正丁烷正戊烷多數(shù)石油不同碳原子數(shù)正烷烴相對(duì)含量分布曲線有三個(gè)

第一章石油、天然氣、油田水的成分和性質(zhì)

第一節(jié)石油的成分和性質(zhì)一、石油的概念

石油是以液態(tài)形式存在于地下巖石孔隙中的可燃有機(jī)礦產(chǎn)。

在地下油氣藏中，石油無(wú)論在成分上和相態(tài)上都是極其復(fù)雜的混合物。在成分上以烴類(lèi)為主，含有數(shù)量不等的非烴化合物及多種微量元素。在相態(tài)上以液態(tài)為主，溶有大量烴氣及少量非烴氣，并溶有數(shù)量不等的烴類(lèi)和非烴類(lèi)的固態(tài)物質(zhì)

據(jù)大量資料研究表明，石油中C、H兩元素占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。次為O、N、S。C含量可達(dá)83—88%，H含量可達(dá)11—14%，二者合計(jì)可達(dá)95—99%；余下的O、N、S總量一般不到2—3%。個(gè)別硫達(dá)7%。

除外，在石油中還含有多種微量元素，但總量?jī)H有萬(wàn)分之幾，其中最為石油地質(zhì)學(xué)家重視的釩、鎳兩種元素，它們可以用于研究生油巖相、油源對(duì)比，油氣運(yùn)移等問(wèn)題。

由前分析可知，石油沒(méi)有固定的化學(xué)成分和物理常數(shù)，但其有一定的變化范圍和共同特征。二、石油的化學(xué)組成（一）石油的元素組成（二）石油的化合物組成

石油中的化合物組成歸納起來(lái)，主要可分為烴和非烴兩大類(lèi)，具體包括：

①正構(gòu)烷烴；

②異構(gòu)烷烴；③環(huán)烷烴；④芳香烴；⑤含氮、硫、氧化合物。

烴類(lèi)非烴類(lèi)1.正構(gòu)烷烴（無(wú)C支鏈）CCCCCCCCC正丁烷正戊烷

多數(shù)石油不同碳原子數(shù)正烷烴相對(duì)含量分布曲線有三個(gè)共同特點(diǎn)：石油中正構(gòu)烷烴含量一般為15-20%（體積）1)正烷烴分布曲線是連續(xù)曲線。

2)不同類(lèi)型的曲線都對(duì)應(yīng)有一個(gè)某碳數(shù)的極大值。

3)根據(jù)正烷烴分布曲線的主峰碳值位置及形態(tài)，可將其分為三種基本類(lèi)型：a、主峰小于C15、主峰區(qū)較窄。

b、主峰大于C25、主峰區(qū)較寬。

c、主峰在C15-25之間，主峰區(qū)寬。

正烷烴分布曲線上述正烷烴分布特點(diǎn)與成油原始有機(jī)質(zhì)，成油環(huán)境和成熟度有密切關(guān)系：一般生油巖的主峰碳數(shù)陸相大于海相，沼澤相大于湖相。由圖可見(jiàn),石油中正構(gòu)烷烴的奇數(shù)碳原子烴含量和偶數(shù)碳原子烴含量相近等。但是，一般現(xiàn)代沉積物或生物，其奇數(shù)碳原子占明顯優(yōu)勢(shì)。研究表明，隨有機(jī)質(zhì)成熟度增加，奇數(shù)碳優(yōu)勢(shì)逐漸消失，曲線變?yōu)橐粭l圓滑曲線。

CCCCCCCCC異丁烷異戊烷2.異構(gòu)烷烴在石油烷烴中，異構(gòu)烷烴以主鏈碳數(shù)<C10為主，C11-25較少，最重要的異構(gòu)烷烴是異戊間二烯型，其特點(diǎn)是在直鏈上每四個(gè)碳原子有一個(gè)甲基支鏈。

該烴烷被認(rèn)為是葉綠素的側(cè)鏈——植醇演化而來(lái)，為生物成因標(biāo)志化合物。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的有C9-C25的異戊間二烯型烷烴，應(yīng)用最多的是植烷（四甲基十六烷）和姥鮫烷（四甲基十五烷）。同源的石油所含異戊間二烯型烷烴類(lèi)型和含量都十分相近，常用于油源對(duì)比。

