第2章 油气水-石油与天然气地质学= 西北大学概论
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
五．石油的分类
Tissot和Welte （1978）分类方案：用 三角图解方法，将沸点 ＞210℃的馏分，以烷 (石蜡）烃、环烷烃、芳 烃+NSO化合物作为图 上的三个端元组分，将 世界上的石油分为6类。
根据统计出现的频数，大多数正常石油属于芳香 —中间型、石蜡—环烷型和石蜡型；而若以石油的产储 量大小论，则芳香—沥青型最重要，其次是芳香—环烷 型和芳香—中间型。
2．含硫化合物 有H2S、硫醇（RSH）、硫醚（RSR′）、
噻吩等。
3．含氮化合物 可分两类： 碱性氮化物：多为砒啶、喹啉等 非碱性氮化物：主要是砒咯、卟啉等——动
物血红素和植物叶绿素都属卟啉类化合物，且结 构相同（见下图）
除上述已经分离和鉴定出的各种化合物外，石油中还有 一定数量的、由多种元素（C、H、O、S、N等）组成的、 结构极为复杂的高分子化合物，因受分离技术的限制，目前 对其具体的结构特征尚不清楚，统称其为沥青质。
δ值的定义是： δ值（‰）=（Rs/Rr - 1）×1000 式中Rs和Rr分别代表样品和相应标准的同位素
比值（重/轻）。可看出，Rs越小，δ值越小。 关于稳定同位素的标准值，国际上通用氢为
SMOW，碳用美国南卡州皮狄组美洲拟箭石 （PDB）。
图2-1 原油碳同位素类型曲 线(据廖永胜，1982（实 线）；Stahl，1977（虚 线）) Ⅰ-福山凹陷，Ⅱ-莺歌海西 部凹陷,Ⅲ和Ⅳ-涠西南凹陷） 1-福25井E，2-莺9井N，3湾2井E，4-湾9井Pz，5-莺2 井E，6-湾5井N
四．物理性质
1．颜色：浅（淡黄色）——深（黑色） 2．相对密度（比重）：在1atm（101325Pa）压力 下，单位体积的20℃石油与4℃纯水的重量比，通 常以d420表示。一般介于0.75 ~ 0.98，大于0.9的称 为重油。
西方：API度
3．粘度：表示石油流动分子之间相对运动所引起 的内摩擦力大小，粘度越大，流动性越差。可分 为动力粘度、运动粘度和相对粘度。
2．环烷烃 石油中多为五员环和六员环。 应用：环己烷/环戊烷 ~ 生油温度
3．芳香烃 石油中有：苯、萘（二环）、菲和蒽（三环） 环烷芳烃以四环、五环最重要，多与甾、萜类
化合物有关，属生物成因标志物。
三种烃类在世界石油烃组成中所占的比例（%）
烃类名称 范 围 通常范围 平均含量
烷烃
0～70
5～55
5．旋光性 当偏振光通过石油时，偏转面将要旋转一
定角度，一般是0.1°~几度，且天然石油主要是 右旋的。
6．溶解性 石油在水中的溶解度很低。C数相同时，烷
烃＜环烷烃＜芳香烃；除甲烷外，各族烃类在水 中的溶解度都随分子量增加而增大；外界条件的 影响是：与温度正比、皂胶粒正比、水中无机盐 分反比。
但石油却极易溶于苯、CCl4、氯仿、石油醚、 醇等有机溶剂。
石油的馏分
石油的馏分是根据组成石油的化合物具有不同沸点的 特性，加热蒸馏，将原油分割成不同沸点范围（馏程）的 若干部分，每一部分就是一个馏分。原油的炼制工艺即利 用了这一原理。不同馏分的名称及温度范围见下表。
馏分
轻馏分
种类
石油气 汽油 煤油
中馏分
重馏分
柴油 重瓦斯油 润滑油 渣油
温度 （℃）
＜35
由图可知，不同地区、不同类型原油的同位素类 型曲线间有着明显差别，能有效解决成油环境、油源 对比及石油演化等方面的问题。
三．化合物组成
组成石油的化合物有两类：
（一）烃类化合物 1．烷烃 C4以下为气态，C5~C16为液态，C17以上为固态。
原
•奇碳优势 •主峰碳
正烷烃分布曲线
异戊间二烯型烷烃（姥鲛烷Pr、植烷Ph最丰 富），一般认为由叶绿素的侧链——植醇演化而来。
高硫原油和低硫原油（以S =1%为界）
2．微量元素 石油中还有几十种微量元素，主要是金属元
素（其中V和Ni的含量最高），仅占石油重量的万 分之几，构成了石油的灰分。
3．同位素 原油中常见的稳定同位素有C（C12、C13）、H
（H1、H2）、Ar（Ar40、Ar36）。 衡量其大小通常用比值和δ值（千分数）表示。
30
