烃；有支链者，其中，无支链者，称之为正（构）烷烃；有支链者，称之为异（构）烷烃。称之为异（构）烷烃。IsopentaneIsobutane(C4H10)(C5H12)Pentane(C5H12)Propane(C3H8)Heptane(C7H16)正（构）烷烃正（构）烷烃异（构）烷烃异（构）烷
10、烃正构烷烃的物理常数正构烷烃的物理常数常温常压下：常温常压下：C14(甲烷甲烷-丁烷丁烷)气态；气态；C516（戊烷（戊烷-16烷）烷）液态（直链）；液态（直链）；C17固态固态 正烷烃分布曲线正烷烃分布曲线在石油中，不同在石油中，不同C原子数正烷烃相原子数正烷烃相对含量呈现一条连续的分布曲线，对含量呈现一条连续的分布曲线，称之为称之为正烷烃分布曲线正烷烃分布曲线。由于石油中正烷烃低分子比高分子由于石油中正烷烃低分子比高分子多，因此多，因此在在C15以内有一个极大值以内有一个极大值正烷烃分布特征：正烷烃分布特征：异戊间二烯型烷烃异戊间二烯型烷烃：石油中带支链的异构烷烃以石油中带支链的异构烷烃以
11、C10为主，为主，C1125较少，且以较少，且以类异戊类异戊间二烯型烷烃间二烯型烷烃最重要。它主要存在于低最重要。它主要存在于低-中等沸点的馏分之中，可能中等沸点的馏分之中，可能是天然色素和萜烯类衍生的产物。是天然色素和萜烯类衍生的产物。其特点是在直链上每四个碳原子有一个甲基支链，可能是其特点是在直链上每四个碳原子有一个甲基支链，可能是天然天然色素色素或或萜烯类衍生萜烯类衍生的产物。的产物。由于同源的石油，所含异戊间二烯烃的类型和含量非常相似，由于同源的石油，所含异戊间二烯烃的类型和含量非常相似，因此，常将其作为油源对比的标志或因此，常将其作为油源对比的标志或“指纹指纹”。常见类异戊二烯型烷烃
12、结构示意图常见类异戊二烯型烷烃结构示意图不同沉不同沉积相相 Pr（姥（姥鲛烷）/Ph（植（植烷）的的变化情况表化情况表沉沉积积物物中中姥姥鲛鲛烷烷和和植植烷烷来来源源于于叶叶绿绿素素的的植植醇醇侧侧链链，在在含含氧氧条条件件下下植植醇醇先先形形成成植植烷烷酸酸，接接着着脱脱官官能能团团（脱脱羧羧基基）形形成成姥鲛烷；姥鲛烷；在在还还原原条条件件下下，植植醇醇保保存存iC20骨骨架架，加加氢氢形形成成植植烷烷。（2 2）环烷烃）环烷烃（CycloalkaneCycloalkane；NaphtheneNaphthene）性质与烷烃类似，但在分子中含有碳环结构的饱和烃性质与烷烃类似，但在分子中含有碳
13、环结构的饱和烃。由。由围成环的多个次甲基组成。围成环的多个次甲基组成。组成环的碳原子数可以是组成环的碳原子数可以是3、4、，相应地称为三员环、，相应地称为三员环、四员环，四员环，。按分子中所含碳环数目，可以分为单环烷烃（按分子中所含碳环数目，可以分为单环烷烃（CnH2n）、双）、双环烷烃（环烷烃（CnH2n-2）、三环烷烃（）、三环烷烃（CnH2n-4）和多环烷烃。）和多环烷烃。其中，石油中的环烷烃多为其中，石油中的环烷烃多为五员环五员环和和六员环六员环。五员环：五员环：六员环：六员环：环烷烃的物理常数（据张厚福等，1999）名 称 结 构 式 比 重(20)熔 点()沸 点()环 丙 烷 0
14、.720(-79)-127.6-32.9 环 丁 烷 0.703(0)-80 12 环 戊 烷 0.745-93 49.3 甲基环戊烷 CH30.779-142.4 72 环 已 烷 0.779 6.5 80.8 甲基环已烷 CH3 0.769-126.5 100.8 环 庚 烷 0.810-12 118 环 辛 烷 0.836 11.5 148 （3 3）芳香烃）芳香烃芳芳烃的基本的基本结构构单环芳香烃：单环芳香烃：分子中含有一个苯环的芳香烃。分子中含有一个苯环的芳香烃。多环芳香烃：多环芳香烃：分子中含有分子中含有2 2个个独立苯环的芳香烃。独立苯环的芳香烃。稠环芳香烃：稠环芳香烃：分子中含
