石油与天然气地质学_自己总结(按章节)

石油与天然气地质学
石油与天然气地质学：是研究地壳中油气藏形成条件和分布规律的地质学科。

它属于矿产地质科学的一个分支学科，是石油、天然气勘探与开发相关专业的专业理论课。

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第二章 油气藏中流体成分和性质
一、名词解释
石油：又称原油，是存在于地下岩石孔隙中以液态烃为主体的可燃有机矿产。

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原油灰分：石油燃烧后的残渣。

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石油组分分析（组分组成）：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，每一部分就是一个组分。

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石油的比重：
石油的相对密度：在105Pa下，20℃石油与4℃纯水的密度比值，用d420表示。

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石油的荧光性：石油在紫外光照射下可产生发荧光的特性称为荧光性。

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石油的旋光性：石油能使偏振光的振动面旋转一定角度的性能。

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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。

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干气：一般来说，天然气中甲烷含量在90%以上的叫干气。

（网络）
湿气：甲烷含量低于90%，而乙烷、丙烷等烷烃的含量在10%以上的叫湿气。

（网络）
天然气：从广义上讲，指自然界天然存在的一切气体。

在《石油和天然气地质学》中研究主要对象是岩石圈中以烃类为主的天然气，是狭义的天然气。

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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。

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气顶气：是指与油共存于油气藏中，呈游离态位居油气藏顶部的天然气。

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凝析气：是一种含有一定量凝析油的特殊的气藏气。

当地下较高温度、压力下，凝析油因逆蒸发作用而气化或以液态分散（溶解）于气中，呈单一气相存在，称之为凝析气。

这种含有一定量凝析油的气藏，称为凝析油气藏，简称凝析气藏，或凝析油藏。

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伴生气：狭义的伴生气仅指油气藏中的气顶气和油藏及油气藏中的油溶气; 广义的伴生气还包括油田范围内分布于油藏及油气藏之间或其上方与之有密切关系的气藏气。

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非伴生气：是指那些与油藏及油气藏分布没有明显联系, 或仅有少量石油存在但没有重要工业价值、以天然气占绝对优势的气藏气。

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非常规油气藏：成藏机理不同于一般常规的油气藏的油气藏，往往具有隐蔽性和特殊性。

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吸附水：呈薄膜状被岩石颗粒表面所吸附, 在一般温、压条件下不能自由运动。

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毛细管水：存在于毛细管孔隙- 裂缝中, 只有当作用于水的力超过毛细管力时才能运动。

P33 自由水：存在于超毛细管孔隙- 裂缝中, 在重力作用下能自由运动, 也称之为重力水。

P33 底水：是指含油( 气) 外边界范围以内与油( 气) 相接触, 且位于油气之下承托着油气的油(气) 层水。

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边水：是指含油( 气) 外边界以外的油( 气) 层水, 实际上是底水的自然外延。

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气水化合物（96 97 03 05）：是一种白色的固态似冰状的结晶化合物，又称气水化合物或固体气也叫“天然水合物”或“可燃冰”。

甲烷水合物（05）：在特定的低温和高压条件下，甲烷气体可容纳水分子形成一种具笼形结构、似冰状的固体水合物，又称固态气体水合物。

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煤型气：是指煤系有机质（包括煤层和煤系地层中的分散有机质）热演化生成的天然气。

（网络）
煤成气：含煤岩系中有机质在成煤过程中所生成的天然气。

（网络）
煤层气：指煤层中所含的吸附和游离状态的天然气。

P27油田水：广义上是指油气田区域（含油气构造）内的地下水，包括油（气）层水和非油（气）层水。

狭义是指油气田范围内直接与油（气）层连通的地下水，即油（气）层水。

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油田水矿化度：单位体积地下水中各种离子、分子和化合物的总含量。

（他处）
生物标志化合物（05）：指沉积物和石油来自生物体的原始生化组成，其碳骨架在各种地质作用过程中被保留下来的有机化合物，又叫地球化学化石。

油气显示：是指石油、天然气及其石油沥青矿物在地表的天然露头和钻井的人工露头，又称油气苗。

（赟姐）
同位素效应：物质在参与生物、化学和物理作用过程中, 由于同位素的分馏作用, 元素的一种同位素被另一种同位素所取代, 从而导致其物理、化学性质上的差异, 叫做同位素效应。

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碳同位素类型曲线：把原油不同组分的δ13 C 值变化连成曲线。

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同位素分馏作用：物质在生物、化学和物理作用下其组成元素的同位素发生变化、转移或分离, 或者说在同位素比值不同的两种物质间进行的同位素分配作用。

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API度(08)：欧美各国用105pa，60。

F石油和4。

C纯水的密度比，通常称之为API度。

美国石油学会(简称 API)制订的用以表示石油及石油产品密度的一种量度。

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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。

