第1章 油气水

第一章石油、天然气和油田水第一节石油一、石油的概念（一）石油（Petroleum）指气态、液态、固态的以烃类为主的混合物，具天然产状。（二）原油（CrudeOil）采至地表的液态石油（petroleum）。（三）烃类（Hydrocarbons）由碳和氢两种原子构成的化合物。（第11届世界石油大会、国际标准化委员会）石油是一种胶体溶液！二、石油的化学成分第一节石油（一）元素组成CHS+N+O微量元素（灰分）84---87%11---14%0.3---7%（一般在1-4%）万分之几或更少•硫是石油中的有害杂质，故含硫量常作为评价石油质量的重要指标。高硫石油：S2%含硫石油:2%S0.5%低硫石油:S0.5%•石油的元素组成与自然界有机物有明显相似性亲缘关系.•V、Ni含量及V/Ni可用于烃源岩有机相确定及油源对比.海相石油与陆相石油V、Ni含量及V/Ni比的差别第一节石油（二）化合物组成（1）烷烃（Alkanes）-通式为CnH2n+2的饱和烃常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）1、烃类化合物（烷烃、环烷烃、芳香烃）Isobutane(C4H10)Propane(C3H8)methane(CH4)甲烷异丁烷丙烷Heptane(C7H16)Pentane(C5H12)Isopentane(C5H12)庚烷异戊烷戊烷石油的正烷烃分布曲线（不同碳原子正烷烃相对含量的分布曲线）•正烷烃同系物是一个连续系列•低分子高分子轮南西部原油的正构烷烃分布曲线管线中的结蜡（C33＋）•碳原子以单键相连成环状的饱和烃。•根据分子中的碳环数目，分单环、双环、三环和多环烷烃。•石油中多为五员环和六员环（分别由5个和6个碳原子组成的环）。第一节石油（2）环烷烃（Naphthene）•密度、熔点与沸点均较碳原子数相同的烷烃高•相对密度小于1环丙烷环戊烷环己烷第一节石油（3）芳香烃（Aromatics）分子中含有苯环的烃类，属不饱和烃。按结构可分为单环芳烃（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）单环芳烃具特殊芳香味，有毒。苯甲苯naphthalenenaphthalene(C10,H8)萘第一节石油（1）含硫化合物•石油中的硫以元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚…等形式出现•石油中的硫主要来自有机物的蛋白质和地层中的含硫酸盐矿物如石膏等，故产于蒸发盆地的石油含硫量较高。•易形成H2S、H2SO4、H2SO3等，对金属管线设备造成腐蚀。2、非烃化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物非烃化合物HydrogenSulphidethiophene(C4H4S)含硫化合物硫化氢噻吩corrosion第一节石油（2）含氮化合物（Nitrogencompounds）•含量一般万分之几－千分之几•金属卟啉类化合物：石油有机成因证据之一（叶绿素血红素）油源对比—V/Ni比值（3）含氧化合物（Oxygencompounds）•含量一般千分之几•石油酸中环烷酸最重要（水化学找油标志）（4）含硫、氮、氧的化合物胶质、沥青质（resinandasphaltene）phenol苯酚（石炭酸）沥青质：深褐至黑色，无定形固体SNNNNVAliphaticlinkGraphiticplatePorphyrinring沥青质分子的可能结构Asphaltene沥青质一个悬浮的沥青质胶束沥青质核胶质和蜡质沥青质的集结当:保护性的胶质“壳”被溶去曝露的核形成了一个不溶的颗粒集结即会发生沥青质沉淀造成的不利影响降低井的产量增高泵压堵塞生产设施防治方法•用溶剂（甲苯、二甲苯等）溶解去除•用机械方法去除•加入分散剂防止沥青质集结分散剂取代围绕核的胶质化学分散剂分子胶束去稳定化沥青质核被稳定沥青质分子被分开Repulsionduetosterichindrance悬浮的沥青质热的管壁流体流动（三）馏份组成（补充）（Fractions）根据各馏份沸点不同进行蒸馏区分（据潘钟祥等，1986）（蒸馏）馏分轻馏分中馏分重馏分石油气汽油C5~11煤油C9~16柴油C13~23重瓦斯油润滑油渣油切割温度℃＜3535-190190-260260-320320-360360-530＞530三.