第1章油氣水實(shí)驗(yàn)已改

一、石油的概念及特點(diǎn)

1、概念

石油——是天然產(chǎn)出于地下巖石孔隙中的液態(tài)可燃有機(jī)礦產(chǎn)，成分以烴類(lèi)為主，含有數(shù)量不等的非烴化合物及多種微量元素，是一種由多種復(fù)雜化合物組成的混合物?；瘜W(xué)上：以碳、氫化合物(烴)為主體，是多種有機(jī)化合物的混合物。

物理上：常呈油脂狀，比水輕，多呈黑色粘稠液體。

2、特點(diǎn)：

（1）混合物，成分具有可變性，無(wú)固定參數(shù)和分子式。

（2）成因復(fù)雜，它的原始物質(zhì)、演化程度、形成條件均可不同。

（3）常呈液態(tài)，具有流動(dòng)性，現(xiàn)存地≠生成地。

（4）成分復(fù)雜，產(chǎn)品多樣，用途廣泛。第一節(jié)石油

二、石油的化學(xué)組成（一）元素組成

1、主要元素—c、h，s、n、o；其中c、h占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。按元素重量百分比：c—占80～88%；h—10～14%；s＋n＋o—0.3～7%（表）。且s、n、o元素大多以非烴化合物或無(wú)機(jī)化合物的形式溶解在石油之中。硫（s）具有腐蝕性，是石油中的有害雜質(zhì)，原油中硫含量變化較大，據(jù)含硫量可分為低硫石油（<1％）；高硫石油（>1％），可用于區(qū)分石油的成因，

一般海相石油——高含硫，陸相石油——低含硫。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成返回石油中的異戊二烯型烷烴，一般被認(rèn)為是葉綠素的側(cè)鏈——植醇演化而來(lái)，因而是石油生物成因的標(biāo)志化合物。這種異構(gòu)烷烴的特點(diǎn)是每四個(gè)碳原子帶有一個(gè)甲基支鏈?，F(xiàn)已從石油中分離出多種異戊二烯型化合物，總量可達(dá)石油的0.5%。其中研究和應(yīng)用較多的是2,6,10,14-四甲基十五烷（姥鮫烷）和2,6,10,14-四甲基十六烷（植烷）。研究表明，同一來(lái)源的石油，各種異戊二烯型化合物極為相似。因而常用之作為油源對(duì)比的標(biāo)志。異戊二烯烴同系物立體化學(xué)結(jié)構(gòu)圖第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

（三）石油的餾分組成石油是多種烴類(lèi)和非烴有機(jī)化合物的混合物，每種化合物都有自己的沸點(diǎn)和凝點(diǎn)。石油的餾分就是利用組成石油的化合物各自具有不同沸點(diǎn)的特性，加熱蒸餾，將石油分割成不同沸點(diǎn)范圍的若干部分，每一部分就是一個(gè)餾分。分割所用的溫度區(qū)間（餾程）不同，餾出物（餾分）有所差異（表）。

一般說(shuō)來(lái)，低沸點(diǎn)的輕餾分主要是由低碳數(shù)、分子量較低的烷烴和環(huán)烷烴組成；中餾分由以中分子量和較高碳數(shù)的烷烴和環(huán)烷烴為主，并含有一定數(shù)量的芳烴和環(huán)烷-芳烴及少量含n、s、o的非烴化合物；重餾分則由以高碳數(shù)和大分子量的環(huán)烷烴、芳烴、環(huán)烷-芳烴和含n、s、o的非烴化合物組成。第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成（三）石油的餾分組成（表）

餾分原理—組成石油的化合物各自具有不同的沸點(diǎn)。

輕餾分-(低沸點(diǎn))主要由低碳數(shù)、分子量較低的烷烴和環(huán)烷烴組成；

中餾分-以中分子量和較高碳數(shù)的烷烴和環(huán)烷烴為主，并含有一定數(shù)量的芳烴和環(huán)烷-芳烴及少量含n、s、o的非烴化合物；

重餾分-由高碳數(shù)和大分子量的環(huán)烷烴、芳烴、環(huán)烷-芳烴和

含n、s、o的非烴化合物組成。

（四）石油的組分組成

組分分析原理——組成石油的化合物對(duì)有機(jī)溶劑和吸附劑具有選擇性溶解和選擇性吸附的性能。

石油組分的概念——利用有機(jī)溶劑和吸附劑對(duì)組成石油的化合物具有選擇性溶解和吸附的性能，選用不同有機(jī)溶劑和吸附劑，將原油分成若干部分，其中每一部分就是一個(gè)組分。