15、有分子中含有2个个苯环，彼此之间通过苯环，彼此之间通过共用两个相邻碳原子共用两个相邻碳原子稠和而成的芳香烃。稠和而成的芳香烃。v石油低沸点馏分中，芳烃少，主要单环芳烃石油低沸点馏分中，芳烃少，主要单环芳烃v多环、稠环芳烃主要出现于高沸点重馏分中多环、稠环芳烃主要出现于高沸点重馏分中v随石油成熟度增加，芳烃系列向低环方向演化随石油成熟度增加，芳烃系列向低环方向演化石油中的芳香烃分布规律：石油中的芳香烃分布规律：2.非烃化合物非烃化合物含氮化合物含氮化合物 中的卟啉类卟啉类卟啉类卟啉类与生物色素有亲缘关系，被作为 石油有机成因重要证据石油有机成因重要证据。高高温（温（250250）或氧化条件下，卟
16、啉即被破坏、）或氧化条件下，卟啉即被破坏、分解。因此，一般石油中存在卟啉分解。因此，一般石油中存在卟啉,说明石油说明石油形成和经受的温度都不高于形成和经受的温度都不高于250250，所以地层，所以地层越老卟啉越少越老卟啉越少石油中的非烃化合物主要是石油中的非烃化合物主要是含硫、氮、氧化合物含硫、氮、氧化合物，重馏分中居多。总含量不多，但种类不少重馏分中居多。总含量不多，但种类不少卟啉和啉和钒卟啉的啉的结构式构式 吡咯环，共四个吡咯环，共四个吡咯环，共四个，且钒与氮呈络合状态吡咯环，共四个，且钒与氮呈络合状态二、石油的物理性质二、石油的物理性质 1.1.颜色颜色 变化范围很大，无色变化范围很大，
17、无色淡黄色淡黄色黑色或黑绿色黑色或黑绿色 大多数石油大多数石油黑色、黑绿色；黑色、黑绿色；少数淡黄色、无色、黄褐、深褐少数淡黄色、无色、黄褐、深褐。无色石油无色石油在加利福尼亚、巴库、伊朗、罗马尼亚、苏在加利福尼亚、巴库、伊朗、罗马尼亚、苏 门答腊岛。门答腊岛。其形成可能同运移过程中，带色的其形成可能同运移过程中，带色的 胶质和沥青质被岩石吸附有关。胶质和沥青质被岩石吸附有关。深色石油分布深色石油分布 于各大油气盆地。于各大油气盆地。芳烃非烃含量高，颜色深；反之，颜色浅。芳烃非烃含量高，颜色深；反之，颜色浅。2密度、比重和相对密度密度、比重和相对密度（1 1）石油的密度石油的密度 单位体积石油
18、的质量单位体积石油的质量（2）石油的比重石油的比重 单位体积石油的重量单位体积石油的重量（3）石油的相对密度）石油的相对密度 石油的相对密度一般变化比较大，石油的相对密度一般变化比较大，20C时，介于介于0.751之间。但也有之外的石油，如伊朗石油之间。但也有之外的石油，如伊朗石油1.016，加利福尼亚，加利福尼亚石油石油1.01，原苏联苏拉汉石油仅为，原苏联苏拉汉石油仅为0.71.d d4 42020：1atm、20C时，单位体积原油与时，单位体积原油与4C单位体积纯水单位体积纯水的重量比。的重量比。API度和波美度（西欧）越大，油质越轻。度和波美度（西欧）越大，油质越轻。（6060F F1
19、5.5515.55 ）5.1315.141604-FdkAPI度5.1315.141604-FdkAPI度F=(C9/5)+32比重与API度、波美度的换算表（据张厚福等，1999）15.5 时比重 波美度 API度 15.5 时比重 波美度 API度 1.0000 10.0 10.0 0.8485 35.0 35.3 0.9655 15.0 15.1 0.8325 40.0 40.3 0.9333 20.0 20.1 0.8000 45.0 45.4 0.9032 25.0 25.2 0.7778 50.0 50.4 0.8750 30.0 30.2 石油密度与含石油密度与含氢量的关系量的关
