油气水成分及性质.ppt

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1、第二章 油气水成分及性质,1、石油的成分及性质 2、天然气的成分及性质 3、油田水的成分及性质,第二章 油气水成分及性质,1、主要成分：C、H、O、S、N。 C：8487%，H：1114%，两者占9799%； O、S、N总量仅占14%； 如墨西哥石油含硫3.65.3%。美国加利福尼亚第三系石油氮含量可达1.42.2%。 2、灰分：其它微量元素，如：(V)(Ni)等构成了石油灰份，已发现其它微量元素50多种。,1 石油的成分及性质,一、石油的元素组成,石油的元素组成,(注: 重量百分比%),1 石油的成分及性质,二、石油的化合物组成,C、H：烷烃类、环烷烃、芳香烃； S：含硫化合物 N：含氮化合

2、物 O：含氧化合物,1 石油的成分及性质,1、烷烃类，通式为CnH2n+2 C与C以单键相联接，排成直链式，C键全部为H所饱和。无支链者为正烷烃，有支链者为异烷烃。通常密度小于1，难溶于水。 常温常压下： 14个碳原子(C1C4)的烷烃呈气态； 516个碳原子正烷烃呈液态； 17个以上碳原子的高分子烷烃呈固态。,1 石油的成分及性质,2、环烷烃 分子中含有碳环的饱和烃。单环烷烃(CnH2n)、双环烷烃(CnH2n-2)、三环烷烃(CnH2n-4)及多环烷烃。 3、芳香烃，通式为CnH2n-6 指具有苯环的化合物(六个碳原子和六个氢原子组成的特殊碳环),具有芳香气味,属不饱和烃。根据其结构，可分

3、为单环、多环和稠环三类。,1 石油的成分及性质,甾烷,单环芳烃:指分子中只含一个苯环的芳烃，包括苯及其同系物： 多环芳烃:是指分子中含两个或多个独立苯环的芳香烃。 稠环芳香烃:是指分子中含两个或多个苯环，彼此之间通过共用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。,1 石油的成分及性质,4、含硫化合物 它在石油中的含量变化较大，从万分之几到百分之几。含硫化合物主要有：单质硫S、H2S、硫醇、硫醚等及其同系物近100种。 硫是石油中的一种有害杂质（易产生硫化氢-硫化铁-硫醇铁-亚硫酸或硫酸等），对机器-管道-油罐-炼塔等金属设备产生腐蚀。所以含硫量常作为评价石油质量的一项重要指标，通常将 含硫量 2% 的石

4、油称为 高硫石油， 低于 0.5% 称为 低硫石油， 介于 0.52% 称 含硫石油。 我国的石油多为低硫石油。,1 石油的成分及性质,5、含氮化合物 一般含量为万分之几至千分之几，我国一般5。 主要在高分子化合物中，代表性的如卟啉类，易被氧化、吸附作用强,可用于确定原油运移方向。 6、含氧化合物 一般只有千分之几，个别石油可高达23%。 环烷酸、脂肪酸、酚、醛、酮类，含量少。 在石油接触的地下水中常含环烷酸盐等，可作为找油的标志。,1 石油的成分及性质,三、石油的馏分和组分 1馏分组成： 利用化合物不同沸点特征加热蒸馏得到不同馏份，如汽油、煤油、柴油、重瓦斯油、润滑油、渣油。,1 石油的成分

5、及性质,2族分 用液相色谱法常将石油划分为四个族分，即: （1）饱和烃（包括烷烃和环烷烃） （2）芳香烃 （3）非烃 （4）沥青质,1 石油的成分及性质,3组分组成 石油化合物对有机溶剂和吸附剂具有选择性溶解和吸附的特性： (1)油质：是石油的主要组分，烃类组成的浅色粘性物质，可溶解于石油醚而不被硅胶所吸附，主要为饱和烃和一部分芳香烃。 (2)胶质：粘稠状的液体或半固体，可溶于石油醚、苯、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂，可被硅胶吸附。胶质可分为苯胶质（用苯从硅胶解吸的产物）和酒精-苯胶质。前者主要是芳香烃和一些含有杂原子（O、S、N）的芳香烃结构化合物，后者主要是含杂原子的非烃化合物。 轻质油中