注意——考慮到原油的揮發(fā)性，一般切?。?10℃的餾分進(jìn)行組分分析。

第一節(jié)石油—石油的化學(xué)組成

石油的比重一般介于0.75～0.98之間。比重大于0.9的稱(chēng)為重質(zhì)石油，小于0.9的稱(chēng)為輕質(zhì)石油。原油大多為輕質(zhì)石油；重質(zhì)石油居次要地位。比重最大的可達(dá)1.0以上，但這種石油用一般方法難于開(kāi)采。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量愈高，石油的比重愈大。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)石油比重的影響因素成分：膠質(zhì)＋瀝青質(zhì)含量高，比重大，低分子烴含量多，比重小。壓力：小于飽和壓力時(shí)，壓力↑，比重↓；大于飽和壓力時(shí)，壓力↑

，比重↑

。溫度：溫度↑，比重↓

；深度增加

，比重↓

。溶解氣量：溶解氣量↑

，比重↓

；（在壓力很大的情況下，石油中可以溶解自身體積150倍的氣體）總之受眾多因素影響，地下石油的比重小于地表石油的比重

密度是單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。密度與物質(zhì)本身的成分和體積變化相關(guān)。石油的體積，在常壓下隨溫度升高而增大。

地下石油的密度不僅與溫度、壓力有關(guān)，還與溶解氣量有關(guān)，且后者才是影響密度的主要因素。溶解氣量增加則密度降低。地表和地下溫、壓條件不同，不僅影響石油體積，更主要的是由于溶解氣量的差異，導(dǎo)致石油物質(zhì)組成的差異，實(shí)質(zhì)上是改變了石油的質(zhì)量。地下石油含有較多的溶解氣，是造成地下石油密度較地表低的根本原因。第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)粘度的影響因素：第一節(jié)石油—石油的物理性質(zhì)粘度的影響因素成分：小分子烷烴＋環(huán)烷烴含量高，粘度低；膠質(zhì)＋瀝青質(zhì)含量高，粘度高；同碳數(shù)的烴類(lèi)，粘度大?。涵h(huán)烷烴＞芳香烴＞烷烴。壓力：壓力↑

，粘度↑

。溫度：溫度↑，粘度↓

。溶解氣量：溶解氣量↑

，粘度↓

；

總之，在眾多因素影響下，地下石油的粘度常低于地表。在地下1500-1700m深處，石油的粘度通常僅為地表的一半。第二節(jié)天然氣

一、天然氣的概念及類(lèi)型

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)高效的清潔能源和重要的化工原料。一）概念：

廣義的天然氣—指自然界天然存在的一切氣體。它通常是各種氣體化合物和氣態(tài)元素的混合物。依據(jù)其存在的環(huán)境，索柯洛夫（В.А.СΟКΟЛΟВ，1971）將天然氣分為八類(lèi)(表)。

狹義的天然氣—指地殼上部巖石圈中以烴類(lèi)為主體的天然氣（這也是本課程討論的主要對(duì)象）。主要是氣藏和油氣藏中的天然氣，亦即氣田氣（包括菌解氣-淺層氣）、油田氣和煤田氣。第二節(jié)天然氣

二）天然氣的類(lèi)型

天然氣的分類(lèi)方案較多，劃分依據(jù)不同，類(lèi)型亦不同(圖1、2)。

天然氣的產(chǎn)狀類(lèi)型（圖1）

a按相態(tài)—游離氣、溶解氣（溶于油和水中）、吸附氣和固體水溶氣（天然氣水合物）；

b據(jù)分布特點(diǎn)—聚集型和分散型；

c按其與石油的關(guān)系—伴生氣和非伴生氣第二節(jié)天然氣水溶氣天然氣產(chǎn)狀類(lèi)型a存在的相態(tài)b分布特點(diǎn)c與石油產(chǎn)出的關(guān)系游離氣吸附氣固體水溶氣溶解氣伴生氣非伴生氣聚集型分散型氣藏氣氣頂氣凝析氣油溶氣煤層氣氣水合物致密地層氣返回

