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第1章-油气水+实验(已改)

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油气 实验
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一、石油的概念及特点1、概 念石油 —— 是天然产出于地下岩石孔隙中的液态可燃有机矿产,成分以烃类为主,含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素,是一种由多种复杂化合物组成的 混合物 。化学上: 以碳、氢化合物 (烃 )为主体,是多种有机化合物的混合物。物理上: 常呈油脂状,比水轻,多呈黑色粘稠液体。2、特 点:( 1) 混合物,成分具有可变性,无固定参数和分子式。( 2) 成因复杂,它的原始物质、演化程度、形成条件均可不同。( 3) 常呈液态,具有流动性,现存地 ≠ 生成地。( 4) 成分复杂,产品多样,用途广泛。第一节 石 油二、石油的化学组成(一) 元素组成1、 主要元素 — C、 H, S、 N、 O; 其中 C、 元素重量百分比: C— 占 80~ 88%; H— 10~ 14%; S+ N+ O— 7%( 表 )。且 S 、 N 、 O 元素大多以 非烃化合物 或 无机化合物 的形式溶解在石油之中。硫( S)具有腐蚀性,是石油中的有害杂质,原油中硫含量变化较大, 据含硫量 可分为低硫石油( 1%),可用于区分石油的成因 ,一般海相石油 —— 高含硫,陆相石油 —— 低含硫。第一节 石 油— 石油的化学组成返回石油中的异戊二烯型烷烃,一般被认为是 叶绿素的侧链 ——植醇演化而来,因而是 石油 生物成因的标志化合物 。 这种异构烷烃的特点是 每四个 碳原子带有一个甲基支链。现已从石油中分离出多种异戊二烯型化合物,其中研究和应用较多的是 2,6,10,14鲛烷)和 2,6,10,14烷)。研究表明,同一来源的石油,各种异戊二烯型化合物极为相似。因而常用之作为油源对比的标志。异戊二烯烃同系物立体化学结构图第一节 石 油— 石油的化学组成(三)石油的馏分组成石油是多种烃类和非烃有机化合物的混合物 , 每种化合物都有自己的沸点和凝点 。 石油的馏分 就是利用组成石油的化合物各自具有不同沸点的特性 , 加热蒸馏 ,将石油分割成不同沸点范围的若干部分 , 每一部分就是一个馏分 。 分割所用的温度区间 ( 馏程 ) 不同 , 馏出物( 馏分 ) 有所差异 ( 表 ) 。一般说来 , 低沸点的 轻馏分 主要是由低碳数 、 分子量较低的烷烃和环烷烃组成; 中馏分 由以中分子量和较高碳数的烷烃和环烷烃为主 , 并含有一定数量的芳烃和环烷 、 S、 重馏分 则由以高碳数和大分子量的环烷烃 、 芳烃 、 环烷 、 S、 第一节 石 油— 石油的化学组成第一节 石 油— 石油的化学组成( 三)石油的馏分组成( 表 )馏分原理 — 组成石油的化合物各自具有不同的沸点。轻馏分 -(低沸点 )主要由低碳数、分子量较低的烷烃和环烷烃组成;中馏分 含有一定数量的芳烃和环烷 、 S、 馏分 烃、环烷 、 S、 四)石油的组分组成组分分析原理 —— 组成石油的化合物对有机溶剂和吸附剂具有选择性溶解和选择性吸附的性能。石油组分的概念 —— 利用有机溶剂和吸附剂对组成石油的化合物具有选择性溶解和吸附的性能,选用不同有机溶剂和吸附剂,将原油分成若干部分,其中每一部分就是一个组分。注意 ——考虑到原油的挥发性,一般切取> 210℃ 的馏分进行组分分析。第一节 石 油— 石油的化学组成石油的比重一般介于 重大于 质石油 ,小于 质石油 。原油大多为轻质石油;重质石油居次要地位。比重最大的可达 这种石油用一般方法难于开采。胶质、沥青质的含量愈高,石油的比重愈大。第一节 石 油— 石油的物理性质石油比重的影响因素成分 : 胶质+沥青质含量 高,比重大,低分子烃含量多,比重小。压力 : 小于饱和压力时,压力 ↑ ,比重 ↓ ;大于饱和压力时,压力 ↑ ,比重 ↑ 。温度 :温度 ↑ ,比重 ↓ ;深度增加 ,比重 ↓ 。溶解气量 : 溶解气量 ↑ ,比重 ↓ ;(在压力很大的情况下,石油中可以溶解自身体积 150倍的气体)总之受众多因素影响,地下石油的比重小于地表石油的比重密度是单位体积物质的质量 。