第1章 油气藏中流体成分和性质
油气藏流体性质
油气藏流体性质油气藏是地球上一种特殊的储存形式，其对应储存的是石油和天然气等能源。
而油气藏的流体特性则极为重要，直接决定了储油储气能力以及开采方式等因素。
下面将就油气藏流体性质进行详细探讨。
1. 性质（1）物理性质：油气藏储存的主要是石油和天然气这两种化学物质，在常温下，二者都属于液态和气态物质。
天然气的密度约为空气的1/5，比石油轻，即石油的密度约为水的0.8倍。
而且，石油和天然气的比热容和热传导率都十分低，因此容易受到温度的影响。
此外，石油和天然气都具有极强的不可压缩性，这使得油气藏在地层中能够保持较为稳定的储存状态。
（2）化学性质：石油和天然气都属于有机化合物，具有较强的多态性和化学反应性。
其中，石油主要由碳、氢、氧、硫、氮等元素组成，而天然气则主要由甲烷等气态烷烃组成，具有较高的可燃性。
此外，在地层中，石油和天然气常常受到各种化学反应的影响，如与地层矿物、水等进行反应，从而产生了不同的化学物质。
这些化学反应也会对油气藏的开采和利用造成不同程度的影响。
（3）流动性和渗透性：油气藏的流体特性主要表现为其流动性和渗透性。
在油气藏中，石油和天然气都是通过孔隙、裂隙等细小空间流动和传输的。
但由于油气藏中的孔隙、裂隙等空间结构通常是非均匀的，因此其流动和传输性能也表现出明显的非均质性。
此外，油气藏的流体性态也受到地层温度、压力、降雨等因素影响，进而影响了油气流动的速率和方向。
2. 影响因素（1）地层性质：油气藏的流体性质与其所在的地层性质息息相关。
地层参数如压力、温度、孔隙度和渗透率等都能影响油气藏中流体的行为。
当地层渗透率高、孔隙度大、流通性好时，油气就能钻井开采，同时也由此排放部分流体到地表。
（2）地震活动：地震活动会对油气藏中的流体状态产生影响。
通过地震波向地下传播过程，可以促进油气藏中流体的流动。
但地震波作用也有可能破坏或改变油气藏中的地质结构，从而影响油气藏的储存和开采。
（3）化学反应：油气藏中的流体会通过各种化学反应，产生一些可燃气体和液体，这对油气藏的开采和利用具有很大的影响。
《石油与天然气地质学》复习题1
《石油与天然气地质学》复习题第一章油气藏中的流体——石油、天然气、油田水一、名词解释石油、石油的灰分、组分组成、石油的比重、石油的荧光性；天然气、气顶气、气藏气、凝析气（凝析油）、固态气水合物、煤型气、煤成气、煤层气；油田水、油田水矿化度二、问答题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Tissot和Welte 三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。
（如何鉴别海相原油和陆相原油？）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。
第二章油气生成与烃源岩一、名词解释沉积有机质、干酪根、成油门限（门限温度、门限深度）、生油窗、烃源岩、有机碳、有机质成熟度、氯仿沥青“A”、CPI值、TTI法（值）；二、问答题1．沉积有机质的生化组成主要有哪些？对成油最有利的生化组成是什么？2．按化学分类，干酪根可分为几种类型？简述其化学组成特征。
3．论述有机质向油气转化的现代模式及其勘探意义。
（试述干酪根成烃演化机制）4．试述有机质成烃的主要控制因素。
（简述时间—温度指数（TTI）的理论依据、方法及其应用。
）5．试述有利于油气生成的大地构造环境和岩相古地理环境（地质条件）。
6．天然气可划分哪些成因类型？有哪些特征？7．试述生油理论的发展。
8．评价生油岩质量的主要指标。
9．油源对比的基本原则是什么？目前常用的油源对比的指标有哪几类？第三章储集层和盖层一、名词解释储集层、绝对孔隙度、有效孔隙度、绝对渗透率、有效（相）渗透率、相对渗透率、孔隙结构、流体饱和度、砂岩体、盖层、排替压力二、问答题1．试述压汞曲线的原理及评价孔隙结构的参数。
2．碎屑岩储集层的孔隙类型有哪些？影响碎屑岩储集层物性的地质条件（因素）。
（简述碎屑岩储集层的主要孔隙类型及影响储油物性的因素。
011第一章 油气藏中流体(第一节)
与其它分类一样，石油分类 有很多，我们推荐的分类是 Tissot和Welte（1978）分类。 他们发现石油饱和烃含量在 不同成因类型石油中含量有 所不同（如图1-6）。
图1—6 636个正常的和重质降解石油样品中 饱和烃的分布 （据Tissot&Welte,1978）
根据上述思想，他们（1978）提出了他们的分类方案（图1-7）。
第一章 油气藏中的流体
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。 油气藏中流体存在于储集层的孔隙裂缝中，并在圈闭范围 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。
二、石油各化合物特征简介
（一）正构烷烃（CnH2n+2）
石油中正构烷烃主要是C1-C45(60)；大部分小于C35。 石油中正构烷烃分布曲线有三类（图1-4）。 1、主峰 <C15 ，主峰区窄； 2、主峰 C15 — C25 ，主峰区较宽； 3、主峰 >C25 ，主峰区宽。
（二）异构烷烃（CnH2n+2）
馏分
轻馏分
石油气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ汽油
中馏分
重馏分
煤油
柴油 重瓦斯油 润滑油
渣油
温度（oC）
