第1章++油气田地下流体的基本特征 油气田开发地质学 中国石油大学 华东

第一章油气田地下流体的基本特征•石油的化学组成及物理性质•天然气的化学组成及物理性质•油田水的化学组成及物理性质石油油层盖层天然气水碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）84-87%11-14%1-4%第一节石油一、石油的元素组成***（常见30多种）储存在于地下岩石空隙（孔、洞、缝）中的、天然生成的、以液态烃为主要化学组分的可燃有机矿产。*****石油？1、主要元素组成烃类组成化合物，富集于胶质、沥青组分中——诸如Fe、Ca、Mg、Si、Al、V、Ni等，其中V、Ni研究较清楚:1,,:1,,:②进行油源对比含量低陆相含量高海相①判断成油环境NiVNiVNiVNiV一、石油的元素组成***1.1.元素组成元素组成★主要元素：碳、氢、氧、硫、氮——C、H占绝对优势重量百分比：C84-87%；H10-14%；O+N+S1-4%半咸－咸水——S高（1%）；内陆淡水：S低（1%）S2%－高硫原油；S＜0.5%－低硫原油；S＝0.5-2%－含硫原油2、微量元素（30余种）含N、含S、含O化合物非烃不饱和烃芳烃＋环烷芳烃环烷烃饱和烃烷烃（正构、异构）烃含N、含S、含O化合物非烃不饱和烃芳烃＋环烷芳烃环烷烃饱和烃烷烃（正构、异构）烃二、石油的化合物组成***•碳和氢组成的碳氢化合物高达420多种1.烷烃（C原子单键相连呈链式）（一）石油中的烃类化合物（按结构分）)()(姥鲛烷四甲基十五烷植烷四甲基十六烷指标油源对比标志或正构烷烃——C1~C45，≤C35占原油体积5-25%，轻质油中含量高异构烷烃——异戊间二烯型，≤C10为主ccccccccHCnn异构烷烃正构烷烃支链存在与否又叫脂肪烃22,C叶绿素的侧链—植醇→生物成因标志异戊二烯烃同系列立体化学结构图2.环烷烃（C原子以单链相连呈闭合环状）→含碳环结构→单环、双环、三环及多环石油中多为五员环或六员环——环戊烷、环己烷及其同系物多环中以四环甾烷和五环萜烷较为重要——旋光性→生物成因标志（一）石油中的烃类化合物3.芳香烃（含苯环结构的不饱和烃）萘、蒽、菲稠环芳香烃联苯、三苯甲烷多环芳香烃溶于有机溶剂不溶于水、甲苯、对二甲苯苯单环芳香烃:::、☆石油的低沸点馏分中，芳烃较少，主要为单环芳烃。多环稠环芳烃主要出现于重馏分中。☆随石油成熟度增大，芳烃系列向低环方向演化。单环多环稠环1.含硫化合物——万分之几至百分之几油价高含硫量低硫石油之间含硫量含硫石油含硫量高硫石油含量分类%5.0:%25.0:%2:存在形式：元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩及其同系物等如CH3-SH（甲基硫醇）（二）石油中的非烃类化合物除C、H外，还含有S、N、O评价石油质量的指标;)(:;:镍卟啉钒卟啉卟啉及其同系物吡咯、非碱性吡啶、喹林及其同系物碱性组成、%25.0:%25.0:含氮量贫氮石油含氮量高氮石油含量分类2.含氮化合物——万分之几至千分之几动物的血红素和植物的叶绿素（二）石油中的非烃类化合物研究石油成因叶绿素（A）与原油中的卟啉（B）、植烷（Ph）、姥鲛烷（Pr）结构比较图（二）石油中的非烃类化合物环烷酸分布普遍，在水中溶解度小；环烷酸易形成各种盐类，碱金属的环烷酸盐易容于水3.含氧化合物——万分之几至千分之几——环烷酸、脂肪酸、酚、酮（二）石油中的非烃类化合物↓找油标志三、石油的物理性质***1.颜色（胶质+沥青质含量有关）无色（四川黄瓜山、大港油田）、黄色、绿色、浅红色、褐色、黑色。芳烃＋非烃含量高，颜色深；反之，颜色浅。5.1315.155.141℃时相对密度美国API相对密度其值℃时相对密度西欧波美度;1305.15140密度：单位体积的质量：g/cm3或t/m3;相对密度（比重）：d420：1atm下20℃脱气原油与4℃同体积纯水的重量比。