20、系图（据潘（据潘钟祥，祥，1987）v石油相对密度石油相对密度d d4 42020的影响因素的影响因素一般淡色石油密度小一般淡色石油密度小，深色石油深色石油密度大密度大胶质、沥青质含量高，密度则大；胶质、沥青质含量高，密度则大；高分子量含量大，密度大。高分子量含量大，密度大。地下原油密度还跟所处的温度和压地下原油密度还跟所处的温度和压力及溶解气量有关。力及溶解气量有关。3.3.体积体积不同密度石油的膨胀系数（据潘钟祥，1987）v膨胀系数膨胀系数:温度每升高温度每升高1F F，单位体积石油增加的体积量称单位体积石油增加的体积量称膨胀系数。膨胀系数。随石油密度降低而增大随石油密度降低而增大4.4
21、.粘度粘度：将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层,各层速度各层速度不同不同,形成速度梯度形成速度梯度(dv/dx),(dv/dx),这是流动的基本特征这是流动的基本特征粘度：粘度：指流体质点相对移动时所受到的内部阻力。指流体质点相对移动时所受到的内部阻力。石油粘度大，即不易流动。石油粘度大，即不易流动。具体含义具体含义:将两块面积为将两块面积为1m1m2 2的板浸于的板浸于液体中液体中,两板距离为两板距离为1 1米米,若加若加1N1N的切应的切应力力,两板之间的相对速率为两板之间的相对速率为1m/s,1m/s,则此液体的粘度为则此液体的粘度为1Pa1
22、Pas s。粘度的表达：粘度的表达：动力粘度动力粘度 运动粘度运动粘度 相对粘度相对粘度动力粘度：动力粘度：又称又称绝对粘度绝对粘度,它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。是当速度梯度是当速度梯度dv/dy=1时时,单位面积上的内摩擦力的大小。单位面积上的内摩擦力的大小。运动粘度：运动粘度：绝对粘度绝对粘度与密度与密度的比值，即：的比值，即：=/相对粘度：相对粘度：又称条件粘度，采用特定的粘度计在规定的条件下测出来又称条件粘度，采用特定的粘度计在规定的条件下测出来的液体粘度的液体粘度.恩氏粘度：恩氏粘度：某浓度下，在恩氏粘度计中流出某浓度下，在恩氏粘度计中
23、流出200ml液体所需时液体所需时间与间与20流出同体积蒸馏水所需时间之比。流出同体积蒸馏水所需时间之比。影响石油粘度的主要因素：影响石油粘度的主要因素：温度越高，石油粘度降低；压力越大，粘度增加。温度越高，石油粘度降低；压力越大，粘度增加。因此，石油在地下深处比地面粘度小，易于流动因此，石油在地下深处比地面粘度小，易于流动石油的化学成分中，环烷烃和芳香烃含量越高、高分石油的化学成分中，环烷烃和芳香烃含量越高、高分子碳氢化合物越多，粘度越大；子碳氢化合物越多，粘度越大；原油中溶解气量越高，粘度越小。原油中溶解气量越高，粘度越小。粘度大的石油往往呈暗色，密度也较大，因此，轻粘度大的石油往往呈暗色
24、，密度也较大，因此，轻质石油比重质石油的粘度低。质石油比重质石油的粘度低。5.5.石油的溶解性：石油的溶解性：SolublenessSolubleness 难溶于水难溶于水25时烃类在淡水中的溶解度（PPm）总体上，石油在水中的溶解度很小，变化规律为：总体上，石油在水中的溶解度很小，变化规律为：碳原子相同的分子中，烷烃溶解度最小，芳香烃最大，碳原子相同的分子中，烷烃溶解度最小，芳香烃最大，环烷烃居中环烷烃居中除甲烷外，各族烃类在水中的溶解度均随分子量的增加除甲烷外，各族烃类在水中的溶解度均随分子量的增加溶解度减小溶解度减小温度增加，溶解度减小温度增加，溶解度减小水中无机物含量和含盐量增加，烃类