各馏分体积 （%）
（35度API）
< 35 35-190 190-260 260-320 320-360 360-530 < 530 （500） （500）
0
27
13
12
10
油层物理学
•1956年，苏联Φ.И.卡佳霍夫撰著“油层物理基础”
该书是“油层物理”从采油工程中单独分科的起点，随后得到了广 泛而深入的发展。
•60年代末，洪世铎在卡佳霍夫课本的基础上，首次在国
内编著中文版“油层物理基础”。从此油层物理在国内成 为一门独立的学科。 •98年编写了目前使用的课本，目前已经过三次修订，在 全国各油田及部分石油院校使用。
(4)提高原油采收率的机理。
Fundamentals of Enhanced Oil Recovery
特点：概念多、实验性强、较抽象。
最后成绩：考试70%＋平时10%＋实验20%。 考试形式：闭卷,以基本概念及其应用为主。
参考书： 1、洪世铎 «油层物理基础»； 2、何更生 «油层物理»； 3、杨胜来、魏俊之 «油层物理学»；
等压液化
P2
P2＝P泡 P3(液)
等压汽化
露点(Dew point)：温度一定，压力增加，开始从气
相中凝结出第一批液滴的压力。
泡点(Bubble point)：温度一定，压力降低，开
始从液相中分离出第一批气泡的压力。
单组分烃特点：泡点压力＝露点压力。
2)单组分烃p-v相图特点:
临界点C处：气、液的一 切性质(如密度、粘度等) 都相同。
组成(Composition)：体系中物质的各个成分及其相对含量。
P－T相图(phase diagram)：表示体系压力、温度与 相态的关系图。
3. 单、双、多组分体系的相图 3.1 单组分烃相图
Phase behavior of one component system
1)单组分烃相态特点
第一章 储层流体的物化性质-
单位：体积百分数
产自油井的气 50~92 5~15 2~14 1~10 痕迹~5 痕迹~3 无~0.5 痕迹~4 无~痕迹~6
第四节 油气藏分类
一、分类方法一
油气藏
油藏 黑油油藏 轻质油油藏 气藏 凝析气藏 气藏
重 油 油 藏
一 般 黑 油 油 藏
高 收 缩 油 油 藏
挥 发 油 油 藏
富 凝 析 气 气 藏
Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、SO4-2等
2.离子毫克当量浓度
离子毫克当量浓度等于某离子的浓度除以该离子的当量
例如，已知氯离子 (Cl—) 的浓度为7896mg/L，而氯离子的化合当量 ＝35.3，则氯离子的毫克当量浓度＝7896/35.3＝225.6毫克当量/升
第五节 地层水的化学组成与性质
Na K 1 Cl
Cl Na K 1 Mg 2
Cl Na K 1 Mg 2
按含 蜡量分
少 蜡 原 油 1
含 蜡 原 油 1 2 高 含 蜡 原 油 2 凝析 油 密 度 0 82
按关键 组分分
石 蜡 基 原 油 0 82 0 89 混 合 基 原 油 0 89 环 烷 基 原 油 > 0 93 .
按原油 密度分
轻 质 原 油 < 中 质 原 油 0 85 5 0 93 4 重 质 原 油 > 0 93 4 .
四、其它分类方法（按埋深分）
浅层油气藏——埋深小于1500m 中深层油气藏——埋深1500~2800m 深层油气藏——埋深2800~4000m 超深层油气藏——埋深大于4000m
油气藏中的流体
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一、石油的概念及组成
（四）石油的馏分组成
石油是数以百计的若干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，通过对原油加热蒸馏，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）。
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。
异戊二烯烃同系列立体化学结构图
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环烷烃在石油中所占的比例为20-40%，平均30%左右。低分子（＜
C10）的环烷烃，尤以环戊烷（C5-五员环）和环己烷（C6-六员环）
及其衍生物是石油的重要组成部分，且一般环巳烷多于环戊烷。中等到
用酒精和苯的混合液（或其它极性更强的如甲醇、丙酮等）作溶剂，可 以得到酒精-苯胶质（或其它相应组分），此类胶质的成分主要是含杂元 素的非烃化合物。
用石油醚分离，溶于石油醚的部分是油质和胶质。剩下不溶于石油醚 的组分（但可溶于苯、二硫化碳和三氯甲烷等中性有机溶剂，呈胶体溶 液，可被硅胶吸附）为沥青质；后者是渣油的主要组分，其主要成分是 结构复杂的大分子非烃化合物。
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一、石油的概念及组成
（三）石油的化合物组成
组成石油的主要元素是C、H、S、N、O，但由这5种元素构成
的化合物却是庞大的。笼统地说，组成石油的化合物多是有机化合物， 作为杂质混入的无机化合物不多，含量甚微，可以忽略不计。石油的化 合物组成，归纳起来可以分为烃和非烃两大类，其中烃类是主要的
。其中主要是与酸官能团－COOH有关的有机酸，有C1-24的脂肪酸，C5-
油藏流体力学
油藏流体力学油藏流体力学是石油工程中的重要领域，研究油气藏中流体运动的行为及其影响因素。