0.75~0.98之间。＞0.934重质石油；＜0.934轻质石油相对密度大小取决于化学组成，T、P、溶解气量等；2.相对密度5.1315.141604FdAPI度＝5.1315.141604FdAPI度＝（60°F＝15.5℃）①d420：1atm下20℃单位体积原油与4℃单位体积纯水的重量比一般：d420=0.75-0.98，变化较大。0.9---重质油；0.9---轻质油————APIAPI度度和和波美度波美度越大，越大，dd442020越小，油质越轻。越小，油质越轻。表示流体流动的难易程度，粘度越大，越不易流动CGs制：10泊=1000厘泊等价于SI制：1Pa.s=1000mpa·s3.粘度化学组成:分子小、烷烃及环烷烃↑，粘度↓T↑、粘度↓；P↑，粘度↑；溶解气含量↑粘度↓三、石油的物理性质4.溶解性难溶于水、易溶于有机溶剂、石油和天然气互溶三、石油的物理性质①难溶于水a.在水中溶解度由大→小顺序：非烃→芳烃→环烷烃→烷烃b.同族组分：分子量↑溶解度↓，故气态烃易溶；c.温度↑或水中溶解CO2量↑，石油在水中溶解度↑；d.若水中含盐度↑，烃溶解度↓。②地下较高T、P下，部分低分子量液态烃可溶于烃气可溶于烃气中。③不同化合物选择性溶解于氯仿（CHCl3）、苯、CCl4，石油醚等有机溶剂中。5.荧光性原油在紫外光照射下，产生荧光的特性；不饱和烃及其衍生物产生（饱和烃不发光）不饱和烃的浓度及分子量↑，荧光色加深三、石油的物理性质•石油的荧光性取决于它的化合物组成：多环芳烃、油质发天蓝色荧光;轻质油发浅蓝色荧光；胶质多者发绿-黄色荧光;沥青质多者发褐色荧光。饱和烃不发光。6.旋光性当偏光通过石油时，使偏光面旋转一定角度的特性。右旋，旋光面的角度为1度左右三、石油的物理性质不对称分子结构有关★石油具有旋光性的原因：源于生物体的某些有机化合物分子结构不对称，例：石油中的含N化合物及甾烷、萜烷等生物标志化合物。——石油有机成因的有力证据。7.导电性（非导体）电阻率：109~1016Ω·m油田水:0.02~0.1Ω·m沉积岩：1~10Ω·m用电阻率测井判断油层的基础。三、石油的物理性质℃克拉玛依℃大庆℃℃5:24:32~56低凝固点的原油为优质原油8.凝固点石油冷却，失去流动性时的温度；狭义：在地下岩层中存在的，以烃类为主的气体。或指与油田和气田有关的可燃气体，成份以气态烃为主，多与生物成因有关。*****第二节天然气天然气？广义：自然界中一切天然生成的气体（包括大气、地表沉积物中气、沉积岩中气、海洋中溶解气、岩浆岩中气、变质岩中气、地幔气、宇宙气等）一、分类****存在的相态：游离态、溶解态、吸附态、固态气水合物分布特征：聚集型、分散型与石油产出的关系：伴生气、非伴生气根据气体在地下存在的状态分：聚集型：气藏气、气顶气、凝析气分散型：溶解气、煤层气、固态气水合物①气藏气：圈闭中天然气的单独聚集。CH4含量高、C2+少——干气，也可能为非烃气绝大多数气藏气是以气态烃为主；含烃量超过80%的气藏约占气藏总数的85%以上；氮气为主的气藏不到10%；以二氧化碳或硫化氢等酸性气体为主的气藏低于1%。②气顶气：指与石油共存于油气藏中，呈游离态存在的天然气。C2+高＞5%——湿气③凝析气：在地下，当温度、压力超过临界条件时，液态烃逆蒸发而形成。含一定量凝析油。---凝析油占到一定比例（例我国：30g/m3）的气藏，叫凝析气藏。一般不单独采取低压水溶气水中异常高压带以下的地热高压水溶气:;:⑥固态气水合物（冰冻甲烷，水化甲烷）在高压、低温条件下，甲烷等气体冻结在水分子的扩大晶格中。——液态水、温度低、压力大→主要发现于冻土层、极地、深海沉积物中；④煤层气（矿井瓦斯）煤层中所含吸附或游离状态的天然气。与煤系有关的气体；CH4为主，含N2、Co2、H2s及氨；分散型⑤溶解气：地层条件下，溶于石油或水的天然气。油溶气：油藏中溶解的天然气，C2+高，可达40%，水溶气CHOSN微量元素65~80%12~20%二、天然气的化学组成***1.