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1《石油地质学》油气藏中的流体—石油、天然气和油田水改

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第一章石油、天然气、油田水的成分和性质第一节 石油沥青类概述石油沥青类 ( 然气、石油及其固态衍生物统称 。是可燃有机矿产组成的主要部分第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质可燃有机矿产的 主要元素 :碳和氢 ,还会有 少量 的 氧、硫、氮 等杂质。从物理状态分类,可燃有机矿产可分为三类:1.气态可燃矿产:即 天然气 。2.液态可燃矿产:以 石油 为代表。3.固态可燃矿产:种类较多,包括煤、油页岩、硫磺及 石油衍生物 :地沥青、地蜡、石沥青等。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质油气藏中的流体 —— 石油、天然气、油田水任一个油气藏或油藏中都存在石油、天然气、油田水三种流体,而纯气藏中只有天然气和油田水。这些流体在圈闭范围内按重力分异,在垂向上呈层状分布,天然气最轻居圈闭顶部,石油居中,水在下面。油气藏中的石油、天然气、油田水三者并非截然分离,气 水之间存在过渡带,它们以一定关系共存于储集层的孔隙裂缝系统中。第二节 石油的成分和性质存在于地下岩石 孔隙 介质中的由各种 碳氢化合物与杂质 组成的,呈液态和稠态的油脂状天然可燃有机矿产。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油 ( 指气态、液态、固态的以烃类为主的混合物。(国际标准化委员会 )原油 ( : 采至地表的液态石油。烃类 ( 碳 和 氢 两种元素构成的化合物。基本概念(一)元素组成(素组成:C、 H、 O、 S 、 灰分 )C、 石油组成的主体。S、 O、 、石油的化学成份第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质H: 11~ 14%平均 13% C: 84~ 87%平均 : +N+O+微量元素: 1~ 4%相、近海陆相、陆相碳酸岩和蒸发岩(半咸-咸水)- 1)内陆相(淡水)- 1)。按氮组成可分为:N 高氮原油按硫组成可分为:S 2 %: 高硫原油第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质利用 发射光谱法 和 中子活化分析法 在石油灰分中已 发现59种微量元素 , 按其含量多少和常见程度列举如下33种元素: 铁 ( 钙 ( 镁 ( 硅 ( 铝 ( 钒 (V)、 镍( 铜 ( 锑 ( 锰 ( 锶 ( 钡 ( 硼 (B)、 钴 ( 锌 ( 钼 ( 铅 (锡 ( 钠 ( 钾 (K)、 磷 ( P)、 锂 (、 氯 ( 铋 ( 铍 ( 锗 ( 银 ( 砷( 镓 ( 金 ( 钛 ( 铬 ( 镉 (特征: 这些元素与 自然界有机质的元素组成相似 ,表明石油与原始有机质存在着明显的亲缘关系 。用途: 其中 V、 V/已被用来确定生油岩相 、 油源对比以及研究油气运移等问题 。如 V、 >1V/形成浅色轻质组分(如塔里木)石油受到氧化或菌解而形成黑色的沥青质、炭质 :如胜利、克拉玛依。(二 ) 比重: 是指1 20℃ 石油与 4℃ 纯水单位体积的重量比,用 国和前苏联)一般介于 化大。> 重质油; 1 V/同位素 δ 13 1 >1 1第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质苏林认为,在油田剖面 上部以重碳酸钠型 为主,随着 埋深增加 ,过渡 为氯化镁型 ,最后成为 氯化钙型 。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。天然水成因分类第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质在一些问题 ,主要是它所划分的四种水型与天然分布的实际情况存在很大差别,如我国地表水 浅层水常见氯化镁水型和氯化钙水型 , 深部地层则也见到 他的分类 缺乏区分 油田水和非油田水的特征参数 ,而仅仅是天然水盐类成份的分类。 在成因上他把地下水全看成是地表水渗入 而成的。