6、胶质含量少于5%，重质油中胶质含量可达20%以上。,1 石油的成分及性质,(3)沥青质：不溶于石油醚和酒精，而溶于苯、三氯甲烷、二硫化碳等有机溶剂。其分子量较大，在电子显微镜下，其宏观结构呈胶状颗粒。黑色脆性的固体粉末。 (4)碳质：石油中不溶于有机溶剂的非烃化合物。又称残碳，在石油中含量少或无。,1 石油的成分及性质,沥青质,胶质,油质,吸附,石油,石油醚,硅胶,不吸附,不溶,可溶,1 石油的成分及性质,组 分 族 分 油质 饱和烃（烷烃、环烷烃） 苯胶质 芳香烃 酒精-苯胶质 非烃 沥青质 黑色固体粉末,四、石油的物理性质 1、颜色：变化较大，从白色、淡黄色、黄褐色、淡红色、深褐色、黑绿色

7、到黑色。多数为黑色。 石油颜色与组分含量有关,胶质-沥青质含量越高颜色越深，油质含量高，颜色浅。,1 石油的成分及性质,1)白色或浅色石油：可能在运移过程中，带色的胶质和沥青质被岩石吸附，剩下浅色油质部分。或由于高温裂解，使高分子烃碳链断裂，变成低分子烃，而形成浅色轻质组分。四川黄瓜山、华北大港。 2)如果石油受到氧化或细菌降解而形成黑色的沥青质、炭质。如胜利、克拉玛依。,2密度和相对密度 密度指单位体积重量；相对密度指标准条件下原油密度与4下纯水密度之比值，介于0.751.0。 0.9 重质石油， 0.9 轻质石油。 大庆、大港、克拉玛依均为轻质油，胜利(0.900.93)为重质油。美国常用

8、API度，西欧常用波美度表示石油的相对密度：,1 石油的成分及性质,淡色石油密度，深色石油密度。 胶质、沥青质含量，密度； 高分子量含量，密度。 溶解气量 ，密度 。 相对密度大于1或小于0.75的石油在自然界也有发现。,1 石油的成分及性质,3、粘度 指流体质点相对移动时所受到的内部阻力。它是对流体流动性能的度量。 石油的粘度变化很大，如大庆石油粘度在50为9.321.810-3(PaS)、孤岛油田馆陶组原油则为103645110-3PaS。,1 石油的成分及性质,高分子化合物含量，则石油粘度。 T、粘度；T、粘度高。 P、粘度；P、粘度。 溶解气量，粘度； 石油的粘度在油田开采和集输方面(

9、特别是稠油)很重要。如克拉玛依采用注蒸气法开采，还有一些油田注氮气开采。,1 石油的成分及性质,4凝固点 液态石油冷却到失去流动性的温度称凝固点。一般在-5632度。 含蜡量，则凝固点，反之则低。 凝固点高的石油容易使井底结蜡，给开采工作造成困难。在开采和集输过程中要研究其凝固点，而采取升温办法解决结蜡现象。,1 石油的成分及性质,5、导电性 原油是一种非导体，其电阻率高达1091016m。可利用此性质，用电阻率曲线来判断油水层。 6、热值 每千克可燃矿产燃烧时所产生的热量为热值。石油热值：41864605*104J（焦耳）。,1 石油的成分及性质,7溶解性 石油易溶于有机溶剂而难溶于水。 根

10、据石油在有机溶剂中的溶解性，有助于鉴定岩石中的石油含量及性质。 石油在水中的溶解性： 烃类：分子量溶解性； 碳数相同的烃类比较： 烷烃环烷烃芳香烃。,1 石油的成分及性质,8荧光性 石油及其大部分产品在紫外线照射下均具有发出特殊蓝光的现象，称为荧光-荧光性。 多环芳烃和非烃发光，而饱和烃不发光。 轻质油荧光为浅蓝色，含胶质多石油呈绿色和黄色，含沥青质多的石油则为褐色荧光。 非常灵敏：溶剂中含有十万分之一的石油或沥青物质就可发光。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。,1 石油的成分及性质,9、旋光性 当偏光通过石油时，偏光面会旋转一定角度，这个角度称为旋光角。能使偏光面发生

11、旋转的特性，称为旋光性。 原因：石油中的胆甾醇和植物性甾醇分子为不对称结构。 胆甾醇存在于动物的胆汁、鱼肝油和蛋黄中。 植物性甾醇存在于植物油和脂肪中。故石油的旋光性是石油有机成因的证据。,1 石油的成分及性质,1、烃类气体 甲烷为主，甲烷比例高8090%以上，重烃次之。 C2+（重烃气）5%称为湿气，微弱汽油味、火焰黄色、水中彩色油膜。多与石油伴生。 C2+（重烃气）5%称干气，火焰兰色、水中无油膜。纯气藏。,一、天然气的成分,2天然气的成分及性质,2、非烃气体 N2、CO2、H2S、H2、CO、SO2及惰性(He、Ar)气体。有时还含少量有机硫、氧、氮化合物。 非烃气在绝大多数气藏中为次要

