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第一章 油气水(石油地质)

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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2 石油 ( 天然气 ( 3 、气的稳定同位素( 油田水 ( 1 石油的化学组成 ( 2 石油的分类 ( 3 海陆相石油的基本区别 (• 4 石油的物理性质 (is is a is of is of ou in ?is a in of is is 下油气藏中的石油是气态液态及固态烃类 ( 其衍生物的混合物 (or it is of 在成分上以烃类为主,含有数量不等的非烃化合物 (多种微量元素 (在相态上以液态为主,溶有大量烃气及少量非烃气以和数量不等的固态烃类 (非烃类物质 (不同油气藏中组成石油的各种成分和相态的比例是因地而异的。因此,石油没有确定的化学成分和物理常数 (油没有确定的化学成分 , 因而也就没有确定的元素组成 。 但其元素组成还是有一定的变化范围 (( 一 ) 、 ) 、 氢 H) 、 硫 S) 、氮 N) 、 氧 O) 等元素组成 ( 表 ) 。一、 of of 油 产 地 元 素 组 成C H S N 萨尔图混合油 ) 101混合油 ) 弧岛油田 大港油田 (混合油 ) 江汉油田 (混合油 ) 拉玛依油田 (混合油 ) 苏联雅雷克苏 量 克兰 格罗兹尼 拉 - 国文图拉 (加利福尼亚州 ) 林加 (加利福尼亚州 ) 得克萨斯州 ) 萨斯州 据石毓程, 1980 补充 )原油中含硫量 变化很大 (,从万分之几 ( 克拉玛依 , ) 到百分之几 ( 委内瑞拉 , 。 根据含硫量可把原油分为 高硫原油 ( 含硫量大于 1%) 和低硫原油 ( 含硫量小于 1%)。 原油中的硫 (要来自有机物的蛋白质 (围岩的含硫酸盐矿物 (in 石膏 ( , 故 产于海相环境的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高 。原油中含氮量 ( 间 , 90%以上的原油含氮量小于 原油的含氧量 ( 间 , 主要与其氧化变质程度 (of 关 。除上述 5种主要元素 (外 , 还从原油灰分 ( 石油燃烧后的残渣 ) 中发现有铁 ( 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 ( 等 30多种元素 。 这些元素虽然种类繁多 , 但总量仅占石油重量的万分之几 , 在石油中属 亦或称之为灰分元素 (在石油微量元素 (,以钒 ( 镍 (种元素含量高、分布普遍,且鉴于其与石油成因有关联,最为石油地质学家所重视。V/标志之一。一般 V/被认为是海相环境 (。V/ In 含量随碳数增加而减少;但在有的气藏中也可见 4重烃气中 有时还有少到微量环烷烃和芳烃 。一般常根据重烃气的含量将天然气划分为 湿气和干气 ( 但不同学者所用的参数 、 量值及具体的划分方案不尽相同 。 在天然气地质学上常用重烃气含量 5%作为划分干气和湿气的界限 , 5%称为湿气 , 5%称为干气 。 典型的湿气和干气以及欧 、 非 、 美洲若干有商业价值的天然气烃类组成如表所示 。天然气组成 %(体积) 资料来源234烃典型 64)干气 ,北海) 979) 非洲利比亚 阿尔及利亚 日利亚 ,3 弗朗西斯科(美,加州)杉矶(美,加州) 盛顿特区 he of in of 如我国柴达木盆地聂中的气藏气,甲烷含量为 重烃( 含量仅 2+为 2843, H/俄罗斯格罗兹尼的石油伴生气,甲烷含量仅 重烃( 含量却高达 且其中 0%左右,相应地, 2+H/两个例子可作为天然气烃类组成两个极端的代表,其差别是显而易见的。影响天然气烃类组成的因素很多,成气原始有机质类型(of 成气演化阶段 (of 产状类型 ( of 保存条件 ( 及次生变化(都能影响其烃类组成。 但从统计的角度来看,纯气藏的重烃气含量一般较低,多数不超过 10%,石油伴生气的重烃气含量相对较高,凝析气居中。1967) 曾对巴库及邻近地区大量天然气烃类组成作过统计:石油伴生气 均含量为 气田气为 ( 二 ) 、 一般将非烃气体成分视为杂质( 但有的非烃气体含量达到一定的品位也具有很高的经济价值 , 应予以足够的重视;同时 , 研究非烃气体 , 对了解天然气的形成 、 运移等也有重要意义 。 因此我们有必要对天然气中的非烃气体有所认识 。 天然气 ( 主要是气藏气 ) 中常见的非烃气有 有时还有少量含硫 、 氮 、 氧的有机化合物 。 