石油的物理性质由化学组成决定。（一）颜色（color）浅黄色～黑，但深色石油居多。无色石油（四川黄瓜山、大港）可能与油气运移中胶质、沥青质被岩石吸附有关。石油的颜色主要取决于沥青质的含量。（二）相对密度相对密度：20℃的石油与4℃纯水单位体积的重量比。D204d20℃：0.75～1.00。也有＞1.0者（伊朗、加州、墨西哥，我国孤岛馆陶组石油：0.93～1.026。前苏联苏拉汉石油0.71）美国：API度（公式见教材P22）（高者轻，低者重）（15.5℃时）1.0相当于API度：10度；（15.5℃时）0.85相当于API度：35度决定因素：1胶质沥青质含量；2大分子烃类含量；3溶解气含量我国以0.82-0.89居多（沥青质少，胶质多，故粘度偏高，密度偏低）重油、轻质油界线：国际—0.934；我国—0.92流动性—产量，开发方式，管线运输决定因素：温度、压力、化学组成，溶解气含量稀油：100mPa.s稠油：100mPa.s普通稠油：100~10000mPa.s特稠油：10000mPa.s~50000mPa.s超稠油：50000mPa.s（四）荧光性（Fluorescence）紫外线照射下发出荧光的性质。多环芳烃及非烃引起发光，饱和烃则不发光。荧光分析（岩屑、薄片）发光强度与石油或沥青质浓度有关。发光颜色依化合物不同而不同。轻质油：浅兰色；胶质多者：绿～黄；沥青质多者：褐色。（三）粘度（Viscosity）0.5mPa.s以下～数十万mPa.s。受温度影响极大，压力加大亦有增加。（五）旋光性当偏光通过石油时，偏光面会旋转一定角度，这种特性称为旋光性。左旋物质，右旋物质；天然石油多为右旋。0.1度~几十分。随含油地层年代增长而减小。（六）溶解性烃类难溶于水，易溶于氯仿，四氯化碳，苯，石油醚等有机溶剂。（七）导电性（Conductivity）高电阻率—电阻率测井原油（正己烷溶解）可溶部分沉淀烃类+胶质沥青质（氧化铝:(or)硅胶柱吸附）（正庚烷冲洗）（苯冲洗）吸附物饱和烃芳烃胶质（尿素络合）（层析分离）（色谱）正构烷烃+异构烷烃单环芳烃双环芳烃多环芳烃环烷烃第二节天然气天然气（广义）：天然存在于自然界的一切气体。如：大气、地表气、沉积岩中的气、宇宙气、火山气。天然气（狭义）：指与油气田有关的以烃类为主的可燃气体。（一）天然气的组成1.元素组成CH为主，少量N+O+S。含量：C~65--80%H~12--20%2.化合物组成（1）烃类气体CH4（Methane）占80--90%重烃气（C2-EthaneC3-PropaneC4-Butane）10%干气（drygas）：CH495%蓝色火焰，少含汽油蒸汽。湿气（wetgas）：含重烃气，黄色火焰。（2）非烃气体N2CO2H2S等，一般含量少，少数例外—脱硫处理：美国：本得隆起二迭系砂岩气藏N2达8.6%中国：广东三水盆地砂头峪气田CO2达99.5%河北赵兰庄油气田孔一段（地层含石膏）H2S达92%第二节天然气（二）天然气的赋存形态（产状）1．气藏气（干气，贫气）：烃类气体单独聚集成藏，不与石油伴生。C1一般大于95%，重烃气含量极少（1—4%）。N2为主的气藏数量＜10%，CO2或H2S为主的气藏＜1%2．气顶气（湿气，富气）：与石油共存于油气藏中，呈游离气顶状态的天然气。重烃气含量可达百分之几—几十（仅次于甲烷）（gascap）3．溶解气（dissolvedgas）：地层条件下溶解在石油和水中的气体。----湿气重烃气含量变化大：20—80%原始溶解气油比变化大：几—上千m3/m3水中溶解气：0.0几～5m3/m34．