25、气体的溶解度会下水中无机物含量和含盐量增加，烃类气体的溶解度会下降；若水中有皂胶粒存在，烃类的溶解度会相应增加降；若水中有皂胶粒存在，烃类的溶解度会相应增加选择性溶解于有机溶剂选择性溶解于有机溶剂不同化合物选择性溶解于氯仿、四氯化苯、苯、石油醚等不同化合物选择性溶解于氯仿、四氯化苯、苯、石油醚等6.6.石油的荧光性石油的荧光性:Fluorescenceofpetroleum 石油在紫外光的照射下，由于不饱和烃及其衍生物石油在紫外光的照射下，由于不饱和烃及其衍生物的存在而产生荧光的特性，称为的存在而产生荧光的特性，称为石油的荧光性石油的荧光性。主要原因在于不饱和烃及其衍生物能吸收紫外光中主要原因
26、在于不饱和烃及其衍生物能吸收紫外光中波长较短、能量较高的光子，释放波长较长、能量较低波长较短、能量较高的光子，释放波长较长、能量较低的光子，从而产生荧光。的光子，从而产生荧光。石油的荧光性现象非常灵敏，只要溶剂中含有十万石油的荧光性现象非常灵敏，只要溶剂中含有十万分之一的石油或沥青物质就可发光。在油气田勘探中，分之一的石油或沥青物质就可发光。在油气田勘探中，荧光分析可鉴定岩样中是否含油，并大致确定组分。荧光分析可鉴定岩样中是否含油，并大致确定组分。石油的荧光性的影响因素：石油的荧光性的影响因素：取决于其化学结构：多环芳香烃和非烃引起发光，而取决于其化学结构：多环芳香烃和非烃引起发光，而饱和烃完
27、全不发光；饱和烃完全不发光；轻质油的荧光为淡蓝色，含胶质较多的石油呈绿、黄轻质油的荧光为淡蓝色，含胶质较多的石油呈绿、黄色，含沥青质多的或沥青质则为褐色荧光。色，含沥青质多的或沥青质则为褐色荧光。因此，石油的荧光色随石油或沥青质的性质而变，不因此，石油的荧光色随石油或沥青质的性质而变，不受溶剂性质的影响。而发光强度，则与石油和沥青质的浓受溶剂性质的影响。而发光强度，则与石油和沥青质的浓度有关。度有关。7.7.石油的旋光性石油的旋光性 源于生物体的某些有机化合物分子结构如胆甾醇、植物源于生物体的某些有机化合物分子结构如胆甾醇、植物性甾醇等具有不对称的碳原子。性甾醇等具有不对称的碳原子。胆甾醇存在
28、于动物的胆汁、鱼肝油和蛋黄中胆甾醇存在于动物的胆汁、鱼肝油和蛋黄中,而植物性甾而植物性甾醇存在于植物油和脂肪中。因此，醇存在于植物油和脂肪中。因此，石油的旋光性是石油有机石油的旋光性是石油有机成因的一个有力的佐证。成因的一个有力的佐证。v 石油具有旋光性的原因：石油具有旋光性的原因：当偏振光通过石油时，石油能使其振动面当偏振光通过石油时，石油能使其振动面旋转一个角度，石油的这种特性称旋转一个角度，石油的这种特性称旋光性旋光性。一、天然气的化学组分一、天然气的化学组分 二、天然气的产出状态二、天然气的产出状态 三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质 1.3 1.3 天然气天然气一、天然气的化学
29、组分一、天然气的化学组分 烃气烃气：CHCH4 495%95%，C C2 25%5%，贫气（干气）；贫气（干气）；CHCH4 495%95%，C C2 25%5%，富气（湿气）富气（湿气）C C1 14 4为主为主，CH4最多。非烃气：非烃气：总量不多，但种类不少。总量不多，但种类不少。N N2 2、COCO2 2、COCO、H H2 2S S、H H2 2、微量惰性气体微量惰性气体国内外某些油（气）田气的化学成分（百分含量）（据张厚福等，1999）二、天然气的产出状态二、天然气的产出状态 1）根据气体在地下存在的状态）根据气体在地下存在的状态聚集型：聚集型：指呈游离状态的、聚集成藏的天然气。