非烃气的含量一般小于 10%, 但亦有少量气藏非烃气体含量可超过 10%, 极少数是以非烃气体为主的气藏, 如 无臭 、 略带酸味 、 有一定毒性的气体 。 大多数气藏几乎总含有 我们总希望 但 聚集起来的 世界上已发现的 大部分在地史上或近代为火山活动地带 。 在美国 、 俄罗斯 、保加利亚 、 匈牙利 、 罗马尼亚 、 巴基斯坦等国 , 都有 我国松辽盆地 、 华北盆地 、 苏北盆地 、 三水盆地都碰到有以 其中以三水盆地沙头圩气藏 ( 水深 9井 ) 达 此外 , 在云南滕冲 、 禄丰县青豆冲和利乌场以及楚雄盆地还发现多处 6间 。2. 2是一种无色、无臭、无味、不活泼的气体,是地球大气圈的主要成分,占大气圈的 重量)。 在以烃气为主的天然气中 0%。在地下也存在以 美国、加拿大、俄罗斯都有这样的气藏,其中以加拿大西加拿大盆地巴伊尔德克特 2含量最高,达 我国主要见于鄂尔多斯盆地、汾渭盆地以及鄂西、江汉等地区,其中以鄂尔多斯盆地保 1井 云南也发现有 中滕冲县大塞子水池和罗汉冲刘家寨气苗, 3、 2 常与烃类气体伴生 ,是一种在开采烃类气体中有较高经济价值的副产品 。 一般油 、 气藏中含量很低 。 国外 27%;西加拿大盆地的某些气田 ( 克罗斯非尔德气田 、 瓦捷尔顿气田 、哈尔马坦气田 ) , 0还有土库曼 、 乌兹别克 、墨西哥 、 伊朗等国的某些气田中 , 也发现有 国内外研究均较为一致地认为 , 含 且多与硫酸盐 我国 %的天然气全产在碳酸盐岩储层中 , 如卧龙河气田 、 中坝气田等 。4、 2是一种具有很高热值 ( 23,00000千卡 /, 也是所有已知气体中最轻的 ( 气体 。 在地下天然气中 %。 自然界纯 高浓度的 如俄罗斯地台西部耶尔斯克和克列斯捷茨井 , 产出气体全由氢气组成;还有勒拿河中游一口钻至寒武纪灰岩的井中 , 溶解气含 98%的 其它还有一些地点含 5%间 。5、 臭的可燃气体(热值不超过 2418千卡 / 自然界未遇到过单独或为主存在的 、 天然气中含 也当与火山活动有关。 如埃特纳火山(为一硫质喷气孔),在 1956年析出气体中含 还有 7、 是常温下唯一的液态金属 , 俗称 "水银 "。 内聚力很强 , 比重大 ( 20℃ 时为 。 由于其特有的高挥发性 , 因而有很高的蒸气压 , 在自然界绝大部分 ( 高达 呈分散状态 , 仅有 集成为矿藏;加之腐殖质对汞有很强的吸聚力, 所以天然气中普遍含有汞蒸气 。我 国 天 然 气 中 含 汞 量 在 g/g/高含汞的天然气主要为煤成气 。8、 大气 ) 中含量很低 , 在地下没有形成游离气聚集 。 它们通常以掺和物形式存在于气藏中 , 其含量很少超过 1%。 氦气例外 , 某些气藏 天然气是多种烃类和非烃的气态混合物 。 在常温常压下以气态存在的烃类有甲烷 、 乙烷 、 丙烷 、 丁烷 、 异丁烷及新戊烷;非烃类有氢 、 氮 、 二氧化碳 、 硫化氢和惰性气体 ( of In 。 在地下高温高压下 , 芳烃及有机硫化物也可以呈气态存在 。三 、 of )、 of 在标准状况 (101325) 下 , 甲烷 ) 戊烷 ) 。 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最高可达 天然气的密度随重烃含量尤其是高碳数的重烃气含量增加而增大 , 亦随 2天然气的相对密度 ( 指在相同温度 、 压力条件下天然气密度与空气密度的比值 , 或者说在相同温度 、 压力下同体积天然气与空气质量之比 。 天然气烃类主要成分的相对密度为 甲烷 ) 戊烷 ) , 天然气混合物一般在 亦随重烃及 2In 天然气的比重与密度、相对比重与相对密度在数值上完全相同。 天然气中常见组分的密度和相对密度值如下表所示。化合物 分子式 分子量 密度 相对密度甲烷 烷 烷 烷 丁烷 烷 戊烷 戊烷 烷 烷 戊烷 巳烷 苯 氧化碳 化氢 in 101325)天然气在地下的密度随温度的增加而减小 , 随压力的增加而加大 ( of of 但鉴于天然气的压缩性极强 , 在气藏中 , 天然气的体积可缩小到地表体积的 1/20000, 压力效应远大于温度效应 , 因此 地下天然气的密度远大于地表温压下的密度 , 一般可达 150凝析气的密度最大可达 225 二 ) 、 地面或地下 ) 条件下 (In , 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 (概念 。 纯物质的临界温度系指气相物质能 ( 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 。 高于临界压力时 , 无论多少温度 , 气 、 液两相不可能共存 。 