密度与物质本身的成分和体积变化相关。石油的体积,在常压下随温度升高而增大。地下石油的密度不仅与温度、压力有关,还与溶解气量有关 , 且后者才是影响密度的主要因素 。溶解气量增加则密度降低。地表和地下温、压条件不同,不仅影响石油体积,更主要的是由于溶解气量的差异,导致石油物质组成的差异,实质上是改变了石油的质量。 地下石油含有较多的溶解气,是造成地下石油密度较地表低的 根本原因 。第一节 石 油— 石油的物理性质粘度的影响因素 :第一节 石 油— 石油的物理性质粘度的影响因素成分 : 小分子烷烃+环烷烃 含量高, 粘度低 ; 胶质+沥青质含量高,粘度高; 同 碳数的烃类,粘度大小 : 环烷烃>芳香烃>烷烃。压力 :压力 ↑ ,粘度 ↑ 。温度 :温度 ↑ ,粘度 ↓ 。溶解气量 : 溶解气量 ↑ ,粘度 ↓ ;总之,在众多因素影响下,地下石油的粘度常低于地表。在地下 1500油的粘度通常仅为地表的一半。第二节 天 然 气一、天然气的概念及类型天然气是一种优质高效的清洁能源和重要的化工原料 。一 )概 念 :广义的天然气 — 指自然界天然存在的一切气体。 它通常是各种气体化合物和气态元素的混合物。 依据其存在的环境,索柯洛夫( В С ΟК ΟЛ ΟВ , 1971)将天然气分为八类 (表 ) 。狭义的天然气 — 指地壳上部岩石圈中 以烃类为主体 的天然气 (这也是本课程讨论的主要对象) 。主要是气藏和油气藏中的天然气,亦即气田气(包括菌解气 油田气和煤田气。第二节 天 然 气二) 天然气的类型天然气的分类方案较多,划分依据不同,类型亦不同 (图 1、 2)。天然气的产状类型( 图 1)A 按 相态 — 游离气、溶解气(溶于油和水中)、吸附气和固体水溶气(天然气水合物);B 据 分布特点 — 聚集型和分散型;C 按其 与石油的关系 — 伴生气和非伴生气第二节 天 然 气水溶气天然气产状类型 然 气有机成因的天然气E 依据地质成因(母质来源 )无机成因的天然气腐泥型气D 依据母质类型情况腐殖型气常规天然气(已开发)F 依据勘探开发情况非常规天然气(未开发)返回干气(重烃< 5% )G 依据重烃含量湿气(重烃 ≥ 5% )第二节 天 然 气— 天然气的化学组成 二)化合物组成:天然气化合物组成主要成分 —— 烃类, 甲烷为主+数量不等的重烃气。(重烃 — 烃类气体)次要成分 —— 非烃气,常见有: 量成分 —— 指痕量到微量的惰性气体( 第二节 天 然 气— 天然气的物理性质一)密度与比重 ( 在标准状况下相对密度与比重数值完全相同 )天然气的 密度 定义为 :在标准状态 (101325 下,单位体积气体的质量。在标准状态 (101325 下,天然气中主要烃类成分的密度为 烷) ~ 烷) 。天然气混合物的密度一般为 其中 石油伴生气, 特别是 油溶气 的密度可高达 至更大些。天然气的密度 ——随 重烃含量, 尤其是高碳数重烃气含量增加而 增大 ;亦随 2大 。第二节 天 然 气— 天然气的物理性质天然气在地下的密度 ——随 温度 ↑; 随 压力 ↑ 。地下天然气的密度>>地表温压下的密度。鉴于天然气的可压缩性极强,在气藏中,天然气的体积可缩小到地表体积的 1/200~ 1/300;因此, 地下天然气的密度远大于地表温压下的密度。天然气 地下密度一般可达150~ 250 kg/凝析气可达 225~ 450 kg/第二节 天 然 气— 天然气的物理性质天然气的比重天然气的相对比重 定义为: 在标准状态( 101325)下 ,单位体积的天然气与同体积空气的重量比。天然气的相对比重一般为 其中 石油伴生气,特别是 油溶气 的比重可达 至更大些。天然气的比重与其成分的分子量成正比,随重烃含量增加而变大,也随 充: 一般天然气液化后,体积缩小 1000倍,所以在天然气与原油产、储量换算中, 常用 1000 相当于 1二节 天 然 气— 天然气的物理性质二)临界温度、临界压力和蒸气压力气体是否以气态存在取决于温度和压力。这就涉及到临界温度和临界压力的概念。纯气相物质 的 临界温度 系指该气相物质能 (通过加压) 维持液相的 最高温度 。 高于临界温度时,无论加多大压力,都不能使该气态物质变为液态。