30、指呈游离状态的、聚集成藏的天然气。包括包括气藏气、气气藏气、气顶气、凝析气等气、凝析气等分散型：分散型：在地下呈分散状态的天然气。在地下呈分散状态的天然气。包括包括溶解气（溶解气（油溶气和水溶气）、煤层气（吸附气）和油溶气和水溶气）、煤层气（吸附气）和固态气水合物。固态气水合物。2）根据天然气与油藏分布的关系）根据天然气与油藏分布的关系伴生气：伴生气：凡是在油田范围内，与油藏分布有密切关系的天凡是在油田范围内，与油藏分布有密切关系的天然气。然气。非伴生气：非伴生气：与油藏无明显关系的气藏气。与油藏无明显关系的气藏气。v气藏气气藏气：基本上不与石油伴生，单独聚集成存气藏的。基本上不与石油伴生，单
31、独聚集成存气藏的。甲烷成分常占甲烷成分常占95%以上，重烃气含量极少，不超过以上，重烃气含量极少，不超过1-4%，属于干气。也有部分以氮气、二氧化碳或硫化氢为主，烃类，属于干气。也有部分以氮气、二氧化碳或硫化氢为主，烃类含量极少。含量极少。成因：成因：生物成因：生物成因：如前苏联的西西伯利亚德乌连戈达特大气田，如前苏联的西西伯利亚德乌连戈达特大气田，属于白垩系生物化学气，甲烷含量属于白垩系生物化学气，甲烷含量97-99%，甲烷同位素含量，甲烷同位素含量介于介于-62-58；四川相国寺气田石炭系所；四川相国寺气田石炭系所产的气体，甲的气体，甲烷含含量量97.3%，重，重烃含量含量50%，2-10
32、%50%，3-1%10%，4-0.1%1%，5-30 g/m3）的气藏，叫的气藏，叫凝析气藏。凝析气藏。凝析气藏通常埋深较大，多分布于凝析气藏通常埋深较大，多分布于30004000m或更深处。或更深处。如意大利的马洛萨凝析气藏，深如意大利的马洛萨凝析气藏，深5600，压力，压力106.4MPa，温度，温度153C。71.171.1的的的的P P-V V曲线：曲线：曲线：曲线：（1）随）随P，V丙烷丙烷；（2）过）过A点后，点后，V丙烷丙烷继续继续，但，但P保持不变；保持不变；（3）过）过B点后，即使点后，即使加极大压力，加极大压力，V也不变也不变。87.887.8的的的的P P-V V曲线：曲
33、线：曲线：曲线：随随T，水平线段缩水平线段缩短（短（ABABAB）。96.896.8的的的的 P P-V V曲线曲线曲线曲线：水平线段缩成一点水平线段缩成一点KK，在此温度以上的曲线，在此温度以上的曲线，水平线段完全消失。水平线段完全消失。三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质1.1.天然气密度和相对密度天然气密度和相对密度（1 1）天然气的密度：）天然气的密度：单位体积气体的质量单位体积气体的质量（2 2）天然气的相对密度：）天然气的相对密度：一般是指一般是指相同温度、压力下（相同温度、压力下（110105 5PaPa，15.5C;15.5C;1105 5 Pa，20C），天然气密度与空气
34、密度的比值。），天然气密度与空气密度的比值。随重烃及随重烃及CO2、H2S含量的增加，天然气相对密度增大。含量的增加，天然气相对密度增大。多在之间。多在之间。2.2.天然气粘度天然气粘度其大小与压力、温度和气体成分等有关：其大小与压力、温度和气体成分等有关：vv 随非烃气含量增加，天然气粘度增大。随非烃气含量增加，天然气粘度增大。指气体内部相对运动时，气体分子内摩擦力所产生的阻指气体内部相对运动时，气体分子内摩擦力所产生的阻力，是研究天然气运移、开采和集输时的一项重要参数。力，是研究天然气运移、开采和集输时的一项重要参数。天然气的粘度很小，比油和水的粘度低得多，在标准状态天然气的粘度很小，比油