3.環(huán)烷烴

也屬飽和烴，其分子結(jié)構(gòu)為碳原子以單鍵相連呈閉合環(huán)狀。

常見(jiàn)的環(huán)烷烴只有環(huán)戊烷和環(huán)己烷及其衍生物，它們是石油的重要組成部分，即五員環(huán)、六員環(huán)。

用環(huán)戊烷和環(huán)己烷的比值可以估計(jì)石油生成時(shí)的地下溫度，比值高，成生溫度低，否則相反。例如：克拉瑪依原油環(huán)己烷/環(huán)戊烷為3.6，而玉門(mén)油田的原油環(huán)己烷/環(huán)戊烷為2.5。故克拉瑪依油田的原油生成溫度低于玉門(mén)油田原油生成溫度。在原油中，多環(huán)環(huán)烷烴的含量隨成熟度增加而明顯減少，高成熟度原油以1-2環(huán)烷烴為主。

芳香烴通式為CnH2n-6,屬不飽和烴，以具有六個(gè)碳原子和六個(gè)氫原子組成單雙鍵交替的閉合環(huán)，即苯環(huán)為特征

據(jù)結(jié)構(gòu)又分為單環(huán)、多環(huán)、稠環(huán)三類(lèi)芳香烴，目前石油中已發(fā)現(xiàn)的芳香烴基本類(lèi)型有苯、萘、蒽、菲等類(lèi)型。

4.芳香烴苯并蒽ASI值=4:8萘并蒽ASI值=6:4

一類(lèi)是有一或兩個(gè)相鄰氫原子的，稱(chēng)I類(lèi)初級(jí)氫原子，（圖中帶圈的H）。

另一類(lèi)是有四個(gè)或五個(gè)相鄰氫原子的，稱(chēng)為II類(lèi)初級(jí)氫原子。（圖中的H）。

根據(jù)布雷研究，石油中的芳香烴普遍存在著兩類(lèi)與芳核直接相連的氫原子，均稱(chēng)為初級(jí)氫原子。苯并蒽ASI值=4:8萘并蒽ASI值=6:4

石油樣品中I、II類(lèi)初級(jí)氫原子的豐度比值稱(chēng)為芳烴結(jié)構(gòu)分布指數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)ASI值。

I類(lèi)初級(jí)氫原子豐度

ASI=

II類(lèi)初級(jí)氫原子豐度

這一特征值可直接用于鑒定有機(jī)質(zhì)成熟度。成熟生油巖的ASI值>0.8

5.組成石油的非烴

石油中的非烴是指石油所含的硫、氮、氧及金屬原子的化合物，其量有時(shí)達(dá)石油量的30%，它們對(duì)石油的質(zhì)量有重要的影響。目前，已發(fā)現(xiàn)的這類(lèi)化合物有硫化氫、硫醇、吡啶、喹啉、吖啶、吡咯、卟啉、吲哚、卟唑、脂肪酸、環(huán)烷酸和酚（統(tǒng)稱(chēng)石油酸）等等。其中，最為重要的是卟啉，它被認(rèn)為是由植物的葉綠素和動(dòng)物氯化血紅素轉(zhuǎn)化而來(lái)，是石油成因分析的有力證據(jù)。在石油中卟啉常與釩、鎳等金屬元素組成絡(luò)和物。因此，又稱(chēng)有機(jī)金屬化合物，其基本結(jié)構(gòu)與葉綠素結(jié)構(gòu)極為相似。但是，并不是所有原油中都有卟啉，因?yàn)椋邷鼗蜓趸飾l件下卟啉易于裂解被破壞。

所謂卟啉是以四個(gè)吡咯核為基本結(jié)構(gòu)，由甲川橋聯(lián)結(jié)成的含氮化合物。三、石油的物理性質(zhì)

由于石油沒(méi)有固定的組成，因此，嚴(yán)格地講，石油沒(méi)有固定的物理常數(shù)。

但經(jīng)過(guò)廣泛的對(duì)比，還是能歸納出反映石油總特征的物理性質(zhì)。

石油重要的物理性質(zhì)有：顏色、比重、粘度、熒光性、旋光性、溶解性等特征。1.石油的顏色

石油的顏色變化很大，從白色、淡黃色、黃褐色、深褐色、黑綠直至黑色。例如：大港油田有的井產(chǎn)的油即為白色，大慶油田的井產(chǎn)的油即為黑色

石油的顏色與石油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量有關(guān)，含量越高，顏色越深，觀察石油的顏色一定注意將樣品朝光源方向，不要在反射光下觀察。

2.石油的比重

液態(tài)石油比重是指一個(gè)大氣壓下200C石油與40C純水單位體積的重量比，用d420表示。

歐美各國(guó)則以一大氣壓下，600F（相當(dāng)于15.600C

）石油與40C純水單位體積的重量比。商業(yè)上用API度為單位：

API度=141.5/60℉時(shí)比重-131.5

石油比重一般介于0.75－0.98之間

＞0.90稱(chēng)為重質(zhì)石油＜0.90

稱(chēng)為輕質(zhì)石油世界平均比重的原油，1噸按7.3桶計(jì)算。3.石油的粘度

粘度值代表石油流動(dòng)時(shí)分子之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的內(nèi)摩擦力大小。