天然气常见组分的临界温度和临界压力如表所示 。化合物 沸点( ℃ )( 101325凝固点( ℃ )(101325蒸气压力(101325℃ ) 临界温度 ( ℃ ) 临界压力(101325p a) 甲烷 烷 烷 烷 丁烷 烷 戊烷 戊烷 烷 烷 戊烷 巳烷 苯 氧化碳 - 化氢 of 烷的临界温度为 ,乙烷为 。因此它们在地下除溶于石油和水或形成气水合物之外,均以气相存在。丙烷临界温度为 ,在低于该温度时,在适当的压力下即可液化。因此丙烷及碳数更高的烷烃,在地下大多以液相存在,仅有少量与甲烷、乙烷呈气态或溶于石油或溶于水(数量更少)存在。烃类混合物的相图以甲烷 of 乙烷混合物的相图曲线 1, 10分别代表甲烷和乙烷为100%的气体,曲线 2,3, 4, 5, 6, 7, 8,9则分别代表具不同混合比例的甲烷 见混合物的临界压力大大高于参与混合各组分的临界压力。烃类混合物的相图以甲烷 of of of 当气层温度处于 1之间 , 如图中温度在 时 , 低压下物系以气态为主 , 气 随压力上升液相逐渐增多 , 符合正常凝结的概念 ( 增压凝结 ) ;当压力增加达到 压力继续增加液相 ( 油相 ) 反而减少 , 待达 更确切地说是气液两相界限完全消失 , 成为非气非油的凝析油气流体 ) 。 这与正常蒸发概念完全相反 ( 增压蒸发 ) , 称之为 逆蒸发现象 ( 反之 , 从 2点的过程 , 与正常凝结现象呈反向 ( 减压凝结) , 称之为 逆凝结 (。 凝析 ( 油 ) 气藏的形成就是逆蒸发之相态转变所致 。 而气藏开采时凝析物 ( 油) 由逆凝结而析出 。从上面的叙述可以得出如下概念: 等温压缩过程的蒸发现象叫做逆蒸发 (,也可称之为反溶解 。在一定条件下轻液态烃表现出在烃气介质中被蒸发(溶解)的特性,从而在自然界形成一种含溶解状态液体的气体,这种气体叫做 凝析气 ( 这种气体的地下聚集就是 凝析气藏 ( 气体混合物等温膨胀时形成凝析液的现象叫做逆凝结 (。( 三 ) 、 of 1、 of in 液系统 。 天然气在水中的溶解度常用享利公式来表述:·P 式中 表示单位体积水中溶解的气体体积数 ( m3/;C m3/ 对混合气体计算各组分的溶解度时 , 为各组分的分压 , 。享利公式表明 , 不同成分的气体其溶解系数有相当大的差别 ,在常温常压下天然气常见组分在水中的溶解系数如表所示 。of in 20℃ , 1然气组分 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 异丁烷 二氧化碳 硫化氢 氮气溶解系数 然气在水中的溶解系数不仅取决于气体组分与水的互溶能力 ( 这是本质的 ) , 还与温度和含盐度有关 。压力是直接影响溶解度更为重要的因素 , 溶解度随压力增加而增大 , 在低压 ( 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 。 油田水的水化学类型以氯化钙型为主 , 重碳酸钠型 (之 , 硫酸钠型和氯化镁型较为罕见 。苏林分类存在的问题在于:①把地下水的成因完全看成是地表水渗入形成的,没有考虑其它成因水的加入,还有自然界经常发生的水的混合作用以及由此而产生的水中成分的多种分异和组合;②将本来具有成因联系作为一个整体的大量无机组分,简化成仅是天然水盐类成分的分类,过于简单;③忽略了水中气体成分及微量元素等一些具有标型性质的组分,同时缺少作为区分油田水与非油田水的特征参数。随着油气勘探的进展和对油田水地球化学研究的深入, 比较普遍的意见是应把矿化度和阴离子组合作为油田水化学分类的基础,再根据油田水的特征参数或标志,区分油田水和非油田水。 但提出的分类方案大都过于复杂,应用不便,难于推广,未被普遍接受。( 一 ) 、 2铁质胶状体 ( 者带淡红色、 褐色或淡黄色 。 油田水因含胶体和乳化物 , 一般不透明或成混浊状 。( 二 ) 、 或 ) 少量液态烃时 , 往往具有汽油或煤油味;含 溶有氯化钠者为咸味;含硫酸镁则使水带苦味 。五、 of )、 。含盐度越高的油田水比重越大。我国洒泉盆地的油田水比重为 中的油田水为 四)、 度比纯水高。一般是溶解盐份越多,粘度越高。温度对油田水的粘度有明显的影响,温度越高,粘度越低。(五)、 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。of 1. of in a is in of 2. )盐水)的岩石的电阻除以电解质的电阻。• 3. t)• 4. of w)• 5. 电极测井 ); 微侧向测井 ); SP log
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