天然氣的類(lèi)型

天然氣的類(lèi)型第二節(jié)天然氣有機(jī)成因的天然氣e依據(jù)地質(zhì)成因(母質(zhì)來(lái)源)無(wú)機(jī)成因的天然氣腐泥型氣d依據(jù)母質(zhì)類(lèi)型情況腐殖型氣常規(guī)天然氣（已開(kāi)發(fā)）f依據(jù)勘探開(kāi)發(fā)情況非常規(guī)天然氣（未開(kāi)發(fā)）返回干氣（重?zé)N＜5％)g依據(jù)重?zé)N含量濕氣（重?zé)N≥5％)第二節(jié)天然氣—天然氣的化學(xué)組成二）化合物組成：天然氣化合物組成主要成分——烴類(lèi)，甲烷為主＋數(shù)量不等的重?zé)N氣。（重?zé)N—c2+

烴類(lèi)氣體）次要成分——非烴氣，常見(jiàn)有：n2、co2、h2s、co、so2、h2、hg等，微量成分——指痕量到微量的惰性氣體（he、ne、ar、kr、xe、rn等）。第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)

一）密度與比重（在標(biāo)準(zhǔn)狀況下相對(duì)密度與比重?cái)?shù)值完全相同）

天然氣的密度定義為:在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(101325pa,15.55℃)下，單位體積氣體的質(zhì)量。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(101325pa,15.55℃)下，天然氣中主要烴類(lèi)成分的密度為0.6773kg/m3(甲烷）～3.0454kg/m3(戊烷）。

天然氣混合物的密度一般為0.7～0.75kg/m3

，其中石油伴生氣，特別是油溶氣的密度可高達(dá)1.5kg/m3,甚至更大些。天然氣的密度——隨重?zé)N含量，尤其是高碳數(shù)重?zé)N氣含量增加而增大；亦隨co2和h2s的含量增加而增大。第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)

天然氣在地下的密度——

隨溫度↑-密度↓；隨壓力↑

-密度↑。

地下天然氣的密度＞＞地表溫壓下的密度。

鑒于天然氣的可壓縮性極強(qiáng)，在氣藏中，天然氣的體積可縮小到地表體積的1/200～1/300；因此，地下天然氣的密度遠(yuǎn)大于地表溫壓下的密度。天然氣地下密度一般可達(dá)150～250kg/m3

，凝析氣可達(dá)225～450kg/m3

。

第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)

天然氣的比重

天然氣的相對(duì)比重定義為：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（101325pa，15.55℃

)下,單位體積的天然氣與同體積空氣的重量比。天然氣的相對(duì)比重一般為0.56——1.00，其中石油伴生氣，特別是油溶氣的比重可達(dá)1.5，甚至更大些。天然氣的比重與其成分的分子量成正比，隨重?zé)N含量增加而變大，也隨n2、h2s、co2含量增加而變大。

補(bǔ)充：一般天然氣液化后，體積縮小1000倍，所以在天然氣與原油產(chǎn)、儲(chǔ)量換算中，常用1000m3氣相當(dāng)于1m3原油。第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)

二）臨界溫度、臨界壓力和蒸氣壓力

氣體是否以氣態(tài)存在取決于溫度和壓力。這就涉及到臨界溫度和臨界壓力的概念。

純氣相物質(zhì)的臨界溫度系指該氣相物質(zhì)能（通過(guò)加壓）維持液相的最高溫度。高于臨界溫度時(shí)，無(wú)論加多大壓力，都不能使該氣態(tài)物質(zhì)變?yōu)橐簯B(tài)。在臨界溫度時(shí)，氣態(tài)物質(zhì)液化所需要的最低壓力稱(chēng)為臨界壓力。（圖）返回第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)丙烷p-v-t關(guān)系曲線(xiàn)不同曲線(xiàn)—代表不同溫度的等溫壓縮當(dāng)溫度低于臨界溫度時(shí)71.1oc，氣態(tài)丙烷的體積先是隨壓力增加而減小，在達(dá)到a－b時(shí)，壓力不變而體積繼續(xù)縮小。直到b點(diǎn)為止。超過(guò)b點(diǎn)后即使壓力增加極大，體積變化甚微。a－b區(qū)間為氣液兩相共存區(qū)域。ab區(qū)間所對(duì)應(yīng)的壓力為飽和蒸汽壓力。等溫壓縮曲線(xiàn)第二節(jié)天然氣—天然氣的物理性質(zhì)