元素组成烃类——CH4为主，数量不等的C2+、C2~C4为主；非烃类——Co2、N2、H2s；2.化合物组成冀中坳陷赵兰庄构造Ek-Es4：高压硫化氢气藏，硫化氢92%；——与地层中含石膏有关济阳坳陷平方王油气田下第三系天然气：二氧化碳63-66%；——与玄武岩与石灰岩接触的加热分解有关普光气田——迄今为止我国规模最大、丰度最高的特大型整装海相气田到2008年预计探明储量将达到5000亿立方米至5500亿立方米，年产能将达到120亿立方米净化气。干气、硫化氢含量高；指在标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的质量之比。0.56-0.90；三、天然气的物理性质***1.相对密度2.粘度n×10-2~10-2mPa·s；P、T、分子量、非烃气含量3.溶解性——易溶于石油难溶于水CH4——0.3m3/m3油0.033m3/m3水水中溶解性——T、气体组分有关油中溶解性——压力、天然气组成、石油性质4.蒸汽压力将气体液化时所需施加的压力；温度——T↑，P↑（相同M）；分子量—M↓，P↑（相同T）；5.临界温度和临界压力临界温度：气相物质能维持液相的最高温度临界压力：在临界温度时，气态物质液化所需最低压力第三节油田水油田水？****广义：指含油气区域内与油气藏有密切联系的地下水，包括油层水和非油层狭义：直接与油层连通的地下水。指油层水一、油田水的赋存状态及来源依据岩石中的蕴藏状态：超毛细管水（自由水）：管形孔隙直径0.5mm，裂缝宽度0.25mm。蕴藏在储集层的超毛细管孔隙中，在重力的作用下可以自由移动和传递静水压力。毛细管水：管形孔直径0.5-0.0002mm，缝宽0.25-0.0001mm。蕴藏在储集层的毛细管孔隙中，当作用于水的外力超过孔隙毛细管力时，水可以流动。微毛细管孔隙（束缚水、吸附水、结合水）：管形孔直径0.0002mm，缝宽0.0001mm。存在于岩石颗粒表面，呈薄膜状被吸附，吸附水层只有几个分子厚，但吸附力极大，可达10000Kg/Cm2。水难以自由运动。气态水：充满于被水饱和的岩石空隙中，通过蒸发和凝结作用，与液态水相互转化，对岩石中的水分配有一定的影响。一、油田水的赋存状态及来源油田水主要有四种来源：沉积水：沉积物堆积的过程中保存在其中的水。渗入水：大气降雨时渗入地下空隙和渗透性岩层中的水。深成水：内生水来源于上地幔及地壳深部、由岩浆游离出来的初生水和变质作用过程中的变质水。转化水：沉积成岩和烃类形成的过程中，粘土矿物转化脱出的层间水及有机质向烃类转化时分解出的水。油田水实际是各种来源的水不同比例的混合，经过一系列复杂的物理化学作用，与油气相伴生的油层水。非油层水：a、上层水；b、夹层水；c、下层水油层水：d、底水；e、边水1.按与油气藏分布位置的关系：油田水与油气藏的关系《背斜型型油气藏中的油田水》《尖灭型油气藏中的油田水》无机组成常量组分微量组分碘、溴、硼、铵、锶、钡有机组成烃类——C1—C4气态烃、液态烃、苯系化合物酚———邻甲酚、甲酚有机酸—环烷酸、脂肪酸、氨基酸气体成分溶解了许多烃类气体和非烃类气体二、油田水的化学组成**几种离子C1-、SO42-、CO32-、HCO3-几十种元素H2S、CO2、N2、HeNa+、K+、Ca2+、Mg2+油田水矿化度三、油田水的矿化度**1.颜色：一般带有颜色、透明度差淡青色淡红色::23sHFe2.相对密度：1（由于含盐类）3.粘度：比纯水高，矿化度↑、温度↓；4.导电性：导电，矿化度及T↑；咸味苦味臭鸡蛋味汽油味石油:味42NaclMgsosH四、油田水的物理性质天然水成因图解CaCl2型：（Cl-Na）/Mg＞1深成水、油田水MgCl2型：＜0（Cl-Na）/Mg＜1海水、盐湖水NaHCO3型：（Na-Cl）/SO4＞1油田水（高矿化度）地表淡水（低矿化度）Na2SO4型：0＜（Na-Cl）/SO4＜1地表淡水五、油田水的分类****苏联水文学家苏林分类：系数