在临界温度时,气态物质液化所需要的 最低压力 称为 临界压力 。( 图 )返回第二节 天 然 气— 天然气的物理性质7654320 200 400 600 800 1000压力(M 7 1 71 104 K( 96 . 8 ℃ )′丙烷 系曲线不同曲线 — 态丙烷的体积先是随压力增加而减小,在达到 A- 力不变而体积继续缩小。直到 过 积变化甚微。 A- 温压缩曲线第二节 天 然 气— 天然气的物理性质天然气粘度与 气体组成 、 温度 、 压力 等因素有关 。① 接近大气压的 低压条件 下 ,压力对粘度影响很小 (可忽略 ),随 温度 ↑粘度 ↑ ,随 分子量 ↑粘度 ↓ ;② 在 较高压力 下 ,天然气的粘度随 压力 ↑粘度 ↑ ,随 温度 ↑粘度 ↓ ,随 分子量 ↑粘度 ↑ 。此外,天然气粘度还随 非烃气体 ↑粘度 ↑ 。第二节 天 然 气— 天然气与石油的差别天然气与石油的差别体现在:( 一)组成成分上的差别在组成成分的主体部分(烃类) —天然气 中仅包含烃类低分子端的少数几个分子结构最简单的成员 ,主要是甲、乙、丙、丁烷, 戊烷以上所占比例甚微 。石油 则不同,石油几乎囊括了烃类的所有成员,至少是大部分成员,其分子结构要复杂得多。第二节 天 然 气— 天然气与石油的差别(二)物理性质上的差别首先是相态的差别。天然气以气相为主,溶有少量的液态烃;石油是液相为主的气、液、固三相混合物。由于它们相态差别 ,导致其物理性质的差别。在 密度、粘度和吸附性方面,天然气远小于石油 ;而 压缩性、扩散性和溶解度则天然气远大于石油。由于以上差别,天然气与石油在形成、聚集、成藏、分布等方面都与石油有所不同,在勘探是应考虑到。第二节 天 然 气— 天然气与石油的差别它们差别的 实质 —— 在于 分子量大小 和 分子结构上的差别( 包括次要组分非烃成分 )。天然气成分的分子量较小 (平均分子量< 20),分子结构简单 ;石油分子量从小到大均有 (平均分子量 > 75~275),结构也复杂得多 。—— 可以说其它所有差别均源于此 。(油、气分子大小的差别,见表 1、 2)第二节 天 然 气— 天然气与石油的差别(三)成因上的差别按照油气成因的现代理论(晚期成油说),石油主要是由地史时期的低等生物经热演化而生成的。随着演化程度增加,石油将裂解生成天然气;而天然气除石油裂解成因外,还可以有早期生物成因和无机成因的天然气。所以,天然气的成因比石油要广泛得多。第三节 油 田 水二、油田水的来源及产状(一)来源油田水的来源是一个极为复杂而尚未取得统一认识的问题。一般认为可以有以下几种来源:1) 沉积水 (2) 渗入水 (3) 深成水 (4) 成岩水 (油田水可看作是沉积水、渗入水、深成水及成岩水以不同比例的 混合水 ,且经过一系列复杂的物理化学作用(溶解并与油气相伴生的油(气)层水。(二)油田水的产状1、 油田水是地下水的一部分 。 按照水在岩石孔隙 存状态 , 可分为 吸附水 、 毛细管水 和 自由水 三种产状 。吸附水 —— 呈薄膜状被岩石颗粒表面所吸附 , 在一般的温 、 压条件下 不能自由运动 。毛细管水 —— 存在于毛细管孔隙 只有当作用于水的力超过毛细管力时 才能运动 。自由水 —— 存在于超毛细管孔隙 在重力作用下 能自由运动 。 也称之为重力水 。苏林认为, 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 ,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;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钙型所替代,缺少过渡型。总之, 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。苏林分类因较为简明,易于操作,而被广泛使用。深度增加 ) 导电性 水是极性化合物,纯水是不导电的。油田水因含各种离子,能够导电,水中含离子越多,导电性越强。油田水的物性特征:“ 三高一低 ” —— 高比重 , 高粘度 , 高导电性 , 低透明度 。六、油田水的地质特征1 油田水来源多样,有沉积水、渗入水、深层水、成岩水等;2 油田水具有层压性和封闭性。这有利于油气的保存和聚集;3 油田水具有特殊的化学成分。