环烷烃 20～80 25～75
46
芳香烃
5～60 10～40
24
（二）非烃化合物 这一部分化合物在石油的重质馏分中含量较高。
1．含氧化合物 有酸性和中性氧化物两类。前者称为石油酸，
其中又以环烷酸最为重要，约占总酸的90%±，多 集中于石油250 ~ 350℃的中间馏分内，多属一元酸 类，常为环戊烷的衍生物，易形成各种盐类，由此 可作为地下水找油的一种标志。
35-190 190-260 260-320
320-360 360-500 ＞500
石油的组分
利用不同成分化合物对有机溶剂和吸附剂具有的 选择性溶解和吸附性能，通过在一定程序下选用不同 有机溶剂和吸附剂，从而将石油分成饱和烃、芳烃、 胶质和沥青质等4种成分。
考虑到轻馏分具有较强的挥发性，在储存、运输 过程中容易造成误差，故在对石油组分进行地球化学 分析时，常先对石油进行蒸馏，一律去掉低于210℃的 馏分，仅保留大于210℃的馏分进行分离。具体的分析 流程见下图。
第二章 油气藏中的流体
——油、气、水的化学组成和物理性质
油 气 水 在 油 气 藏 （ 岩 石 ） 中 的 分 布
§1 石油(petroleum/crude oil)
一．概念
石油的定义：“混合物” 成分：以烃类为主 + 数量不等的非烃化合物及微量 元素 相态：以液态为主 ，可溶解大量天然气与固态物质
二．元素组成
1．基本元素 石油没有确定的元素组成，但主要由5种元素
组成，即C、H、O、S、N。 石油中的平均元素组成（%）为：C—84.5，
H—13.0，O—0.5，S—1.5，N—0.5。
C、H两元素在石油中占绝对优势，主要以烃类 化合物的形式存在，构成了石油的主体。而O、S、N 常存在于含杂原子的化合物中，主要是重馏分。
在SI制中，动力粘度的单位为Pa·s，定义是：当 1Pa的切力（△P）作用于液体，使相距（L）为1m、 面积（F）为1m2的两液层发生相对恒速流动，流量 （Q）为1m3/s时的动力粘度就为1Pa·s。公式为：
k F P
QL
4．荧光性 这种冷发光现象由多环芳香烃和非烃引起。
发光的颜色取决于石油性质，强度则与石油或沥青 物质的浓度有关，一般只要10ppm即可发光。
五．石油的分类
Tissot和Welte （1978）分类方案：用 三角图解方法，将沸点 ＞210℃的馏分，以烷 (石蜡）烃、环烷烃、芳 烃+NSO化合物作为图 上的三个端元组分，将 世界上的石油分为6类。
根据统计出现的频数，大多数正常石油属于芳香 —中间型、石蜡—环烷型和石蜡型；而若以石油的产储 量大小论，则芳香—沥青型最重要，其次是芳香—环烷 型和芳香—中间型。
2．含硫化合物 有H2S、硫醇（RSH）、硫醚（RSR′）、
噻吩等。
3．含氮化合物 可分两类： 碱性氮化物：多为砒啶、喹啉等 非碱性氮化物：主要是砒咯、卟啉等——动
物血红素和植物叶绿素都属卟啉类化合物，且结 构相同（见下图）
除上述已经分离和鉴定出的各种化合物外，石油中还有 一定数量的、由多种元素（C、H、O、S、N等）组成的、 结构极为复杂的高分子化合物，因受分离技术的限制，目前 对其具体的结构特征尚不清楚，统称其为沥青质。
δ值的定义是： δ值（‰）=（Rs/Rr - 1）×1000 式中Rs和Rr分别代表样品和相应标准的同位素
比值（重/轻）。可看出，Rs越小，δ值越小。 关于稳定同位素的标准值，国际上通用氢为
SMOW，碳用美国南卡州皮狄组美洲拟箭石 （PDB）。
图2-1 原油碳同位素类型曲 线(据廖永胜，1982（实 线）；Stahl，1977（虚 线）) Ⅰ-福山凹陷，Ⅱ-莺歌海西 部凹陷,Ⅲ和Ⅳ-涠西南凹陷） 1-福25井E，2-莺9井N，3湾2井E，4-湾9井Pz，5-莺2 井E，6-湾5井N
四．物理性质
1．颜色：浅（淡黄色）——深（黑色） 2．相对密度（比重）：在1atm（101325Pa）压力 下，单位体积的20℃石油与4℃纯水的重量比，通 常以d420表示。一般介于0.75 ~ 0.98，大于0.9的称 为重油。
西方：API度
3．粘度：表示石油流动分子之间相对运动所引起 的内摩擦力大小，粘度越大，流动性越差。可分 为动力粘度、运动粘度和相对粘度。