12、组成，但在个别情况下可以成为主要组成，形成N2、CO2、H2S气藏等。,2天然气的成分及性质,1、相对密度：标准状况下，单位体积天然气与同体积空气重量比。 一般介于0.60.7之间； 重烃含量、相对密度； 分子量、相对密度。 2、粘度： 指流体质点相对移动时所受到的内部阻力。它是对流体流动性能的度量。一般粘度在0：0.3110-3mPaS，20：1210-3mPaS。 一般情况下(低压)：分子量、粘度； T、P、粘度。,二、天然气的物性,2天然气的成分及性质,3、临界温度和临界压力 单组分气体有一特定温度，高于此温度不管加多大压力都不能使该气体转化为液体，该温度称临界温度。 在临界温度时使气体

13、液化所需的最低压力称为临界压力。 分子量临界温度临界压力 混合物按各成分体积百分比计算。,2天然气的成分及性质,4、蒸气压力： 在一定温度下，气体液化时所需施加的压力。 T、蒸气压力； 分子量蒸气压力；,2天然气的成分及性质,5、溶解性 在一定条件下，气体在单位体积石油或水中溶解量称为溶解度。 在石油中(油溶气)：重组分，溶解度； T或P，溶解性。 在水中(水溶气)：烃类碳数越，溶解度；P，溶解性。 在水中矿化度溶解度； 6、热值 每立方米天然气燃烧时所发出的热量。 天然气的热值变化很大，其中湿气热值可达83680kJ/m3，比石油和煤的热值都高。,2天然气的成分及性质,三、天然气分类,1、油

14、田气：指与石油共存的天然气，属湿气；可形成气顶或与油藏共处于一个油气田中。 2、气田气：基本上不与石油伴生，单独聚集成纯气藏的天然气。属干气。 3、凝析气：当地下温度、压力超过临界条件时，液态烃逆蒸发而形成的气体。这种气体采出后，因为温度、压力降低而逆凝结为轻质油，即凝析油(为汽油至煤油馏分)，其密度0.740.78g/cm3。凝析气藏埋深较大，在30004000米或更深。,2天然气的成分及性质,2天然气的成分及性质,3、凝析气：当地下温度、压力超过临界条件时，液态烃逆蒸发而形成的气体。这种气体采出后，因为温度、压力降低而逆凝结为轻质油，即凝析油(为汽油至煤油馏分)，其密度0.740.78g/

15、cm3。凝析气藏埋深较大，在30004000米或更深。,4、水溶气：指溶解于水中的气体，其储量很大，但含气率低，一般仅0.1-2m3/m3。包括低压水溶气和高压地热型水溶气，很难单独开采，但可综合利用。 5、煤层气：指煤层中的游离气和吸附气。一般在0.1-20m3/t，主要成分为甲烷，可以回收利用。,2天然气的成分及性质,6、固态气体水合物 特定的压力和温度条件下，气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，呈固态的结晶化合物，又称冰冻甲烷。 存在于气温低的极地和冻土地带。特别是在气温低、水深大的高压低温的洋底沉积中。,2 天然气的成分及性质,7、页岩气 存在于致密泥页岩中的气体，是残留于源岩中

16、的气体。,2 天然气的成分及性质,3 油田水的成分及性质,广义：油气田区域内的地下水，包括非油层水和油层水。 狭义：油田范围内储集油气的地层中的地下水，即油层水。它与油气共存于岩石的孔隙中。 油田水的分布十分广泛，石油的生成、运移、聚集以至逸散都是在有地下水存在的情况下发生的，油气的开采也必然受到地下水驱动的影响，因此，油田水的研究在油气田勘探和开发中具有十分重要的意义。,油层水：边水和底水； 非油层水：上层水、夹层水和下层水。,复习题,21、简述“石油、天然气、油田水”的概念、成分和物理性质?,油田水的来源：沉积水、渗入水、深成水。 油田水的形成：混合水经一系列复杂物理、化学作用形成，并与油

