石油天然气地质与勘探

(一)元素组成

不同地区,不同时代的石油元素组成比较接近,但也存在一定的差异(表1-1)。组成石油的化学元素主要有碳、氢、氧、硫、氮,其中碳和氢两种元素占绝对优势。

(二)石油的化合物组成

表1-2 石油的化合物组成

烃类 非烃类 烷烃 饱和烃 环烷烃 芳烃 不饱和烃 含硫、氮、氧化合物 (三)石油的馏分组成

表1-3 石油的馏分组成

馏分名称 石油气 轻馏分 汽油 煤油 中馏分 柴油 重瓦斯油 重馏分 润滑油 沸点 <35℃ 35~190℃ 190~260℃ 260~320℃ 320~360℃ 360~530℃ 14~18 19~25 碳原子数 1~4 5~12 12~14 烷烃、环烷烃 烷烃、环烷烃为主,含有芳烃和含S、N、O化合物。 高碳数大分子量环烷烃、芳烃和含S、N、O化合物。 化合物

(四)石油的组分组成

石油分为饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质等组分。

烃类成分含量 S>50% AA<50% S≤50% AA≥50% P>40%,且P>N P≤40%,且N≤40% P<N,且N>40% P>10% P≤10%且N>25% P≤10%且N≤25% 含硫量 石油类型 石蜡型 石蜡-环烷型 二、石油的地球化学分类

注:

<1% 环烷型 >1% <1% >1% 芳香-中间型 芳香-环烷型 芳香-沥青型 令S=饱和烃; P=烷烃(石蜡烃);N=环烷烃,

则 S=P+N;

令 AA=芳烃+含N.S.O化合物(胶质,沥青质)

海陆相石油在石油分类三角图上的分布如图1-12所示,它们在化学成分上有比较明

显的区别,具体表现如下:

(1)海相石油以芳香-中间型和石蜡-环烷型为主,饱和烃占石油的25~70%,芳烃占总烃的25~60%。高硫(含硫量一般大于1%)低蜡(含蜡量小于5%)。钒、镍含量高,且钒/镍比值大于1。

(2)陆相石油以石蜡型为主,部分石蜡-环烷型,饱和烃占石油的60~90%,芳烃占总烃的10~20%。高蜡(含蜡量大于5%)低硫(含硫量一般小于1%)。钒、镍含量较低,且钒/镍比值小于1。

另外,海、陆相石油的碳稳定同位素组成亦有明显的差别。从C/C比值看,一般海相油的比陆相油的高。

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三、石油的物理性质

1.颜色

石油的颜色变化范围很大,在反射光下,它们的颜色从褐色过渡到红色,一直到淡绿黄色。在透射光下,大多数石油是黑色的,但也有淡黄色、无色、黄褐、深褐、黑绿色等。

石油的颜色与胶质-沥青质含量有关,含量越高,颜色越深。

2.密度和相对密度

石油的密度是指单位体积石油的质量(ρo=Go/Vo)。若用单位体积石油的重量表示,即为石油的比重。

开采至地表的石油(即原油)的相对密度,在我国和前苏联是指1atm下,20℃单位体积原油与4℃单位体积纯水的重量比,用d420表示。一般为0.75~0.98,变化较大。通常将d4大于0.92的原油称重质油,介于0.92~0.88之间的为中质油,小于0.88的为轻质油。

在美国,通常用API度(American Petroleum Institute)表示原油的相对密度。而西欧一般用波美度表示原油的相对密度。

API度=

141.5d460F20

?131.5;波美度=

140d460F?130 ; (60°F=15.5℃)

4.粘度(Viscosity)

石油受力发生流动时,其内部分子间有一种内摩擦力阻止分子间的相对运动。石油的这种特征称作石油的粘滞性。其大小用粘度(μ)来度量。石油粘度大,即不易流动。

粘度分为动力粘度、运动粘度和相对粘度三种表示方式。

石油动力粘度的大小取决于石油的化学成分和外界的温度、压力条件。分子小的烷烃、环烷烃含量多,动力粘度就低;而石蜡、胶质、沥青质含量高,粘度就高。随温度升高,动力粘度则降低。