天然气的相对密度：在相同温度、压力条件下天然气密度与空气密度的比值。

天然气的比重：指在标准状态（1atm, 20℃）下，单位体积天然气与空气的重量之比。

临界温度：是指气相纯物质能维持液相的最高温度。

临界压力：在临界温度时，气态物质液化所需的最低压力称临界压力。

饱和蒸汽压：某一温度下，将气体液化时所需施加的最低压力，称为该气体的饱和蒸汽压。

热值：单位体积天然气燃烧时所发出的热量称为热值。

二、问答题
1. 简述石油的元素组成。

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答：由于石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。

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,一般低于2%～3%,个别石油含硫量可高达10%。

世界各地原油的元素组成尽管千差万别,但均以碳、氢两种元素占绝对优势,一般在95%～99% 之间。

2. 石油化合物组成及特点（04） （P13）
答：组成石油的化合物有两类：
（1）烃类化合物：在化学上, 烃类可以分为两大类: 饱和烃和不饱和烃。

1） 饱和烃：在石油中饱和烃在数量上占大多数, 一般占石油所有组分的50% ～60% 。

可细分为：正构烷烃、异构烷烃和环烷烃。

正构烷烃平均占石油体积的15%～20%。

在常温常压下, 正烷烃C1—C4为气态, C5—C15为液态,C16以上为固态(天然石蜡)。

不同类型原油的正构烷烃分布曲线形态各异, 但均呈一
条连续的曲线, 且奇碳数与偶碳数烃的含量总数近于相等。

正烷烃的分布特点与成油原始有机质、成油环境和成熟度有密切关系, 因而常用于石油的成因研究和油源对比。

石油中带支链(侧链)的异构烷烃以≤C10为主,常见于C6—C8中;C11—C25较少,且以异戊间二烯型烷烃最重要。

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。

环烷烃在石油中所占的比例为20%～40% ,平均30% 左右。

低分子量(≤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,且一般环己烷多于环戊烷。

石油中环烷烃以单环和双环为主。

在石油中多环环烷烃的含量随成熟度增加而减少, 故高成熟原油中1～2 环的环烷烃显著增多。

在常温常压下,环丙烷(C3H6 ) 和甲基环丙烷(C4H8) 为气态, 除此之外所有其他单环环
烷烃均为液态, 两环以上(>C11)的环烷烃为固态。

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。

此外原油中偶可见有直链烯烃。

烯烃及不饱和环烃,因其极不稳定,故很少见。

石油中已鉴定出的芳香烃, 根据其结构不同可以分为单环、多环和稠环三类, 而每个类型的主要分子常常不是母体, 而是烷基衍生物。

芳香烃在石油中以苯、萘、菲三种化合物含量最多, 其主要分子也常常以烷基的衍生物出现。

最重要的是四环和五环的环烷芳烃, 其含量及分布特征常用于石油的成因研究和油源对比。

甾族和萜族化合物是典型的生物成因标志化合物。

（2）非烃化合物：石油中的非烃化合物是指除C、H 两种主要元素外, 还含有硫或氮或氧, 抑或金属原子(主要是钒和镍) 的一大类化合物。

主要是含硫、氮、氧的化合物。

1）含硫化合物
硫是碳和氢之后的第三个重要元素, 含硫的化合物也最为多见。

石油中所含的硫是一种有害的杂质, 因为它容易产生硫化氢( H2 S) 、硫化铁( FeS) 、亚硫酸( H2SO3 ) 或硫酸( H2 SO4 ) 等化合物, 对机器、管道、油罐、炼塔等金属设备造成严重腐蚀, 所以含硫量常作为评价石油质量的一项重要指标。

通常将含硫量大于2% 的石油称为高硫石油;低于0.5%的称为低硫石油;介于0.5%～2%之间的称为含硫石油。

一般含硫量较高的石油多产自碳酸盐岩系和膏盐岩系含
油层, 而产自砂岩的石油则含硫较少。

我国原油多属低硫石油和含硫石油。

2）含氮化合物
石油中含氮化合物较为少见,主要是以含氮杂环化合物形式存在。

3）含氧化合物
石油中含氧化合物包括有机酸、酚和酮类化合物。

石油中的有机酸和酚( 酸性) 统称石油酸, 其中以环烷酸最多。

地下水中环烷酸盐的存在是找油的标志之一。

除此之外，石油中还有一定数量的、结构极为复杂的高分子化合物，目前尚难以分离，统称其为沥青质。

另：简述石油的化合物组成。

（5分）
答：组成石油的化合物有两类：
（1）烃类化合物，包括烷烃、环烷烃、芳香烃
（2）非烃化合物，包括：含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物等。