凝析气（condensategas）：当地下温度压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发形成凝析气。----湿气一般埋深较大（3千—4千米以下），采出过程中反凝析出凝析油。（新疆柯克亚）热裂解生凝析气世界气藏气分布图出现频率：1-50%，2-10%—50%，3-1%—10%，4-0.1%—1%，5-0.1%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%。非烃气比较富集时，可成为非烃气藏，有些可能会造成安全事故。如：济阳坳陷平方王油气田下第三系所产天然气：二氧化碳含量高达63～66%——岩浆活动与石灰岩接触的加热分解有关。广东三水盆地沙头圩的二氧化碳气田，CO2含量高达99.53％。冀中坳陷赵兰庄构造下第三系孔店组－沙河街组四段：高压硫化氢气藏，硫化氢含量高达92％——与地层中含石膏有关.第二节天然气（三）天然气的物理性质1．相对密度：标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的重量比值。0.5~0.7。与分子量成正比。2．粘度：与化学组成及所处的温度、压力有关，0.012mPa.s。分子量增加粘度减小；温度、压力增高，粘度增大。3．蒸气压力：气体液化时所施加的最低压力称蒸气压力。分子量越小，蒸汽压越大。4．溶解性：易溶于石油、较难溶于水（石油中的溶解度10倍于水），与温度、压力有关。5．热值：每立方米天然气燃烧时所发出的热量。与重烃含量有关。热值排序：煤干气石油湿气氢气第三节油田水一、油田水的概念及来源1.油田水(广义):油田区域内或含油气构造内的地下水包括油层水和非油层水(上层下层夹层水)2.油田水(狭义):油田范围内直接与油层连通的地下水边水:油藏外边缘以外，围绕油藏分布的地下水底水:油藏外边缘以内，在下边衬托油藏的地下水油田水的两个主要来源：1.沉积水：在沉积物堆积过程中保存在其中的水。又称原生水。含盐度和化学组成与沉积时的古海（湖）水的特征有密切关系，并受埋藏后的改造作用明显影响。2.渗入水：渗入到地层中的大气降雨及地表水。第三节油田水第三节油田水二、油田水的化学组成无机组分(占绝大部分）有机组分（含量一般很小）基本以离子形式存在Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-烃类气体苯甲苯环烷酸酚（找油的重要水化学标志）钡缌铵溴碘硼…Alberta盆地Nisku地层水中的苯苯的浓度(ppm)距生产井区的距离(英里)未发现的油探井地层水中可检测到的苯和甲苯利用水化学方法直接找油第三节油田水单位体积水中各种离子的总含量称水的矿化度。用mg/L或ppm表示(ppm-重量百万分数;1ppm=百万分之一)换算:mg/L=ppm/水的密度三、油田水的矿化度油田水通常以高矿化度为特征(数万-数十万ppm)地表河水/湖水多为淡水(数百ppm)海水的平均矿化度为35000ppm•矿化度资料可用于研究油气藏保存条件及圈定有利的油气聚集区域•油田水的矿化度常随深度增加而增大地层水矿化度随深度的增大而增高（据Dickey，1979）（美国俄克拉荷马州宾夕法尼亚系Cherokee砂岩）第三节油田水油田水是天然水的一部分。人们常根据水中离子的组合及其比例将水分成不同类型。目前应用较广的是苏林（1946）提出的分类方案。根据这一方案，天然水可分为四种基本水型：四、油田水的类型硫酸钠型(Na2SO4)重碳酸钠型(NaHCO3)氯化镁型(MgCl2)氯化钙型(CaCl2)地表水原生水水型浓度(meq%)比NaNa-ClCl-NaClSO4Mg110110101101苏林分类的主要水型（据Dickey，1986）第三节油田水概括说来，地表水含有SO42-和HCO3-，但却只含很少的Ca2+和Mg2+。因此，阳离子几乎全为Na+。故Na+的毫克当量百分数应近似等于所有阴离子的毫克当量百分数之和：Na+＝