运动粘度为动力粘度与相对密度之比,其单位为m/s。

液体绝对粘度与同温条件下水的绝对粘度之比,称为该液体的相对粘度。通常用恩氏粘度计直接测之,故又称恩氏粘度。

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5.溶解性

石油总体上在水中的溶解度很低,若以碳数相同的分子进行比较,各种成分在水中溶解度由大到小的顺序是:非烃→芳烃→环烷烃→烷烃。

6.荧光性

石油在紫外光的照射下能产生荧光的这种特性,被称作石油的荧光性。

石油的荧光性取决于化合物组成。石油中的多环芳香烃和非烃引起发光,而饱和烃则完全不发光。

7.旋光性

当偏振光通过天然石油时,石油能使其振动面旋转一个角度,石油的这种特性称为旋光性。偏振光振动面的旋转角度称旋光角。石油具有旋光性的原因是:石油中的含氮化合物,甾烷和萜烷等生物标志化合物,常具有手征性碳原子,使石油具有旋光性

7.导电性

石油导电性极差,具高电阻率。

8.凝固点与含蜡量

石油失去流动能力的最高温度,称凝固点。石油具有流动能力的最低温度,称液化点。

第二节 天 然 气

广义上,所谓天然气是指存在于自然界的一切天然生成的气体,即包括不同成分组成、

不同成因、不同产出状态的气体。油气地质上,仅限于地壳上部存在的各种天然气体,其中最主要的研究对象是聚集成油气藏的烃类气体和非烃气体。

一、天然气的化学组分

和油田和气田有关的天然气,主要是气态烃,同时含有数量不等的多种非烃气体。 烃气:主要为C1-C4的烷烃,即甲烷到丁烷。CH4≥95%、C<5%的烃气,称干气,又叫贫气;CH4≤95%、C2+>5%的烃气,称湿气,又叫富气。

非烃气:总量不多,但种类不少,主要有N2、CO2、CO、H2S、H2等气体。还含有微量的惰性气体,如氦气、氩气、氖气等。

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二、天然气的产出状态

地壳中的天然气,依其分布特征可分为分散型和聚集型两大类,依其与石油产出的关系可分为伴生气和非伴生气。

分散型天然气:属非常规天然气,主要包括溶解气、煤层气、固态气水合物等类型。 聚集型天然气:为游离气,包括气藏气、气顶气和凝析气三类。

1.气藏气

圈闭中具有一定规模的单独天然气聚集,即纯气藏中的气体,基本上不与石油伴生。

2.气顶气

系指与石油共存于油气藏中、呈游离气顶状态的天然气。它在成因和分布上均与石油关系密切,重烃气含量高,属于湿气(富气)。

3.凝析气

当地下温度、压力超过临界条件后,液态烃逆蒸发而形成的气体,称为凝析气。采至地面过程中,随着温度、压力下降,这部分气可凝结析离成轻质油,称凝析油(Condensates)。凝析油占到一定比例(例我国:>30g/m3)的气藏,即成为凝析气藏,如我国黄骅坳陷板桥油田的凝析气藏。

第三节 油 田 水

油田水是指油气田范围内直接与油层连通的地下水,即油层水。

一、油田水的来源

一般认为,油田水的来源主要有4种:沉积水、渗入水、深成水、转化水。

二、油田水的矿化度

矿化度是指单位体积水中所含溶解状态的固体物质总量。即单位体积水中各种离子,元素及化合物总含量。用g/l、mg/l、ppm(百万分之一)表示。

油田水以具有高矿化度为特征。

三、油田水的化学组成

1.无机组成

油田水的无机组成主要由Na+(包括K+)、Ca2+、Mg2+和Cl—、SO42—、HCO3—(包括CO3)等阳、阴离子构成,另外还含有几十种微量元素。

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2.有机组成

油田水中常见的有机组成有烃类、酚和有机酸。

3.气体成分

水中的气体成分呈溶解状态。油田水中常见的气体有烃气和非烃气两大类,烃类气体以甲烷为主,另外还有乙烷等重烃气体;非烃气种类较多,如二氧化碳、硫化氢等气体。含重烃气体是油田水的主要特征。

四、油田水的类型

表1-7 苏林的天然水成因分类表(转引自张厚福等,1999) 水的类型 成因系数(以毫克当量%表示浓度比) Na/Cl (Na-Cl)/SO4 (Cl-Na)/Mg

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