35、和水的粘度低得多，在标准状态下仅为下仅为0.0010.09mPaS。天然气粘度一般随分子量增加而减小，天然气粘度一般随分子量增加而减小，随温度、压力增高而增大。随温度、压力增高而增大。vv3.3.蒸气压力蒸气压力 某一温度下，将气体液化时所需施加的最低压力，称为该气体的最低压力，称为该气体的饱和蒸气压力。饱和蒸气压力。天然气蒸气压力的影响因素：天然气蒸气压力的影响因素：随温度升高，蒸气压力增大；随温度升高，蒸气压力增大；同温度条件下，分子量越小，其蒸气压力越大。同温度条件下，分子量越小，其蒸气压力越大。这也是天然气中甲烷等轻质碳氢化合物含量较多的原因这也是天然气中甲烷等轻质碳氢化合物含量较多的
36、原因思考：思考：天然气的组成、密度随油田开发过程的变化？天然气的组成、密度随油田开发过程的变化？常见天然气组成的基本物理常数（据陈荣书，1994；有改动）4.4.溶解性溶解性-溶于石油和水的能力溶于石油和水的能力A A、在相同条件下，天然气在石油中的溶解度远远在相同条件下，天然气在石油中的溶解度远远大于在水中的溶解度大于在水中的溶解度。B B、当天然气中重烃增多，或者石油中的轻馏分较当天然气中重烃增多，或者石油中的轻馏分较多，都可增加天然气在石油中的溶解度。多，都可增加天然气在石油中的溶解度。C C、在石油中溶有天然气时，可以降低石油的比重、在石油中溶有天然气时，可以降低石油的比重、粘度及表面
37、张力。粘度及表面张力。D D、天然气在水中的溶解系数很大程度上取决于气天然气在水中的溶解系数很大程度上取决于气体组分、温度、压力及含盐量。体组分、温度、压力及含盐量。一、地下水的赋存状态一、地下水的赋存状态 二、油田水的来源二、油田水的来源 三、油田水的矿化度三、油田水的矿化度 四、油田水的化学组成四、油田水的化学组成 五、油田水的类型五、油田水的类型 1.4 1.4 油田水油田水广义上：指油气田区域内的地层水。广义上：指油气田区域内的地层水。（油层水、非油层水）（油层水、非油层水）狭义上：指油气田区域内直接与油层连通的的油层水。狭义上：指油气田区域内直接与油层连通的的油层水。油层水：油层水：
38、带色、混浊、比重带色、混浊、比重11，有，有H H2 2S S味或味或者汽油味，导电。含者汽油味，导电。含MgSOMgSO4 4时有苦味。时有苦味。油田水的概念：油田水的概念：一、地下水的赋存状态一、地下水的赋存状态地地壳壳岩岩石石中中的的水水岩石空隙岩石空隙中的水中的水沸石水：沸石水：以水分子形式存在于矿物晶胞之间，以水分子形式存在于矿物晶胞之间，数量可多可少数量可多可少,无定量，即其含量多少无定量，即其含量多少不影响晶胞的结晶格架，析出时也不致不影响晶胞的结晶格架，析出时也不致使矿物的种类发生变化使矿物的种类发生变化.结晶水：结晶水：以水分子形式存在于矿物结晶格架的固以水分子形式存在于矿物
39、结晶格架的固定位置上，具有一定数量。析出时，原来定位置上，具有一定数量。析出时，原来的结晶格架就被破坏的结晶格架就被破坏,使原有的矿物变成另使原有的矿物变成另一种新矿物一种新矿物.结构水：结构水：以以OH-或或H+离子的形式存在于矿物结晶离子的形式存在于矿物结晶 格架中的固定位置上。格架中的固定位置上。结合水（矿物表面结合水）结合水（矿物表面结合水）气态水气态水液态水液态水固态水固态水毛细水毛细水重力水（自由水）重力水（自由水）强结合水（吸着水）强结合水（吸着水）弱结合水（薄膜水）弱结合水（薄膜水）地地壳壳岩岩石石中中的的水水岩石骨架中的水岩石骨架中的水深成水：深成水：来自地幔及地壳深处高温、
40、高矿化度、来自地幔及地壳深处高温、高矿化度、饱含气体的地下水。饱含气体的地下水。渗入水：渗入水：大气降水、地表水沿储集层露头或断层、大气降水、地表水沿储集层露头或断层、裂隙渗入到储集层中的水裂隙渗入到储集层中的水 沉积水：沉积水：或称或称残余水残余水。沉积物沉积时充填在颗粒间。沉积物沉积时充填在颗粒间的孔隙水，沉积物深埋成岩后，被保存在的孔隙水，沉积物深埋成岩后，被保存在在地层中的那部分水。在地层中的那部分水。二、油田水的来源二、油田水的来源目前尚未有统一的认识目前尚未有统一的认识，一般认为有以下三种来源：，一般认为有以下三种来源：三、油田水矿化度三、油田水矿化度单位体积水中所含溶解状态的固单