天然氣粘度與氣體組成、溫度、壓力等因素有關(guān)。

①接近大氣壓的低壓條件下，壓力對(duì)粘度影響很小(可忽略)，隨溫度↑粘度↑

，隨分子量↑粘度↓

；

②在較高壓力下，天然氣的粘度隨壓力↑粘度↑，隨溫度↑粘度↓

，隨分子量↑粘度↑

。

此外，天然氣粘度還隨非烴氣體↑粘度↑

。第二節(jié)天然氣—天然氣與石油的差別

天然氣與石油的差別體現(xiàn)在：（一）組成成分上的差別在組成成分的主體部分（烴類(lèi)）-天然氣與石油存在著顯著的差別——

天然氣中僅包含烴類(lèi)低分子端的少數(shù)幾個(gè)分子結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的成員，主要是甲、乙、丙、丁烷，戊烷以上所占比例甚微。

石油則不同，石油幾乎囊括了烴類(lèi)的所有成員，至少是大部分成員，其分子結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多。第二節(jié)天然氣—天然氣與石油的差別（二）物理性質(zhì)上的差別

首先是相態(tài)的差別。天然氣以氣相為主，溶有少量的液態(tài)烴；石油是液相為主的氣、液、固三相混合物。由于它們相態(tài)差別，導(dǎo)致其物理性質(zhì)的差別。

在密度、粘度和吸附性方面，天然氣遠(yuǎn)小于石油；

而壓縮性、擴(kuò)散性和溶解度則天然氣遠(yuǎn)大于石油。由于以上差別，天然氣與石油在形成、聚集、成藏、分布等方面都與石油有所不同，在勘探是應(yīng)考慮到。第二節(jié)天然氣—天然氣與石油的差別

它們差別的實(shí)質(zhì)——在于分子量大小和分子結(jié)構(gòu)上的差別（包括次要組分非烴成分）。

天然氣成分的分子量較?。ㄆ骄肿恿浚?0），分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

石油分子量從小到大均有(平均分子量＞75~275)，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。

——可以說(shuō)其它所有差別均源于此。（油、氣分子大小的差別，見(jiàn)表1、2）第二節(jié)天然氣—天然氣與石油的差別（三）成因上的差別按照油氣成因的現(xiàn)代理論（晚期成油說(shuō)），石油主要是由地史時(shí)期的低等生物經(jīng)熱演化而生成的。隨著演化程度增加，石油將裂解生成天然氣；而天然氣除石油裂解成因外，還可以有早期生物成因和無(wú)機(jī)成因的天然氣。所以，天然氣的成因比石油要廣泛得多。第三節(jié)油田水

二、油田水的來(lái)源及產(chǎn)狀（一）來(lái)源

油田水的來(lái)源是一個(gè)極為復(fù)雜而尚未取得統(tǒng)一認(rèn)識(shí)的問(wèn)題。一般認(rèn)為可以有以下幾種來(lái)源：

1）沉積水(sedimentwaters)；

2）滲入水(filterwaters)；

3）深成水(deepwaters)；

4）成巖水(diageneticwaters)。

油田水可看作是沉積水、滲入水、深成水及成巖水以不同比例的混合水，且經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用（溶解-沉淀），并與油氣相伴生的油（氣）層水。

（二）油田水的產(chǎn)狀

1、油田水是地下水的一部分。按照水在巖石孔隙-裂縫系統(tǒng)中的貯存狀態(tài)，可分為吸附水、毛細(xì)管水和自由水三種產(chǎn)狀。吸附水——呈薄膜狀被巖石顆粒表面所吸附，在一般的溫、壓條件下不能自由運(yùn)動(dòng)。毛細(xì)管水——存在于毛細(xì)管孔隙-裂縫中，只有當(dāng)作用于水的力超過(guò)毛細(xì)管力時(shí)才能運(yùn)動(dòng)。自由水——存在于超毛細(xì)管孔隙-裂縫中，在重力作用下能自由運(yùn)動(dòng)。也稱(chēng)之為重力水。

蘇林認(rèn)為，裸露的地質(zhì)構(gòu)造中的地下水可能屬于硫酸鈉型，與地表大氣降水隔絕的封閉水則多屬于氯化鈣型，兩者之間的過(guò)渡帶為氯化鎂型。在油氣田地層剖面的上部地層水以重碳酸鈉型為主；隨著埋藏加深，過(guò)渡為氯化鎂型；最后成為氯化鈣型。有時(shí)重碳酸鈉型直接被氯化鈣型所替代，缺少過(guò)渡型。總之，油田水的水化學(xué)類(lèi)型以氯化鈣型為主，重碳酸鈉型次之，硫酸鈉型和氯化鎂型較為罕見(jiàn)。