在油藏开发和生产过程中，了解油藏流体力学的基本原理和特性对于优化采收率、提高产能至关重要。
一、油藏流体性质油藏中的流体主要包括油、水和天然气。
这些流体在岩石介质中的运动以及相互作用对于油藏的动态行为具有显著的影响。
以下是涉及到的一些重要性质：1. 渗透率：指的是岩石介质对流体运动的阻力程度，通常用单位面积上的流体通过速率来表示。
2. 孔隙度：指的是油气藏中矿物颗粒之间的孔隙空间占总体积的比例，决定流体的储存能力和流动性。
3. 饱和度：指的是岩石孔隙中的某种流体在孔隙总体积中的比例，如水饱和度、气饱和度和油饱和度等。
二、流体流动油藏中的流体流动遵循达西定律，即流体的速度与流体受到的压力梯度成正比。
在油藏开采过程中，常用的两种流动模式是线性流动和非线性流动。
1. 线性流动（Darcy流动）：在低渗透率的油气藏中，当压力梯度较小、流动速度较慢时，流体流动符合达西定律，并且与孔隙介质的性质相关。
2. 非线性流动：在高渗透率的油气藏中，流体的速度和压力梯度之间的关系不再呈线性，流动模式更为复杂，例如油藏中的高速水环绕或气推驱动。
三、渗流方程油藏流体力学中的渗流方程是描述流体流动的基本方程，常用的有连续性方程和达西方程。
1. 连续性方程：用于描述油、水和气在油藏中的质量守恒关系，即流入等于流出。
2. 达西方程：描述油藏中流体速度与压力梯度之间的关系，是油藏流体力学中最重要的方程之一。
四、渗透率对油藏流体力学的影响渗透率是决定油气流体运动能力的重要参数，直接影响着油藏的开采效果和产能。
以下是渗透率对油藏流体力学的影响：1. 渗透率大小决定了流体在岩石介质中的运动能力，高渗透率油藏更容易获取更大的产量。
2. 渗透率对流体的渗流路径和分布具有重要影响，低渗透率油藏通常需要采用增产技术来提高产能。
3. 渗透率也影响着流体通过岩石孔隙的速度和温度分布，其中流体速度与渗透率成反比。
第1章油气藏流体的化学组成与性质
第一篇 储层流体的物化性质
在勘探或开发设计阶段，必须根据流体物 性进行油气田科学预测，例如判断油藏类型、 油藏有无气顶、气藏气体是否会在地层中凝 析等，这些都需要对油气的物理化学特性及 相态变化规律有深刻的认识，才能做出正确 判断和设计。
石油的化学组成
油
气
藏
流
体
的
化
原油的物性与分类
学
组
成
与
性
质
油气藏分类
石油的元素组成 石油中烃类化合物 石油中非烃类化合物 原油的分子量、含蜡量及胶质沥青质含量
原油的物理性质 地面原油的分类 地层原油的分类
油气藏常规分类法 油气藏按埋藏深度分类
第一节 石油的化学组成 课程导入
油气藏开发过程中关注油气的物 理性质，但物理性质在很大程度上取 决于化学组成因此首先介绍油气的化 学组成。
储
天然气的视分子量和密度
层 流
天然气的高压物理性质
天然气状态方程及对比状态原理 天然气的高压物性
体
湿天然气和天然气水合物
的
油气藏烃类的相态特征
物 化
油气藏烃类的相态和汽液平衡
汽——液相平衡 油气体系中气体的溶解与分离
性
用相态方程求解油气分离问题实例
质
地层油的高压物性
储层流体的高压物性
地层水的高压物性 地层油气高压物性参数的测算
第一节 石油的化学组成 三、石油中的非烃类化合物
构成石油的主要是碳、氢元素。而硫、氮、 氧这些元素则以各种含硫、含氧、含氮的烃 类化合物的形态以及兼含有硫、氮、氧的胶 状、沥青状物质的形态存在于石油中，因为 已不是纯粹的碳氢化合物，所以被统称非纯 烃类化合物，俗称非烃类。显然，它们都是 极性物质。
第一章 油气藏中流体的化学组成及物理性质
占原油体积% 2.0
主峰碳
不同碳原子数的 正烷烃相对含量呈一 条连续的曲线，称为 正烷烃分布曲线。
1.5 1.0 0.5 0 1 5 10 15 20 25 30 碳数 35
正烷烃分布曲线
正烷烃分布曲线特征
A、陆相有机质形成的石油：高碳数（≥C22 ）正烷烃多；海相 （浮游生物菌藻类）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。而有机质演化程度较低的石油中，正烷烃碳数偏高。 C、受微生物强烈降解的原油：正烷烃常被选择性降解，一般含 量较低，低碳数的更少。
正构烷烃：－C－C－C－C－ ；C1～C45，≤C35
名称 甲 烷 乙 烷 丙 烷 丁 烷 戊 烷 已 烷 庚 烷 辛 烷 壬 烷 癸 烷 十一烷 十二烷 十三烷 十四烷 十五烷 十六烷 十七烷 十八烷 十九烷 二十烷 分子式 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C5H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26 C13H28 C14H30 C15H32 C16H34 C17H36 C18H38 C19H40 C20H42 熔点(℃) -182.6 -182.10 -187.1 -138.0 -129.7 -95.3 -90.3 -56.8 -53.7 -29.7 -25.6 -9.7 -6.0 5.5 10.0 18.1 22.0 28.0 32 36 沸点(℃) -161.6 -88.6 -42.2 -0.5 36.1 68.8 98.4 125.6 125.6 174.0 195.8 216.2 235.5 251.0 268.0 280.0 303 300 330 相对密度(液态时) 0.424 0.546 0.582 0.579 0.6263 0.6594 0.6837 0.7028 0.7028 0.7179 0.7404 0.7498 0.7568 0.7638 0.7688 0.7749 0.7767 0.7776 物态通常状态 气 气 气 气 液 液 液 液 液 液 液 液 液 液 液 液 固 固 固 固