41、位体积水中所含溶解状态的固体物质总量。体物质总量。即单位体积水中各种离子、即单位体积水中各种离子、元素及化合物总含量。用元素及化合物总含量。用g/Lg/L、mg/Lmg/L、ppmppm（百万分之一）表示。百万分之一）表示。四、油田水的化学组成四、油田水的化学组成1.1.无机盐类无机盐类：阳离子：阳离子：NaNa(K(K)、CaCa2 2、MgMg2 2阴离子：阴离子：ClCl-、HCOHCO3 3-、SOSO4 42 2-、（、（含含COCO3 32 2）2.2.有机组分有机组分：主要有烃类、有机酸、酚等。：主要有烃类、有机酸、酚等。3.3.溶解气溶解气：COCO2 2、COCO、N N2
42、2、CHCH4 4、C C2 24.4.微量元素微量元素：SrSr、BaBa、FeFe、Al Al 等。等。原原苏联某些凝析气田的某些凝析气田的产层和非和非产层水中的苯、酚含量水中的苯、酚含量对比比产层的苯、酚含量比非产层高。产层的苯、酚含量比非产层高。油层水中苯系化合物一般可达油层水中苯系化合物一般可达0.011.58mg/L，最高可达，最高可达56mg/L,且甲苯且甲苯/苯苯1；非油层水中苯系化合物低，；非油层水中苯系化合物低，甲苯甲苯/苯苯11110海水海水氯化镁型氯化镁型101深层水深层水氯化钙型氯化钙型11水的类型水的类型成因系数成因系数Na+/C1-Na+-C1-/SO42-C1-
43、Na+/Mg2+大陆水大陆水硫酸钠型硫酸钠型11110海水海水氯化镁型氯化镁型101深层水深层水氯化钙型氯化钙型11主要观点：主要观点：该分类认为，裸露的地质构造中的地下水可能属于硫该分类认为，裸露的地质构造中的地下水可能属于硫酸钠型，与地表大气降水隔绝的封闭水则多属于氯化钙型，酸钠型，与地表大气降水隔绝的封闭水则多属于氯化钙型，两者之间的过渡带为氯化镁型；两者之间的过渡带为氯化镁型；在油气田地层剖面的上部地层水以重碳酸钠型为主；在油气田地层剖面的上部地层水以重碳酸钠型为主；随着埋藏加深，过渡为氯化镁型；最后成为氯化钙型。随着埋藏加深，过渡为氯化镁型；最后成为氯化钙型。有时重碳酸钠型直接被氯化
44、钙型所替代，缺少过渡型。有时重碳酸钠型直接被氯化钙型所替代，缺少过渡型。结论：结论：油田水的水化学类型以氯化钙型为主，重碳酸钠型次之，油田水的水化学类型以氯化钙型为主，重碳酸钠型次之，硫酸钠型和氯化镁型较为罕见。硫酸钠型和氯化镁型较为罕见。苏林油田水的类型的主要观点及存在问题：苏林油田水的类型的主要观点及存在问题：1）把地下水的成因完全看成是地表水渗入形成的，没有考）把地下水的成因完全看成是地表水渗入形成的，没有考虑其它成因水的加入，还有自然界经常发生的水的混合作虑其它成因水的加入，还有自然界经常发生的水的混合作用以及由此而产生的水中成分的多种分异和组合；用以及由此而产生的水中成分的多种分异和
45、组合；2）将本来具有成因联系作为一个整体的大量无机组分，简）将本来具有成因联系作为一个整体的大量无机组分，简化成仅是天然水盐类成分的分类，过于简单；化成仅是天然水盐类成分的分类，过于简单；3）忽略了水中气体成分及微量元素等一些具有标型性质的）忽略了水中气体成分及微量元素等一些具有标型性质的组分，同时缺少作为区分油田水与非油田水的特征参数。组分，同时缺少作为区分油田水与非油田水的特征参数。随着研究的深入，较普遍的意见是把矿化度和阴离子随着研究的深入，较普遍的意见是把矿化度和阴离子组合作为油田水化学分类的基础，再根据油田水的特征参组合作为油田水化学分类的基础，再根据油田水的特征参数或标志，区分油田