高矿化度,含有机酸,可溶有一定数量的烃类,含有较高的微量元素( I、 B);(比普通海水高出几十倍)4 油田水的物理性质主要受矿化度的影响,具有三高一低的特点。( 高比重 , 高粘度 , 高导电性 , 低透明度)5 含有 贫硫酸盐;水型主要为 次为 习 思 考 题一 、 名词解释:1 石油 ; 2石油的馏分; 3石油的组分; 4石油的比重;5 石油的荧光性; 6石油的旋光性; 7压缩系数; 8膨胀系数。9 天然气 (狭义); 10气顶气; 11湿气(干气); 12重烃;13 凝析气 ; 14临界温度; 15临界压力 ; 16饱和压力;17 蒸气压力; 21 油田水 (狭义) 22油层水; 23底水;24 边水 25矿化度; 26碳同位素差值率; 27能源结构 ;二 、 填空:1、 “ 石油 ” 一词最早是由北宋时期著名科学家 提出来的, 记载于 。2、 石油中的 及 化合物具萤光性 。3、 胶质和沥青质通常组成石油中的 馏分 , 它们通常由 化合物组成 。4、 卟啉是石油中的含 化合物 , 石油中常见卟啉类化合物可分为 卟啉和 卟啉;海相石油中多 卟啉 , 陆相石油多 卟啉 。5、 石油的元素构成主要是 和 。6、 油田气与气田气共同的特点是其烃类组成以 为主 , 不同点是油田气含有较多的 。7、 典型的油田水其水型通常为 型水和 型水 。8、石油中环烷烃主要是 员环和 员环。三 、 选择性填空 ( 每题选择一正确答案 ) :1、 “ 石油 ” 一词我国最早是由 首先提出的 。A、 李冰; B、 沈括; C、 班固; D、 郦道元 。2、 我国早在 1840年前后 , 四川天然气井的钻采深度就已经达到 。A、 2000米以上; B、 1000米; C、 5000米; D、 几十米 。3、 石油中的 化合物不具萤光性 。A、 饱和烃; B、 芳香烃及其衍生物;C、 非烃; D、 胶质及沥青质 。4、 在正常条件下 , 石油的比重 ( 与商业上常用的 石油的比重 。A、 越大; B、 无变化; C、 越小; D、 可大可小 。5、 卟啉化合物是石油中常见的 。A、 含氮化合物; B、 含硫化合物;C、 含氧化合物; D、 芳香烃族化合物 。6、 在有围限的条件下 , 天然气粘度随着温度的升高而 。A、 无规律变化; B、 无变化;C、 降低; D、 升高 。7、 划分氯化钙型水是根据水中 。A、 1, 1;B、 1, 1;C、 1, 1;D、 1, 1。8、 氯化钙水型表示水中 。A、 氯化钙的含量最多; B、 只有氯离子和钙离子;C、 氯离子和钙离子两种离子相等;D、 氯离子与钾离子 、 钠离子 、 镁离子配对后有余 。9、 重碳酸钠型水表示 。A、 水中只有重碳酸钠; B、 水中含 、 水中 子和 、 水中 子与 10、 通常碳同位素的差值率 ( 比值 ) δ13表示的 。A、 百分数; B、 千分数; C、 万分之一; D、 1、 通常 δ13 , 表明试样中碳稳定同位素的比值( 13C/12C) 低于标准样品 。A、 正值; B、 等于 0时; C、 等于 1时; D、 负值 。四 、 是非判断题 :1、 产于同一地区 、 同一层位的石油和天然气 , 其物理性质和化学性质必然相同 。 ( )2、 石油的粘度取决于石油的化学组成 , 其胶质沥青质的含量愈高 , 粘度愈高 。 ( )3、 石油中钒 、 镍元素的绝对含量可能随风化 、 运移过程而变化 , 但其两者比值显现有规律的变化 , 因而可以作为油气运移的标志 。 ( )4、 原油中碳同位素组成 , 海相原油的 δ13 而陆相原油的 δ13 ( )5、 油田水常含有环烷酸 , 它可作为找油的重要标志 ( )6、 氯化钙型油田水表明该地下水处于与地表大气降水隔绝的封闭水 。 ( )五 、 简要回答:1、 简述油 、 气矿产的特点 。2、 试比较石油与天然气相对比重的概念有何不同 ?3、 石油及天然气的密度和粘度在地下与地表有何差异 , 为什么 ?4、 石油分馏的物理依据是什么 ?5、 简述石油中碳稳定同位素分布的变化特点 。6、 简述海陆相石油的基本区别7、 简述油田水的地质特征 ,8、 标出下图中 “ 底水 ” 与 “ 边水 ” 位置 。水 水
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