第一章油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
3、环烷烃
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。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
5、非烃化合物
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
其含量与成熟度有关：成熟度低→高，由多环→ 单、双环。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。
石油灰分中的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。
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
（二）石油的馏分
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。
子花粉、果实）。 有机质的演变、分解。
其含量主要取决于： 1.生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量
油气藏中流体成分和性质
• （2）含氮化合物 石油中含氮较为少见，平均 含量小于0.1%。目前从石油中分离出来的含氮化 合物有30多种，主要是含氮杂环化合物形式存在。
左旋物质，右旋物质，天然原油多为右旋。0.1度—几 十分。
原因：分子中具有不对称分子结构。 原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，而植物性甾醇存 在于植物油和脂肪中。所以，原油的旋光性是原油有机成 因的一个有力的佐证。
7、导电性 原油电阻率高达109—1016Ω·m。可利用此性质，用电
• 石油的含氧量在0.1%~4.5％之间，主要与其氧 化变质程度有关。
• 除上述５种元素之外，还从石油灰分（石油燃烧 后的残渣）中发现有５０多种元素。这些元素虽 然种类繁多，但总量仅占石油重量的十万分之几 到万分之几，在石油中属于微量元素。
• （二）石油的化合物组成
• 1.烃类化合物:指全部由氢和碳原子构成的化合 物——烷烃、环烷烃、芳香烃.在化学上，烃类 可以分为两大类：饱和烃和不饱和烃。
1、烷烃：
1）正构烷烃 属直链烃 在原油中正构烷烃的含量是较高的，其含量一般为15％～20％。原
油中已检测出C1～C60的各种正构烷烃。 正构烷烃含量随碳原子数增加有规律地减少。
（不同碳原子正烷烃相对含量的分布曲线）
管线中的结蜡（C33＋）
2）异构烷烃 ——属侧链烃
C10内的异构烷烃含量较高，在C5～C8范围内，最常见的构型是具 有一个叔碳原子（2-甲基或3-甲基），其次是两个叔碳原子的构型。 在中等分子量范围内最重要的异构烷烃是异戊二烯类烷烃,含量常占 原油的1％。
油藏描述油藏流体描述PPT课件
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2.按层位编制油、气、水性 质平面等值线图，描述油、 气、水性质在平面上的变 化。
3.根据剖面上原油性质的分 布状况，描述原油性质在 垂向上的变化，尤其要注 意油水接触面附近的变化。
某油田孔二段II油组原油密度等值图
│C1 │C2 │C3 │C4 │C5 │C6+ │
├────┼────┼────┼────┼────┼─┼──┼──┼──┼──┼──┤
│挥发油或│桔黄- │630～350│0．65～ │0．825～│64│7．5│4.7 │4．1│3．0│16.7│
│高收缩油│浅绿色液│
│ 0．85 │ 0．780│ │ │ │ │ │ │
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1. 直接法(接触角法) 直接测定油水对固体表面的润湿角度，再根据润湿性判断标准确定岩石润湿性。
油
水
理论标准 θ＝0° θ< 90° θ= 90° θ> 90° θ= 180°
润湿性判断标准
岩石润湿性 岩石表面完全水湿
岩石表面亲水 岩石表面中间润湿
岩石表面亲油 岩石表面完全油湿
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总矿化度 ＜1 g/l 为淡水 1～50 g/l 为矿化水 ＞50 g/l 为卤水
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4.油田水分类 油田水分类方法很多，目前各油田主要采用苏林分类方法。该方法主要根据水
中Na+ 或Cl-最后和其它离子化合生成的盐类来定名。具体标准为：
当量比
分类标准
水型
形成环境
(Na+-Cl-)/SO42+<1 Na+/Cl->1
012第一章 油气藏中流体(第二节)
指油层条件下原油的粘度；无*指油层温度下脱气原油粘度
五、稠油的成因和化学组成特征
稠油按其成因可分为原生稠油和次生稠油。
（一）原生稠油