蘇林分類(lèi)因較為簡(jiǎn)明，易于操作，而被廣泛使用。深度增加cacl2型nahso4型na2so4型mgcl2型

（五）導(dǎo)電性水是極性化合物，純水是不導(dǎo)電的。油田水因含各種離子，能夠?qū)щ?，水中含離子越多，導(dǎo)電性越強(qiáng)。

油田水的物性特征：

“三高一低”——高比重，高粘度，高導(dǎo)電性，低透明度。

六、油田水的地質(zhì)特征

1油田水來(lái)源多樣，有沉積水、滲入水、深層水、成巖水等；

2油田水具有層壓性和封閉性。這有利于油氣的保存和聚集；

3油田水具有特殊的化學(xué)成分。高礦化度，含有機(jī)酸，可溶有一定數(shù)量的烴類(lèi)，含有較高的微量元素（i、br、b）；（比普通海水高出幾十倍）

4油田水的物理性質(zhì)主要受礦化度的影響，具有三高一低的特點(diǎn)。（高比重，高粘度，高導(dǎo)電性，低透明度）

5含有h2s，但貧硫酸鹽；水型主要為cacl2型，其次為nahco3型。復(fù)習(xí)思考題

一、名詞解釋?zhuān)?/p>

1石油；2石油的餾分；3石油的組分；4石油的比重；

5石油的熒光性；6石油的旋光性；

7壓縮系數(shù)；8膨脹系數(shù)。

9天然氣（狹義）；10氣頂氣；11濕氣（干氣）；12重?zé)N；13凝析氣；14臨界溫度；15臨界壓力；16飽和壓力；

17蒸氣壓力；21油田水（狹義）22油層水；23底水；

24邊水25礦化度；26碳同位素差值率；27能源結(jié)構(gòu)；二、填空：

1、“石油”一詞最早是由北宋時(shí)期著名科學(xué)家

提出來(lái)的，記載于

。

2、石油中的

及

化合物具螢光性。

3、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)通常組成石油中的

餾分，它們通常由

化合物組成。

4、卟啉是石油中的含

化合物，石油中常見(jiàn)卟啉類(lèi)化合物可分為

卟啉和

卟啉；海相石油中多

卟啉，陸相石油多

卟啉。

5、石油的元素構(gòu)成主要是

和

。

6、油田氣與氣田氣共同的特點(diǎn)是其烴類(lèi)組成以

為主，不同點(diǎn)是油田氣含有較多的

。

7、典型的油田水其水型通常為

型水和

型水。

8、石油中環(huán)烷烴主要是

員環(huán)和

員環(huán)。三、選擇性填空（每題選擇一正確答案）：1、“石油”一詞我國(guó)最早是由

首先提出的。

a、李冰；b、沈括；c、班固；d、酈道元。2、我國(guó)早在1840年前后，四川天然氣井的鉆采深度就已經(jīng)達(dá)到

。

a、2000米以上；b、1000米；c、5000米；d、幾十米。3、石油中的

化合物不具螢光性。

a、飽和烴；b、芳香烴及其衍生物；

c、非烴；d、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)。4、在正常條件下，石油的比重（d420）與商業(yè)上常用的api度的關(guān)系是：api值愈大，石油的比重

。

a、越大；b、無(wú)變化；c、越?。籨、可大可小。5、卟啉化合物是石油中常見(jiàn)的

。

a、含氮化合物；b、含硫化合物；

c、含氧化合物；d、芳香烴族化合物。6、在有圍限的條件下，天然氣粘度隨著溫度的升高而

。

a、無(wú)規(guī)律變化；b、無(wú)變化；

c、降低；d、升高。7、劃分氯化鈣型水是根據(jù)水中

。

a、rna/rcl＞1，rna-rcl/rso4＜1；

b、rna/rcl＜1，rcl-rna/rmg＜1；

c、rna/rcl＞1，rna-rcl/rso4＞1；

d、rna/rcl＜1，rcl-rna/rmg＞1。8、氯化鈣水型表示水中

。

a、氯化鈣的含量最多；b、只有氯離子和鈣離子；

c、氯離子和鈣離子兩種離子相等；

d、氯離子與鉀離子、鈉離子、鎂離子配對(duì)后有余。9、重碳酸鈉型水表示

。

a、水中只有重碳酸鈉；b、水中含nahco3；

c、水中na+離子和hco3-兩種離子相容；

d、水中na+離子與cl-、so42-等離子