第一章1 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水

石油的粘度是一个很重要的参数，在油田的开采和集输方面很重要。 如克拉玛依采用注蒸气法开采，还有一些油田注氮气开采。
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质
原油的比重、粘度的影响因素：
化学成分： 烃C数↑或芳烃、含S、N、O化合物(非烃) ↑：d420 ↑，μ↑
同C数烃的d420 ，μ：烷烃<环烷<芳烃。
不同类型的正构烷烃分布曲线
主峰碳数 曲线上极大值
正构烷烃分布特征：
a. 陆相有机质形成的石油：高碳数（＞C22）正烷烃多；
海相有机质（菌藻类）形成的石油：低碳数（＜C21）正 烷烃含量多。 b.年代老、埋深大，有机质演化程度较高的石油：低碳数 正烷烃多；
有机质演化程度较低的石油：正烷烃碳数偏高。
c. 受微生物强烈降解的原油：正烷烃被选择性降解，一 般含量较低，低碳数的更少。
溶解气量↑：d 420↓，μ↓
温度↑： μ↓（地下石油μ远小于地面石油）； d420 ↓。
石油中正构烷烃的来源：
现代生物：如细菌、藻类。 含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢子花粉、果实）。 有机质的演变、分解。
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B、异构烷烃（Isoalkane）
石油中的异构烷烃以≤C20为 主，且以异戊间二烯烷烃最重 要。其特点是在直链上每4个碳 原子有一个甲基支链。在沉积 物和原油中以植烷、姥鲛烷、 降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷 的含量最高。研究和应用最多 的是植烷和姥鲛烷。
石油的馏分：是利用组成石油的化合物具有不同沸 点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点范围（即 馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分。 石油的馏分组分
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（三）石油的组分组成 石油的组分：石油化合物的不同组分对有机溶剂和 吸附具有选择性溶解和吸附性能，选用不同有机溶剂 和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分就是一个 组分，分别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质。 油质（Oily)：凡能溶解于中性有机溶剂，不被 硅胶所吸附，浅黄色粘性油状物。 苯胶质(Benzene gum)：能溶解于中性有机溶剂， 被硅胶所吸附，主要溶于苯，属暗色的油状物。 洒精苯胶质(Alcohol-benzene gum)：溶于酒精 和苯，同时也被硅胶所吸附。 沥青质(Asphaltum;Pitch)：用石油醚分离，得 到一种不溶于石油醚的物质暗黑色-黑色沥青状无定 形的固体。
吡咯环
次甲基
卟啉和矾卟啉的结构式
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含氧化合物：主要有酸性和中性 酸性含氧化合物中有环烷酸、脂肪酸 及酚，总称石油酸；中性含氧化合物有 醛、酮等，其含量较少。 酸性含氧化合 物中环烷酸最多，占酸性物质90%以上， 易与碱金属作用生成环烷酸盐，极易溶 于水，因此，油田水中环烷酸可作为一 种含油气性直接标示。
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质
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-油、 油-水和气-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。
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、Ni含量及其比值（V/Ni）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、Ni高且V/Ni>1---海相；V/Ni<1—陆相
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（二）石油的馏分
S、O、N元素组 成的化合物大多富 集在渣油或胶质和 沥青质中。
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S含量具有环境指示意义：
海相、近海陆相、陆相碳酸岩和蒸发岩 （半咸－咸水）－S高（＞１） 内陆相（淡水）－S低（＜１）。
按硫组成可分为： S< ０.５%： 低硫原油 S＝０.５－２％ 含硫原油 S> ２%： 高硫原油 按氮组成可分为：
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第二节 石油的成份和性质
一、基本概念
石油（Petroleum）： 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)
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。 原油（Crude oil）：采至地表的液态石油。 烃类（Hydrocarbons） 由碳和氢两种元素构成的化合物。
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质
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第一节 石油沥青类概述
石油沥青类（Petroleum asphalts, Petroleum bitumens) 天然气、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