实际上地下水 有海相原生水及内生水 (如结晶水、幔源水等)。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质四、油田水的物性1. 相对密度一般 >要是油田水含盐分,且含盐越大,密度越大。2.粘度:一般比纯水高,且溶解的盐份越多,则粘度越高;温度越高,粘度越低。3.颜色及透明度:油田水因含杂质大多不透明,常带颜色,含 铁质胶状体时带淡红色、褐色或淡黄色。4.嗅味:水中含石油时,具汽油或煤油味;含腐蛋味;溶解 咸味;含氯离子时,带苦味。5.导电性:纯水不导电,但油田水导电,且离子越多,导电性越强。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质第五节 重质油与固体沥青重质油和固体沥青 是石油烃类能源中的重要组成部分, 蕴藏着比常规原油资源数倍的巨大潜力 ,广泛分布于世界各地。据统计,世界上已发现 1046个重质油和特重质油油藏,地质储量 15500× 108t。我国重质油资源和固体沥青资源的分布也较为丰富,主要分布在准噶尔盆地、塔北、柴达木、四川、内蒙、泌阳等 15个大中型含油气盆地。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质一、重质油的成分和性质原油按粘度、相对密度划分为轻质油、中重油、重质油、沥青砂四类 。重质油: 是指用常规原油开采技术难于开采的具较大的粘度和密度的原油。国际现用定量指标来定义。在原始油层温度下脱气原油粘度为( 100~1000) × 10或者在 60℉ )及 34~1000kg/一章 石油、天然气、油田水的成分和性质(一)重质油的概念:(二)重质油的成分和性质重质油与常规油相比:高分子烃和杂原子化合物含量较高,在物理性质上具有密度大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点高的特点。重质油的化学成份与常规油不同。其氧、硫、氮等元素含量高:S: 上, N: 微量元素含量也是常规原油的几倍至几十倍。S、 菌生物降解。族份组成上: 重质油饱和烃和芳烃含量小于 60%(常规原油 >60%),非烃和沥青质可达 10%~30%,个别可达 50%。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质固体沥青 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,也无一定晶形,彼此之间常呈过渡形式,因此鉴定比较困难。鉴定固体沥青的标志主要依靠 化学成份、密度、硬度、稠度、熔点、溶解度、可燃性、燃烧、火焰及地质产状特征。固体沥青种类繁多 ,按成因及物化性质可分四大类 :物理分异产物地蜡高氮沥青贫胶地蜡风化产物软沥青地沥青石沥青硬沥青脆沥青腐殖化产物 酸性碳质沥青腐殖碳质沥青变质产物碳质沥青黑沥青焦性沥青碳沥青次石墨二、固体沥青的成分和性质第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质重质油 一般是由于地壳抬升或断裂作用破坏了原始油藏上覆盖层的有效性,使地表水渗入到油藏,使油藏发生生物降解或氧化而形成。固体沥青 则一般是原始油藏已出露地表或近地表遭受较为彻底的破坏产物。但具体成因较复杂,目前研究程度较低,尚无明确结论。有些固体沥青如地蜡、软沥青、地沥青及石沥青等,常在地表成为 找油的直接标志 ,是评价区域含油气远景的强有力佐证。如柴达木油田的深褐色地蜡、老君庙油田的黑色沥青、克拉玛依油田的黑色石沥青。我国老一代地质学家就是依靠这些标志(油气苗)在西北找到一批油气田。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质第六节 石油沥青类中的碳、氢、硫、氧、氮同位素同位素: 指元素周期表中原子序数相同,原子量不同的元素(相同质子数和不同中子数)同位素可分为稳定同位素和放射性同位素。稳定同位素: 指原子核的结构不会自发改变 。放射性同位素 : 系指能自行蜕变 ,形成具质子数不同的新原子同位素 。稳定同位素 有两个最显著的属性:( 1) 稳定性:经过复杂的化学反应之后 , 原子核结构不发生变化 。( 2) 分馏作用:指同位素在两种同位素比值不同的物质之间进行分配 。油气分析的同位素主要有: C、 H、 S、 O、 N。