2．环烷烃 石油中多为五员环和六员环。 应用：环己烷/环戊烷 ~ 生油温度
3．芳香烃 石油中有：苯、萘（二环）、菲和蒽（三环） 环烷芳烃以四环、五环最重要，多与甾、萜类
化合物有关，属生物成因标志物。
三种烃类在世界石油烃组成中所占的比例（%）
烃类名称 范 围 通常范围 平均含量
烷烃
0～70
5～55
5．旋光性 当偏振光通过石油时，偏转面将要旋转一
定角度，一般是0.1°~几度，且天然石油主要是 右旋的。
6．溶解性 石油在水中的溶解度很低。C数相同时，烷
烃＜环烷烃＜芳香烃；除甲烷外，各族烃类在水 中的溶解度都随分子量增加而增大；外界条件的 影响是：与温度正比、皂胶粒正比、水中无机盐 分反比。
但石油却极易溶于苯、CCl4、氯仿、石油醚、 醇等有机溶剂。
石油的馏分
石油的馏分是根据组成石油的化合物具有不同沸点的 特性，加热蒸馏，将原油分割成不同沸点范围（馏程）的 若干部分，每一部分就是一个馏分。原油的炼制工艺即利 用了这一原理。不同馏分的名称及温度范围见下表。
馏分
轻馏分
种类
石油气 汽油 煤油
中馏分
重馏分
柴油 重瓦斯油 润滑油 渣油
温度 （℃）
＜35
由图可知，不同地区、不同类型原油的同位素类 型曲线间有着明显差别，能有效解决成油环境、油源 对比及石油演化等方面的问题。
三．化合物组成
组成石油的化合物有两类：
（一）烃类化合物 1．烷烃 C4以下为气态，C5~C16为液态，C17以上为固态。
原
•奇碳优势 •主峰碳
正烷烃分布曲线
异戊间二烯型烷烃（姥鲛烷Pr、植烷Ph最丰 富），一般认为由叶绿素的侧链——植醇演化而来。
高硫原油和低硫原油（以S =1%为界）
2．微量元素 石油中还有几十种微量元素，主要是金属元
素（其中V和Ni的含量最高），仅占石油重量的万 分之几，构成了石油的灰分。
3．同位素 原油中常见的稳定同位素有C（C12、C13）、H
（H1、H2）、Ar（Ar40、Ar36）。 衡量其大小通常用比值和δ值（千分数）表示。
30
环烷烃 20～80 25～75
46
芳香烃
5～60 10～40
24
（二）非烃化合物 这一部分化合物在石油的重质馏分中含量较高。
1．含氧化合物 有酸性和中性氧化物两类。前者称为石油酸，
其中又以环烷酸最为重要，约占总酸的90%±，多 集中于石油250 ~ 350℃的中间馏分内，多属一元酸 类，常为环戊烷的衍生物，易形成各种盐类，由此 可作为地下水找油的一种标志。
35-190 190-260 260-320
320-360 360-500 ＞500
石油的组分
利用不同成分化合物对有机溶剂和吸附剂具有的 选择性溶解和吸附性能，通过在一定程序下选用不同 有机溶剂和吸附剂，从而将石油分成饱和烃、芳烃、 胶质和沥青质等4种成分。
考虑到轻馏分具有较强的挥发性，在储存、运输 过程中容易造成误差，故在对石油组分进行地球化学 分析时，常先对石油进行蒸馏，一律去掉低于210℃的 馏分，仅保留大于210℃的馏分进行分离。具体的分析 流程见下图。
第二章 油气藏中的流体
——油、气、水的化学组成和物理性质
油 气 水 在 油 气 藏 （ 岩 石 ） 中 的 分 布
§1 石油(petroleum/crude oil)
一．概念
石油的定义：“混合物” 成分：以烃类为主 + 数量不等的非烃化合物及微量 元素 相态：以液态为主 ，可溶解大量天然气与固态物质
二．元素组成
1．基本元素 石油没有确定的元素组成，但主要由5种元素
组成，即C、H、O、S、N。 石油中的平均元素组成（%）为：C—84.5，
H—13.0，O—0.5，S—1.5，N—0.5。
C、H两元素在石油中占绝对优势，主要以烃类 化合物的形式存在，构成了石油的主体。而O、S、N 常存在于含杂原子的化合物中，主要是重馏分。
在SI制中，动力粘度的单位为Pa·s，定义是：当 1Pa的切力（△P）作用于液体，使相距（L）为1m、 面积（F）为1m2的两液层发生相对恒速流动，流量 （Q）为1m3/s时的动力粘度就为1Pa·s。公式为：
k F P
QL
4．荧光性 这种冷发光现象由多环芳香烃和非烃引起。
发光的颜色取决于石油性质，强度则与石油或沥青 物质的浓度有关，一般只要10ppm即可发光。