原生稠油指未遭受过生物降解、水洗、氧化等作用的 稠油，国内已发现的原生稠油主要有膏盐环境形成的高硫 稠油，典型实例为江汉盆地潜江凹陷的高硫稠油。已发现 的原生稠油基本上属于未熟一低熟油。原生稠油的形成主 要与生烃母质的生源构成、沉积环境和油气的早期生成等 因素有关。生源构成是指形成原生稠油的生烃母质多以低 等水生生物为主，如藻类、细菌等，这类有机质中不仅含 有丰富的类脂物，具有早期生烃的特点，还含有较丰富的 非烃、沥青质类生物有机大分子，非烃、沥青质类化合物 均为含硫、氮、氧等杂原子的化合物组成复杂，分子量较 高。
表1—6我国一些凝析油正构烷烃分布特征（据 徐永昌，1994修改）
地区 东濮凹陷 鄂尔多斯盆地
四川盆地 济阳坳陷
井号 文12 文31 任6
任4
兔1 中24 中23 川46 川43 胜坨10-8
层位 Es2 Es4 P
P
P Tr Tr J1z J1z E
主峰碳数 nC12 nC9 nC9
nC7
nC9 nC9 nC8 nC10 nC9 nC6
上第三系都有分布。
表1-4 我国凝析油和轻质油分布简表（据 徐永昌，1994）
地区或井号 塔里木柯克亚 塔里木沙雅 准噶尔夏子街 鄂尔多斯胜利井 四川盆地中坝
产出层位 Nx ∈-O T2 P1 T2-3
产出深度（m） 3200-3900 5300 1500 3900
四川盆地八角场
J1-3
东濮文留
Es
由于原生稠油主要形成于有机质演化的未成熟一低成 熟阶段，有机质演化程度较低，因此化学组成保留了较多 的非烃、沥青质类化合物，原油的高密度特点主要与高非
第一章 油气藏中的流体—石油、天然气和油田水
（1）. 正构烷烃（N-alkane）
石油中正烷烃有C1～C46
大部分正烷烃碳数≤C35
石油中多数占15.5%（体积）
轻质石油≥30% 重质石油≤15%
正构烷烃分布曲线 不同碳原子数的正构（不同
碳数正构烷烃相对含量分布）） 烷烃相对含量呈一条连续的曲 线。
主峰碳数
曲线上极 大值
这说明正烷烃同系物是一个连续渐变系列.
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
二、石油的馏分和组分
1、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。
石油的馏分组分表
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质
2、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，同时被硅胶所吸附。 沥青质(Asphaltum;Pitch)：用石油醚分离，得 到不溶于石油醚的暗黑色-黑色沥青状无定形的固体。
石油的分布： 低沸点馏分，芳香烃含量较少，主要为： 单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。 高沸点馏分主要为：双环稠环芳香烃
随石油成熟度增加，芳烃系列向低环演化。
第一章 石油、天然气、油田水的组成和性质
４、非烃化合物 （Non-hydrocarbon chemical compound）
01第一章：油气藏中的流体
02第一章油气藏中的流体§1.0 油气藏中的流体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。
这些流体存在于储集层的孔隙裂缝中，并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。
但是，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（图1-1）。
图1-1 典型油气藏中油、气、水分布的结构剖面图（据美国油藏开发经营委员会报告，1942）§1.1.1 石油一、石油的概念及组成（一）石油的概念石油又称原油，是以液态形式存在于地下岩石孔缝中的可燃有机矿产。
在地下油气藏中石油无论在成分上还是在相态上都是极其复杂的混合物。
在成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素；在相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气，并溶有数量不等的烃类和非烃类的固态物质。
（二）石油的元素组成石油的元素组成主要是碳（C）和氢（H），其次是硫（S）、氮（N）、氧（O）。
不同产地的石油元素组成存在差异，但有一定的变化范围。
石油的平均元素组成，根据Hunt（1996）统计，碳85%、氢13.0%、硫、氮、氧2.0%。
碳、氢两元素主要呈烃类化合物存在，是石油组成的主体。
硫、氮、氧元素组成的化合物大多富集在渣油或胶质和沥青质中。
石油中碳含量一般为82%-87%，氢含量一般为11%-14%，两元素在石油中一般占95%-99%。
碳、氢元素质量比（C/H）介于5.7-7.7之间，平均值约为6.5，原子比的平均值约为0.56 (1:1.8)。
石油中硫含量，据Tissot和Welte (1978) 对9347个样品的统计，硫含量介于0.1-10%之间，平均为0.65%，其频率分布具双峰型（图1-2），在1%处为最小值，可将样品分为两部分，多数样品（约7500个）含硫量小于1%，少数样品（约1800个）含硫量大于1%，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%）。
第一章 油藏流体的物理性质.