粘度又分為：動(dòng)力粘度運(yùn)動(dòng)粘度相對(duì)粘度

1）．動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）：

動(dòng)力粘度是指1牛頓力作用下，兩個(gè)液層面積各為1平方米，相距1米，彼此間相對(duì)移動(dòng)速度為1米/S時(shí)，液體流動(dòng)所產(chǎn)生的阻力。常用ηt表示，單位是帕斯卡·秒（Pa·s）。1Pa·s=10P（10泊）=100厘泊；

2）．運(yùn)動(dòng)粘度：

動(dòng)力粘度與密度之比稱(chēng)運(yùn)動(dòng)粘度單位為㎡/s，二次方米/每秒，其常用Vt表示

3)．相對(duì)粘度：

又稱(chēng)恩氏粘度，是在恩氏粘度計(jì)中200ml原油與20℃時(shí)同體積的蒸餾水流出時(shí)間的比，用Et表示。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的Et，通過(guò)換算表，獲得運(yùn)動(dòng)粘度，運(yùn)動(dòng)粘度與密度之積即得動(dòng)力粘度。

粘度大小主要取決于石油的化學(xué)組成，含輕質(zhì)組分多則粘度小，含蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)多則粘度大。不同環(huán)境下石油粘度不同4.溶解性

石油難溶于水，但可溶于多種有機(jī)溶劑，如苯、氯仿、二硫化碳、醚等，據(jù)此可以鑒定和分離巖石中的石油烴。

石油在水中的溶解度雖很小，但當(dāng)水中飽含CO2和烴氣時(shí)，石油的溶解度將明顯提高。5.石油的熒光性

石油在紫外光照射下可產(chǎn)生熒光的特性，稱(chēng)為熒光性。石油中只有不飽和烴及其衍生物具有熒光性，飽和烴不發(fā)熒光。

石油的熒光性隨飽和烴濃度及分子量的增加而加深，一般芳烴是天藍(lán)色（芳烴主要為輕質(zhì)油），膠質(zhì)為黃色，瀝青質(zhì)為褐色。

石油的熒光性非常靈敏，據(jù)此可以鑒定巖樣中的含油性（或含油級(jí)別）。

6.石油的旋光性

天然石油具有一種特殊性質(zhì)——旋光性，即石油能將偏振光的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)一定角度的能力。石油的旋光性與含有結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)的生物成因標(biāo)志化合物有關(guān)，所以旋光性被認(rèn)為是石油有機(jī)成因的重要證據(jù)。

7.導(dǎo)電性

石油及其產(chǎn)品具有極高的電阻率，可視為非導(dǎo)體。8.熱值

每公斤石油烴燃燒時(shí)可產(chǎn)生10000--11000×4186.8J的熱量，是優(yōu)質(zhì)燃料。9.蒸發(fā)與沸騰

常溫常壓下，石油的輕質(zhì)組分就會(huì)優(yōu)先逸出，使石油比重增大。10.凝固和液化

四、原油的餾分、組分

1、原油的餾分

原油的餾分是利用組成石油的化合物具有不同沸點(diǎn)的特性，加熱蒸餾，將原油切割成不同沸點(diǎn)范圍的若干部分，每一部分就是一個(gè)餾分。

餾分

溫度（OC）輕餾分中餾分重餾分石油氣汽油煤油柴油重瓦斯油潤(rùn)滑油渣油＜3535-190190-260260-320320-360360-530＞530石油餾分與化合物組成的關(guān)系

石油不同的餾分，其化合物組成不同，一般：

輕餾分：主要由低碳數(shù)、分子量較小的烷烴和環(huán)烷烴組成。

中餾分：主要由中分子量和較高碳數(shù)的烷烴和環(huán)烷烴組成，并含一定數(shù)量的芳烴和環(huán)烷芳烴及少量的N、S、O化合物。

重餾分：主要由高碳數(shù)、大分子量的環(huán)烷烴芳烴和環(huán)烷芳烴以及N、S、O化合物主要集中于重餾分中。

2、原油的組分

原油的組分是通過(guò)有機(jī)溶劑和硅膠成分的選擇性溶解和吸附而取得的各種分離物。用硅膠、有機(jī)溶劑沖洗原油蒸餾輕餾分＞2100C餾分用乙醚溶解沉淀物瀝青質(zhì)烴類(lèi)+膠質(zhì)可溶的沖洗物烴色層吸附物膠質(zhì)

石油的分類(lèi)常采用三角圖解，以烷烴、環(huán)烷烴、芳烴＋N、O、S化合物作為三個(gè)端元

其數(shù)據(jù)是指沸點(diǎn)>210℃餾分的分析