可燃有机矿产主要元素：
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。
C1～C4 （甲烷～丁烷）－气态 C5～C16 （戊烷～十六烷）－液态 C17＋ 的高分子烷烃皆呈固态。
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质 正构烷烃分布曲线
不同碳原子数的正构烷烃相 对含量呈一条连续的曲线。 这说明正烷烃同系物是 一个连续渐变系列. 据主峰碳位置及形态，分3 种基本类型：①主峰小于 C15，且主峰区较窄；②主 峰大于C25，且主峰区较宽； ③主峰在C15-C25之间，且 主峰区较宽。与成油母型、 成油环境及演化程度密切 相关。广泛的应用于石油 的成因和油源对比研究。
来源：有人认为是植物的叶绿素的侧链植醇或色素演变而 来，为生物标志化合物。因此，同源的石油所含异戊间二烯类 烷烃类型和含量都十分接近。因此，常用于油源对比标志（指 纹化合物），近来也用于沉积环境研究。
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２、环烷烃（Cycloalkane）
由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组 成环的碳原子数可以是大于3的任何数，相应称为三 员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员 环或六员环。 其含量与成熟度有关： 成熟度低→高，由多环→双、单环。 一般，单、双环占环烷烃的50.5%；三环占环烷烃 的20%；四、五环占环烷烃的25%。 原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性， 所以没成熟的原油旋光性高。多环环烷烃与四环的甾 族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有 机成因的主要证据之一。
(Ni)、铜(Cu)、锑(Sb)、锰(Mn)、锶(Sr)、钡(Ba)、硼(B)、钴(Co)、锌(Zn)、钼(Mo)、铅(Pb)、 锡(Sn)、钠(Na)、钾(K)、磷( P)、锂(Li）、氯(Cl)、铋(Bi)、铍(Be)、锗(Ge)、银(Ag)、砷 (As)、镓(Ga)、金(Au)、钛(Ti)、铬(Cr)、镉(Cd)。
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二、石油的化学成份 （一）元素组成
(Elemental composition) 元素组成： C、H、O、 S 、N 和微量元素（灰分） C、H两元素主要呈 烃类化合物存在，是石 油组成的主体。
S +N+O+微量 元素：1～4%
H：11～14% 平均13%
C：84～87% 平均:84.5%
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质 卟啉是以4个吡咯环为 基本结构，由4个次甲基 （-CH＝）桥键连接的含 氮化合物。在石油中卟啉 常与金属Ｖ、Ｎi络合形成 有机络合物，它比较稳定， 易保存，具有极强的吸光 性和荧光性。卟啉本身在 高温或氧化条件下易分解， 说明石油是在温度不高 （<250℃）、还原环境下 形成，卟啉还易被粘土吸 附，可应用于油气运移研 究。
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４、非烃化合物 （Non-hydrocarbon chemical compound）
主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物，主要集中在 石油的高沸点馏分中。 含硫化合物：最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中。 主要有硫醇（-SH）、硫化物（-S-）（包括硫醚 R-S-Rˊ、环 硫醚）、二硫化物（-S-S-）以及噻吩衍生物。此外，还有元 素硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏 等 含氮化合物：主要集中在胶质—沥青质中。石油中含氧化 合物可分为碱性和中性两大类。碱性含氮化合物主要是吡咯 (bǐluò) 、吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要 意义的中性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有机成因的 重要生物标志物。
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（四）石油的化合物组成
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质
在近代实验室中，用色谱可将石 油划分为：烃类和非烃类化合物 A——烃类化合物： a、饱和烃：烷烃（正构烷烃、 异构烷烃）、环烷烃 b、芳烃：芳烃和环烷芳烃
B——非烃化合物：胶质和沥青质：
为含S、N、O化合物。
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３、芳香烃（Aromatic hydrocarbon）
含有苯环结构，属不饱和烃。根据其结构 不同可分为单环（苯、甲苯）、多环（联苯 等）、稠环（萘、菲等）三类芳香烃。 ①在石油的低沸点馏分中，芳香烃含量较 少，且多为单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。 随沸点升高，芳香烃含量亦增多，除单环芳香 烃外，出现双环芳香烃，如联苯。在重质馏分 中还可能出现稠环芳香烃，如萘和菲，蒽的含 量较少。 ②随着石油成熟度增加，芳烃系列向低环 演化。
N < 0.25%： N > 0.25%：