17、气相伴生。 在大多数情况下，油田水的矿化度比沉积水高得多。这与蒸发岩被溶解或蒸发岩中沉积水的排出、进入有密切关系。,沉积水：沉积时充填在颗粒间的孔隙水，沉积物深埋成岩后水被保存在地层中(压释水)。 渗入水：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。 深成水：来自地幔及地壳深处高温、高矿化度、饱含气体的地下水。,3 油田水的成分及性质,一、油田水的化学组成 1无机组成 包括离子和微量元素，含量多的有以下几种： 阳离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+； 阴离子有Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-， 还有碘(I)、溴(Br)、硼(B)、锶(Sr)等。 2有机组分 有环烷酸、环烷

18、酸盐、酚和苯等; 3溶解的气体组分 O2、N2、CO2、CH4、He等。,3 油田水的成分及性质,3 油田水的成分及性质,二、油田水的矿化度 总矿化度：即水中各种离子、分子和化合物的总含量。以加热至105，蒸发后所剩残渣质量或离子总量来表示，单位mg/L或g/L。 海相油田水：5*1046*104mg/L以上； 陆相油田水：5*1033*104mg/L。 一般说，海相沉积油田水矿化度比陆相高。 碳酸盐岩储层比碎屑岩储层高。 保存条件好的储层比开启程度高的储层高。 埋藏深的比埋藏浅的高。,3 油田水的成分及性质,1吸附水：在分子引力作用下，吸附在岩石颗粒表面，呈薄膜状的水，在地下的温度和压力条件

19、下不能自由流动的水，亦称束缚水。 2毛细管水：存在于毛细管孔隙和裂隙中的水，当外力超过毛细管阻力时，才能在孔隙中流动。 3自由水：存在于超毛细管孔隙、裂缝或孔洞中的水，在重力作用下可以自由流动的水。,三、油田水产状,3油田水的成分及性质,超毛细管孔隙：孔径0.5mm; 毛细管孔隙:孔径0.50.0002mm; 微毛细管孔隙:孔径0.0002mm；,四、油田水的物理性质 1、颜色及透明度：油田水因含杂质大多不透明，常带颜色，含H2S时是淡青色；含铁质胶状体时带淡红色、褐色或淡黄色。 2、密度：一般1g/cm3，主要是油田水含盐份，且含盐越大，密度越大。 3、粘度：一般比纯水高，且溶解的盐份越多，

20、则粘度越高；温度越高，粘度越低。 4、嗅觉和味觉：水中含石油时，具汽油或煤油味；含H2S时，具腐蛋味；溶解NaCl时，带咸味；含氯离子时，带苦味。 5、温度：随着油层的埋深增加而增加。一般在20100度之间。 6、导电性：纯水不导电，但油田水导电，且离子越多，导电性越强。0.051欧姆*米。,3 油田水的成分及性质,五、油田水分类 从1911年美国帕勒梅尔(Palmer)提出第一个油田水分类开始,出现了多种油田水的分类方案,大都以Cl-、SO42-、HCO3-和Na+、Mg+、Ca2+含量及其组合关系为分类基础。 在各种分类方案中，以苏林(BACy)的分类最为简明：,3 油田水的成分及性质,苏

21、林分类：地层水的化学成分决定于一定的自然环境，不同环境形成不同的典型盐类，从一些盐类的组合可以反映水形成的地质环境。通过Na/Cl，(Na-Cl)/SO4和(Cl-Na)/Mg三个系数的计算，将天然水分为四类：,3 油田水的成分及性质,苏林的天然水成因分类表,油田水的水化学类型以氯化钙型为主，其次重碳酸钠型，硫酸钠型和氯化镁型较为少见。,一般说Na2SO4 、NaHCO3水型形成于大陆环境，MgCL2水型存在并形成于海洋环境，而CaCL2水型是地壳深部环境。油田水主要为CaCL2、NaHCO3，而Na2SO4、MgCL2少见。 随着深度增加，由上到下水型依次为：Na2SO4型、NaHCO3型、 MgCL2型、CaCL2型。,3 油田水的成分及性质,1、有机组分 构成石油的烃类和有机酸溶于水，水中含有机质是含油标志。 2、微量元素 微量元素的异常，如溴、碘、硼、铵等。 碘：油田水中碘含量101400mg/L，比海水高； 溴：海相油田水中溴含量比陆相高几十倍； 硼：油田水中硼含量明显高，10200mg/L ； 3、水型 高矿化度氯化钙型和碳酸氢钠型水与油气伴生，为油田水类型。,六、油田水在勘探开发中的作用-预测含油性,3 油田水的成分及性质,