除此之外，石油中还有一定数量的、结构极为复杂的高分子化合物，目前尚难以分离，统称其为沥青质。

3．何谓正构烷烃分布曲线？在油气特征分析中有哪些应用？p13和网络
答：在石油中，不同碳原子数正烷烃相对含量呈一条连续分布的曲线，称为正烷烃分布曲线。

不同类型原油的正烷烃分布特点不同：未成熟的石油，主要含大分子量的正构烷烃；成熟的石油中，主要含中分子量的正构烷烃；降解的石油中，主要含中、小分子量的正构烷烃。

根据主峰碳数位置及形态，可将正构烷烃分布曲线分为三种基本类型：a主峰小于C15，且主峰区较窄，表明低分子正构烷烃高于高分子正构烷烃，代表高成熟原油；b主峰大于C25，主峰区较宽，奇数和偶数碳原子烃的分布很有规律，二者的相对含量接近相等，代表未成熟或低成熟的原油；C主峰区在C15-C25之间，主峰区宽，代表成熟原油。

正构烷烃分布特点与成油原始有机质、成油环境和成熟度有密切关系，因此，常用于石油的成因研究、鉴别生油岩、研究石油成熟度和油源对比。

4. 简述Tissot和Welte 三角图解的石油分类原则及类型。

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答：该分类主要是依据原油中各烃类的含量比例关系,以烷烃(石蜡),环烷烃,芳烃+ S、N、O 化合物三个参数作为三个端员,采用三角图解来划分原油类型。

注意该方案中所用参数是原油中沸点> 210℃ 馏分的分析数据。

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？） p20
答:
6. 描述石油物理性质的主要指标有哪些？p22
答：
（一）颜色
在透射光下石油的颜色可以呈淡黄、褐黄、深褐、淡红、棕色、黑绿色及黑色等。

原油颜色的深浅主要取决于胶质、沥青质的含量, 其含量愈高, 则颜色愈深。

(二)相对密度和密度
石油的相对密度, 在我国和前苏联是指在105Pa下, 20℃石油与4℃纯水的密度比值.在国际石油贸易中常以API 度为单位。

API 度与60℉石油相对密度的关系可用下式换算:
API =(141.5/60℉时相对密度)-131.5
通常把相对密度大于0. 9 的称为重质石油, 小于0. 9 的称为轻质石油。

石油的相对密度主要取决于化学组成。

就烃类而言, 相对密度随碳数增加而增大, 碳数相同的烃类, 烷烃相对密度小些, 环烷烃居中, 芳烃相对密度较大。

与胶质、沥青质相比, 烃类较之为小。

密度是单位体积物质的质量。

石油的密度与其本身的成分和体积变化相关。

液体石油的体积, 在常压下随温度升高而增大。

温度每增加1℉, 单位体积所增加的体积数称为膨胀系数。

它不是一个固定的常数, 而是随相对密度的减小而增大。

压力对石油的体积也有影响, 随压力增大体积将因被压缩而减小。

压力每增加105Pa, 单位体积被压缩的体积数称为压缩系数。

在地下油气藏中, 温度和压力不仅影响石油的体积, 而且还影响到石油本身的物质组成, 从而影响其质量。

一方面, 温度的增加有使溶解气逸出液态石油的趋势; 另一方面, 压力的增加, 将使原油中溶解气量增加。

在地下油气藏中, 温、压同时增加时, 压力增加使溶解气增加的效应远大于温度增加使溶解气逸出的效应; 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。

由此可见, 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 响石油密度的本质因素。

溶解气量增加则密度降低。

地下石油含有较多的溶解气, 是地下石油密度较地表石油密度低的根本原因。

(三) 黏度
黏度是反映流体流动难易程度的一个物理参数。

黏度值实质上是反映流体流动时分子 之间相对运动所引起内摩擦力的大小。

黏度大则流动性差, 反之则流动性好。

动力黏度又称绝对黏度。

其定义为: 流体通过长度(L)为1m, 横截面积(F)为1m2 ,渗透率(k)为1m2的介质,当压差( Δp) 为1Pa, 流量( Q) 为1m3 /s 时, 流体的黏度( μ) 为
1Pa·s。

其表达式为:μ=k·F ·ΔP/Q·L
动力黏度/ 密度, 称为运动黏度。

相对黏度又称恩氏黏度, 是在恩氏黏度计中200mL 原油与20℃ 时同体积的蒸馏水流出时间之比。

常用Et 表示。

石油地质学上通常所说的黏度多指动力黏度。

石油黏度大小主要取决于其化学组成,小分子的烷烃、环烷烃含量高, 黏度就低; 而石蜡、胶质、沥青质含量高, 黏度就高。

石油黏度随温度升高、溶解气量增加而降低。

(四) 溶解性
石油能溶于多种有机溶剂, 如氯仿、四氯化碳、苯、醚等。

轻质组分对重质组分的溶解作用可能更明显些。

有可能这种溶解作用正是重质组分得以实现运移的有效途径。

石油在水中的溶解度一般很低, 通常随分子量的增加很快变小。

其中芳烃的溶解度最大; 环烷烃次之; 烷烃最低。

在碳数相同时, 一般芳香烃的溶解度大于链烷。

苯和甲苯是溶解度最。