3）单组分烃P-T相图特点
饱和蒸汽压线为单一上 升的曲线。 划分为三个区：液相区、 气相区和两相区 C点为临界点，是两相 共存的最高压力和最高 温度点。 随分子量的增加，曲线 向右下方偏移。
单组分烃的相图 (Standing, 1952)
相图应用：根据P和T，判断单组分烃所处的相态
两组分混合物的临界压力一般 高于两纯组分的临界压力，临 界温度居于两纯组分的临界温 度之间
乙烷-正庚烷不同组成时的P-T相图 （Brown,1948)
特点： 两组分的相对分 子质量差别越大， 临界点的轨迹线 包围的面积越大
双组分烷烃体系临界点轨迹曲线 （Brown,1948)
3.3 多组分烃相图
3）单组分烃P-T相图特点
常见流体的饱和蒸汽压曲线
3）单组分烃P-T相图特点
烷烃的饱和蒸汽压曲线 1－CH4；2－C2H6；3－C3H8；4－iC4H10；5－nC4H10；6－iC5H12； 7－nC5H12；8－C6H14；9－C7H16；10－C8H18；11－C9H20；12－C10H22
油藏岩石的物理性质
饱和多相流体的油藏岩石的物理性质
提高原油采收率的机理
特点：概念多；实验性强；较抽象
课程参考书：
洪世铎 《油层物理基础》 何更生 《油层物理》
罗蛰谭 《油层物理学》
秦积舜 《油层物理学》
第一章 油藏流体的物理性质
油层：能储集油气、并能让油气在其中流动的多孔介质
临界凝析温度：两组分 体系中限制两相共存的 最高温度，体系温度高 于该温度，无论压力多 大，体系也不能液化。
临界凝析压力：两组分 体系中限制两相共存的 最高压力，体系压力高 于该压力，无论温度如 何变化，体系也不能气 化。
第一章 油藏岩石和流体的基本物理性质及其渗流特性
式中： Vof为地层油的体积，m3； P为压力，MPa。
4．地层油的粘度和密度
地层油处于高温高压下，且溶有大量的天然气，因此地层油的粘 度和密度与地面脱气原油相比，差别较大。地层油的密度要比地面脱 气油低3～10％；油的粘度对温度极其敏感，温度增加，粘度大幅度 降低，因此，地层油的粘度比地面脱气油低的多。但不同油藏的油， 由于其组成不同，粘度相差很大，重组分越多，粘度越大。
可以看出：它们的共同特点是在泡点压力Pb处，曲 线有转折点。这是由于当压力高于泡点压力时，地下 原油处于单相状态，压力增加纯粹是油的压缩，故粘 度及密度均增加；当压力低于泡点压力时，气从油中 分出，故压力越低．油的粘度和密度越高。从地层油 的各种物性与压力的关系可以看出，泡点压力是其物 性变化的分界点。
三、地层油的高压物性
地层油的高压物性主要指地层油的溶解气油比、体积系数、压缩 系数和粘度等。 1．地层油的溶解气油比 地层油的溶解气油比是指地层油进行一次脱气（20 0C），分出气 体的标准体积与脱气后原油的体积之比。即
Rs =
Vg Vos
式中：Vos为地层脱气后的体积， Vg为分出气体的标准体积。 或者Rs说是1m3的地面脱气原油在地层条件下所能溶解的气体的标准 体积。原始状态下的溶解气油比用Rsi表示。
PV= Z n RT
式中 P——气体的压力，Pa； V——压力P下气体的体积，m3； T——绝对温度，K； n——气体的摩尔数； R——通用气体常数，等于 8.314Pa· m3／K· Kmol； Z ——压缩系数。它是相同压力和温度下，实际气体的体 积与理想气体体积之比，是压力、温度和气体性质的函数。
油气藏中流体的化学组成和物理性质(1)
第一章油气藏中流体的化学组成和物理性质第一节石油1.石油是由各种______和________组成的存在于__________的________的有机矿产，是成分十分复杂的_____________。
没有固定的______和________。
2.石油主要由___、____、____、____、____等化学元素组成，其中____、____两种元素占绝对优势，一般碳含量占_______，氢含量占______，两种元素合计占______以上，C/H比值一般介于____之间，___、___、____总含量一般小于________，个别可达________。
3.除上述五种元素外，在石油的灰分中还发现_____多种微量元素。
其中以____和____为主，占微量元素的-_____。
由于它们在__、____、______中分布稳定，且比值大小与_______有关，因此常用来确定______及进行__________。
4.石油中的主要元素，不是呈____状态，而是结合成不同的_______存在，以_______为主，另外还含____、___、____的____化合物。
5.目前在石油中已鉴定出的烃类化合物达_____种。
按其本身结构，基本上可分为____、____、_____三大类。
6.烷烃又称______，属______，其分子结构特点是_______，按_________，又分为_____和________。
7.目前石油中鉴定出来的_____可以从______，但较常见的大多_____。
它们通常占原油体积的_______。