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质( 一 ) 稳定碳同位素丰度丰度表示方法 ——国际上趋于使用统一的标准,即美国南卡罗莱纳州白垩系箭石的碳同位素标准,简称 中: 10油、天然气、油田水的成分和性质一、碳同位素( 二 ) 分馏机理1. 同位素的交换反应指不发生化学反应 , 只是化学物质间 , 不同相或单个分子发生的同位素重新分配所引起的分馏作用 。在温度较高的地带大气和水2. 光合作用的动力效应植物在光合作用过程中 , 吸收 2O, 致使自身富集12C , 而 13C 相对减小 。 δ 13C 值减少 6%。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质3. 热力和化学反应的动力效应低温条件下 , 形成的烃类 , 富集 12C ;在高温条件下形成的烃类 , 富集 13C。4. 物理化学效应蒸发作用:气相富集轻同位素 12C , 液相富集 13C。扩散作用:先扩散部分富集 12C , 残余富 13C。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质( 三 ) ~ ;平均值: ~ 。①海相: δ13~ ;陆相: δ13~ 。②随组分分子量的增大,急剧增大。烷烃 正构烷烃;芳烃随环数增加值增大;可溶沥青 <干酪根。年代越老的石油, 1213一章 石油、天然气、油田水的成分和性质第一章 石油、天然气、温深层富 低温浅层富 δ13C≤~ 低热解成因气: δ13C: ~ 高以上两种气的混合气 δ13C: ~ 一天然气成份中(有机成因):δ13 δ13 δ13 δ13δ13一章 石油、天然气、油田水的成分和性质氢有 3是放射性的,半衰期只有 的稳定同位素的相对丰度 (一 ) 丰度表示方法 —— δD 或 1 即( D/D= [[(D/品 - (D/准 ]/(D/准 ] × 1000‰(D/准值取海水中的 (D/( 、氢同素第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质石油 中 0%,在 天然气 中可达 A、原油中: δ 80~- 160 ‰ ;天然气: δ 105~- 270 ‰; B、化合物中 δD: 饱和烃 <芳烃 <非烃C、生物成因气: δ13C、 δδ13C、 δ油气聚集伴生水中 于石油与水中的氢同位素交换,产生了富 古代地层水中 二 ) 分布特点第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质(三 ) 氢同位素与碳同位素组成的关系石油的 δ一章 石油、天然气、油田水的成分和性质天然气的δ13不很明显的关系 。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质三、硫同位素硫含有 相对丰度 由于 36含量少,一般只测定 定样品中的硫同位素含量时,是以坎冈、迪阿布洛( 石陨硫铁的硫作为标准,其 32=下式求出 δ 34S‰1 0 0 0)/()/()/(32343234323434 标准标准样品积岩中的 δ 34~+之间。 经研究发现同时代地层中石油和天然气的 δ 34不同时代的石油,该值却变化较大。可 为不同时代的油源对比提供一个新途径。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质四、氧同位素氧的同位素有三个 而 般只研究 18比值。氧同位素在油气地质学中研究极少,一般只用于测定古地温。由于水和碳酸盐中的水与二氧化碳所含的氧之间存在同位素交换平衡,这个平衡受环境温度控制。因而,可利用碳酸盐中的 18比值来测定古沉积盆地的温度。五、氮同位素前对其研究较少。但是当 含氮天然气通过砂岩运移时,氮同位素存在分馏现象,却是值得注意的。第一章 思考题1. 简述石油的元素组成。2. 简述石油中化合物组成的类型及特征。3.何谓正构烷烃分布曲线?在油气特征分析中有哪些应用?4. 简述 角图解的石油分类原则及类型。5. 简述海陆相原油的基本区别。6. 描述石油物理性质的主要指标有哪些?7. 简述天然气依其分布特征在地壳中的产出类型及分布特征。8. 油田水的主要水型及特征。9. 碳同位素的地质意义。第一章 石油、天然气、油田水的成分和性质
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