46、水和非油田水。数或标志，区分油田水和非油田水。但提出的分类方案大但提出的分类方案大都过于复杂，应用不便，难于推广，未被普遍接受。都过于复杂，应用不便，难于推广，未被普遍接受。存在问题：存在问题：苏林油田水的四种类型的石油地质意义：苏林油田水的四种类型的石油地质意义：1.51.5重质油、沥青砂与固体沥青重质油、沥青砂与固体沥青重质油：重质油：用常规原油开采技术难于开采的具有较大的粘用常规原油开采技术难于开采的具有较大的粘度和密度的原油。度和密度的原油。石油烃类能源中的重要组成部分，蕴藏量高于常规原油石油烃类能源中的重要组成部分，蕴藏量高于常规原油数倍，分布于世界各地。数倍，分布于世界各地。重质油
47、：重质油：原始油层温度下，脱气原油粘度为原始油层温度下，脱气原油粘度为1001000mPas，或或在在15.6及及0.1Mpa下，密度为下，密度为0.9341g/cm3的原油。的原油。沥青砂（超重油）：沥青砂（超重油）：储层条件下，粘度大于储层条件下，粘度大于1000mPas，或，或 标准条件下，密度大于标准条件下，密度大于1g/cm3的原油。的原油。（一）重油和沥青砂（一）重油和沥青砂第二届国际重质油和沥青砂会议第二届国际重质油和沥青砂会议(1982)，定义：，定义：名称俗称粘度,mPas相对密度,轻质原油普通原油20100001.0按粘度、相对密度对原油的分类标准按粘度、相对密度对原油的分
48、类标准1 1重油和沥青砂的化学成分重油和沥青砂的化学成分元素组成：元素组成：与常规油相似，与常规油相似，但氧、硫、氮等元素含氧、硫、氮等元素含量高，更富微量元素量高，更富微量元素。海相中有含硫量高于。海相中有含硫量高于化合物组成：化合物组成：烃类含量低烃类含量低（一般小于60%），非烃、沥非烃、沥青质含量高青质含量高（1030%）。陆相，含氮量低于陆相。陆相，含氮量低于陆相。2 2重油和沥青砂的物理性质重油和沥青砂的物理性质含蜡量：含蜡量：指在常温常压下原油中所含石蜡和地蜡的百分比。指在常温常压下原油中所含石蜡和地蜡的百分比。石蜡：石蜡：又称晶形蜡，一种白色或淡黄色固体，由高级烷烃组成，又称晶
49、形蜡，一种白色或淡黄色固体，由高级烷烃组成，碳原子数约为碳原子数约为18 30的烃类混合物，主要组分为的烃类混合物，主要组分为直链烷烃直链烷烃 (约为约为8095)，另有少量带支链的烷烃和带长侧链的单，另有少量带支链的烷烃和带长侧链的单 环环烷烃。熔点为环环烷烃。熔点为37 76。石蜡在地下以胶体状溶于石油中，当压力和温度降低时，可从石蜡在地下以胶体状溶于石油中，当压力和温度降低时，可从石油中析出。石油中析出。地蜡：地蜡：白色至微黄色固体蜡状物，无嗅无味。熔点白色至微黄色固体蜡状物，无嗅无味。熔点6l78，密度，密度 0.880.92g/cm3。主要成分为。主要成分为C25以上的带长侧链的环烷
50、烃以上的带长侧链的环烷烃 和和异构烷烃异构烷烃及少量的直链烷烃和芳烃。及少量的直链烷烃和芳烃。与常规原油相比：与常规原油相比：比重大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点低比重大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点低我国部分地区重油常我国部分地区重油常规物性参数（据物性参数（据张厚福等，厚福等，19991999）我国重油、沥青砂的分布我国重油、沥青砂的分布（二）固体沥青（二）固体沥青 固体沥青是同石油有关的固态衍生物。固体沥青是同石油有关的固态衍生物。多为深褐色至黑色的有机矿物，化学成分不甚稳定，多为深褐色至黑色的有机矿物，化学成分不甚稳定，也无一定晶形，彼此之间常呈过渡形式，难以区分。也无一定