在重质原油中含量可_______，在轻质原油中则可达____以上。
在常温常压下含______个碳原子（C1-C4）的___呈___态，含5-16个碳原子（C5-C16）的—____呈____。
17个碳原子以上的______呈_____。
_____的相对密度、熔点、沸点均随分子量增加而上升。
8.在石油烷烃馏分中，除____外，尚有大量______，它们大多存在于_______的馏分中，其含量随碳数______，其中以_________最重要，它在石油中含量可达______。
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依天然气与石油产出的关系分为伴生气和非伴生气。
按照天然气的成分可分为烃类气体和非烃类气体。
1、聚集型天然气
气顶气 是指与油共
存于油气藏中呈游离
态位居有气藏顶部的
天然气。
气藏气
是指在圈闭中具有一定工业价值的
单独天然气聚集。 凝析气 是一种含有一定量凝析油的特殊的
气藏气。在地下较高温度、压力下，凝析油因 逆蒸发作用而气化或以液态分散（溶解）于气
高者可达1.5，湿气的比重大于干气。。
粘度：天然气的粘度与其化学组成及其所处的环境
有关。一般随分子量增加而减小，随温度、压力增
大而增大（因分子间的运动加快，碰撞增多）。
蒸气压力：气体液化时所需施加的压力称蒸气压
力。蒸汽压力随温度升高而增大。在同一温度条
件下碳氢化合物的分子量越小，则其蒸气压力越
大。
第一章 油气藏中流体成分和性质
主要内容
原油的组成及性质 天然气的组成和性质 油田水的组成和性质
任一油气藏中都存在石油、天然气、油田水三种
流体，只有纯气藏中才只有天然气和油田水。这
些流体存在于储集层的孔隙裂缝中，并在圈闭范
围内按比重分异，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。同时，
成因的一个有力的佐证。
7、导电性
原油电阻率高达 109—1016Ω·m。可利用此性质，用电
阻率曲线来判断油水层。 8、溶解性 原油易溶于有机溶剂而难溶于水。原油在水中的溶解度 取决于成份和外界条件。烃类在水中的溶解度（甲烷除外）
随分子量增大而减小。碳数相同的烃类比较：烷烃<环烷烃<
芳香烃。
第二节
↑
在地下，石油的比重还与其溶解气量、温度、压力等因素有关
在地下油气藏中，溶解气量多则比重小；在其它条件不变时，比重随温度
增加而减小，随压力增大而增大。
与此同时，溶解气量增
加引起体积增加的效应，
远远超过随压力增加而 使体积减小的效应。因
此出现压力增加时石油
体积不是缩小而是增大， 直至达到饱和压力为止
数，一般占石油所有组分的50%~60%。 （2）不饱和烃 石油中的不饱和烃主要是芳香
烃和环烷芳香烃，平均占原油重量的20%~45%。
1、烷烃（Alkanes） ：属饱和烃（CnH2n+2）
常PT下 C1~4气态，C5~16液态，C17+固态 • 分子中碳原子以单键相连成链状
• 无支链者称正烷烃,有支链者称异烷烃 • 密度、熔点与沸点均随相对分子量增加而升高 • 相对密度小于1，几乎不溶于水（气态烃除外）
溶解性：在相同的条件下，天然气在石油中的溶
解度远大于在水中的溶解度。当天然气重烃增多，
或者石油中的轻馏份较多时，都可增加天然气在
石油中的溶解度。
热值：每立方天然气燃烧时所发出的热量称为 热值。单位每千卡/米3 或千卡/千克。湿气热 值较高，可达210千卡/米3，而煤和石油的热
值分别为4103千卡/千克及104千卡/千克。热
最重要：异戊二烯型烷烃（植烷，姥鲛烷）生物标志化合物 。
Isobutane (C4H10)
Isopenta环烷烃：占环烷烃总量的 50％～55％ 三环烷烃：占20％ 四环和五环环烷烃：占碳数大于10
的环烷烃的 25 ％，它们的结构
与四环甾(zāi)族化合物和五环 三萜(tiē)烷直接相关。
3、芳香烃化合物（Aromatics）
单环芳烃（含一个苯环）
多环芳烃（含两个以上独立苯环） 稠环芳烃 ( 含两个以上苯环 , 彼此通
过共用两个相邻碳原子稠合而成）
原油中 1 ～ 3 环的苯、萘和菲系列含量 最高，占芳香馏分的 70 ％左右，而 四环以上的芳烃仅占不到10％。 单环芳烃具特殊芳香味，有毒。
6、旋光性
当偏光通过原油时，偏光面会旋转一定角度，这个角 度称为旋光角。这种能使偏光面发生旋转的特性，称为旋 光性。 左旋物质，右旋物质，天然原油多为右旋。 0.1 度 — 几十分。
原因：分子中具有不对称分子结构。 原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，而植物性甾醇 存在于植物油和脂肪中。所以，原油的旋光性是原油有机
中，呈单一气相存在，称之为凝析气。
2、分散型天然气
油溶气 溶解于石油中的天然气。
水溶气 溶解于水中的天然气。 煤层气 煤层气指煤层中所含的吸附和游离态的天然气。煤矿 中将这种天然气称为瓦斯。 致密地层气 主要指致密砂岩和裂缝性含气页岩中的天然气。 固态气水合物 是一种白色的固态似冰状的结晶化合物，又称 气水化物或固体气，也叫天然气水合物，俗称“可然冰”。
（图2－12）
3、粘度（Viscosity）
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，单位为帕斯卡秒（Pa· S）。
通常测定的是相对粘度，即液体的绝对粘度与同温条件下水的绝对粘 度之比。
原油的粘度变化很大，如大庆原油粘度在50℃为9.3~21.8×10-3Pa· S， 孤岛油田馆陶组原油则为103~6451×10-3Pa· S。 影响因素： 1）化学组成：分子量小的烷烃、环烷烃 含量多，粘度低；反之则高。 2）温度：T↑、粘度↓；T↓、粘度高。 3）压力：P↑、粘度↑；P↓、粘度↓。 4）溶解气量：溶解气量高，则粘度低 ；
馏分
（四）石油的组分组成
二、石油的分类
（一）分类原则和方法 石油的分类常因用途不同而采用的参数各异， 地球化学家和地质学家注意原油组成与生油岩 及其演化作用的关系。
（二）Tissot和Welte的石油分类
主要依据原油中各类
烃类的含量比例关系，
以烷烃（石蜡），环 烷烃，芳香烃+S、N、 O化合物三个参数作 为三个端元，采用三
天然气
一、天然气的概念及产状
（一）、天然气的概念：广义上指岩石圈 中存在的一切天然生成的气体。石油地质 学中研究的主要是沉积圈中以烃类为主的 天然气。
（二）天然气的产出类型
按天然气的成因可分为有机成因气和无机成因气；
按天然气存在的相态可以分为游离气、溶解气、吸
附气和固态气水化合物；
依天然气分布特征可分为聚集型和分散型；
角图解来划分原油类
型。
三、海陆相石油的基本区别
表2-4 海相与陆相石油的基本区别表 环境 区别 石油类型 含蜡量 芳香-中间型、石蜡-环烷型 低，<5%，一般0.5%~3% 石蜡型为主、少石蜡-环烷型 高，>5%，一般10%~30% 海相石油 陆相石油
含硫量
V/Ni
高，S>1%
V/Ni>1%
低，S<1%
碳、氢两种元素在原油中一般占95％以上
石油中硫含量，
据蒂索
（B.P.Tissot,1978） 等对9347个样品 的统计，平均为 0.65%（重量），
其频率分布为双
峰型（图2-2）
石油中含氮量在0.1%~1.7%之间，平均值0.94%。 90%以上的原油含氮量小于0.2%，最高可达 1.7%（美国文图拉盆地的石油），通常以 0.25%作为贫氮和富氮石油的界限。 石油的含氧量在0.1%~4.5％之间，主要与其氧 化变质程度有关。
值是评价燃料质量的重要指标。
四、天然气与石油的差别
（一）组成成分上的差别 天然气仅包含少数几个最简单的烃类成员；石 油则不同，几乎囊括了烃类的所有成员。 （二）物理性质上的差别 相态的差别导致二者密度、黏度、溶解度、压 缩性、吸附性和扩散性等物理性质上的差别。
一、基本概念 石油、石油的成分、组分组成、石油的比重、石油的荧光性、旋光性； 天然气、气顶气、气藏气、凝析气（凝析油）、固态气水合物、煤层气
剩下浅色油质（烃类）部分。亦可能是由于高温裂解，使高分子烃碳链
断裂，变成低分子烃，而形成浅色轻质组分。 2）如果原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（热采）。
热采 －蒸汽吞吐法
热采 -蒸汽辅 助重力泄油法
2、密度和相对密度（Gravity）
密度：指单位体积重量。 相对密度：指标准条件下（20℃）原油密度与4℃下纯水 密度之比值。原油的密度在 20℃下，一般介于 0.75—1.0 之 间。 相对密度>0.92（国际：0.934） 重质原油 <0.92 轻质原油 美国：API度=141.5/d（15.5）-131.5 西欧：波美度=140/d（15.5）-130 影响因素：1）胶质、沥青质含量↑，密度↑； 2）高分子量含量大，密度↑； 3）溶解气含量↑，密度 。
油气藏中的油、气、水三者存在过渡带，并以一
定关系共存于储基层的孔隙系统中（2-1）。
第一节
石
油
石油是存在于地下岩石孔隙中的以液态烃为主 体的可燃有机矿产，石油又称原油。地下油气
藏中的石油气态、液态和固态烃类及其衍生物
混合而成的，在成分和相态上均表现为极其复
杂的混合物。
一、石油的化学组成
（一）石油的元素组成 石油的元素组成主要是碳（C）和氢（H），其次 是硫（S）、氮（N）、氧（O）。世界上大多数 石油的元素组成一般为：碳含量介于80%~88%之 间，氢含量占10%~14%，硫、氮、氧总量在 0.3%~7%之间变化，一般低2%~3%。
V/Ni<1%
碳稳定同位素＆13C
δ13C> --27‰
δ13C<--29‰
含蜡量高是 陆相石油的 基本特征之 一.世界上高 蜡石油都产 于陆相环境
中，如右图。
海相石油一般为
高硫石油，而陆
相石油一般为低
硫石油。
四、石油的物理性质
1、颜色（color）: 颜色变化较大，从无色—黑色。与组成有关：胶质-沥 青质含量越高颜色越深，烃类含量高，颜色浅。原油一般以黑色为多。 原油颜色的不同可有以下几个原因： 1）无色或浅色原油：可能在运移过程中，带色的胶质和沥青质被岩石吸附，