1、第一章第一章 石油、天然气的成分和性质石油、天然气的成分和性质第二篇第二篇 石油和天然气地质学石油和天然气地质学第一节第一节 石油、沥青类概述石油、沥青类概述一、石油沥青类与可燃有机矿产一、石油沥青类与可燃有机矿产石油沥青类：石油、天然气及其固态衍生物。它们由古代的动物、植物遗体演变而来，属有机成因，又具有燃烧能力，总称为可燃有机矿产或可燃有机岩。 可燃有机岩在岩石圈中是沉积岩的一部分。 第一章第一章 石油、天然气的成分和性质石油、天然气的成分和性质第一节第一节 石油、沥青类概述石油、沥青类概述二、可燃有机矿产的元素组成二、可燃有机矿产的元素组成 组成可燃有机岩的主要元素是碳和氢，还含少量的氧
2、、硫、氨等杂质元素。几种可燃有机矿产的主要元素含量表 第一章第一章 石油、天然气的成分和性质石油、天然气的成分和性质第一节第一节 石油、沥青类概述石油、沥青类概述二、可燃有机矿产的元素组成二、可燃有机矿产的元素组成从上表可看出石油与煤在元素组成上的区别： 煤含碳量比石油中多，而氢却比石油中的少；氧在石油中也较少； C/H比值以石油和沥青最小，煤类最大，并且随碳化作用的加剧而增加。 石油的热值比煤类大；因为，碳的热值为34.0MJkg，氢的热值约为1422MJkg，即一个单位的氢所放出的热量是碳的四倍；氧则使可燃矿产的热值降低。第一章第一章 石油、天然气的成分和性质石油、天然气的成分和性质第一节
3、第一节 石油、沥青类概述石油、沥青类概述三、可燃有机矿产分类三、可燃有机矿产分类根据物理状态，可燃有机矿产分为 1)气态可燃矿产：包括纯气田的气体、油藏内与石油伴生的油田气，以及煤型气、泥火山气、沼气等。 2)液态可燃矿产：以石油为代表 3)固态可燃矿产：包括地沥青、地蜡、石沥青等石油衍生物，还有各种煤、油页岩、硫磺等。 第一章第一章 石油、天然气的成分和性质石油、天然气的成分和性质第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质一、石油的化学成分一、石油的化学成分 石油是由各种碳氢化合物与少量杂质组成的液态可燃矿物，主要成分是液态烃 1、石油的元素组成、石油的元素组成 组成石油的化学元素主要是
4、碳、氢、硫、氮、氧。 从国内外一些石油的元素组成看出：一般石油中碳的含量占8487，氢含量为11一14，两者在石油中以烃的形态出现，占石油成分的9799。剩下的硫、氮、氧及微量元素的总含量一般只有14。但是，在个别情况下主要由于硫分增多，这个比例可高达37。第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类组成 碳和氢两种主要元素组成各种碳氢化合物(烃类)存在于石油中，按其本身结构的不同可分为三类： 烷烃 环烷烃 芳香烃 第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类
5、组成 在常温常压下，含一个到四个碳原子(C1C4)的烷烃呈气态，含5个到16个碳原子(C5C16)的正链烷烃呈液态；从17个碳原子(C17)以上的高分子烷烃皆呈固态。 所有烷烃的比重都小于1，几乎不溶于水。 烷烃又名脂肪族烃 通式为CnH2n+2 属饱和烃一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类组成 烷烃分子结构的特点：碳与碳原子都以单链CC相连，排列成直链式。无支链着，为正构烷烃或正烷烃；有支链者，为异构烷烃或异烷烃。如： 烷烃又名脂肪族烃 通式为CnH2n+2 属饱和烃正烷烃： CCCC 异烷烃： 一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类
6、组成 在石油烷烃馏分中，最重要的异烷烃是异戊间二烯型烷烃。其特点是在直链上每四个碳原子有一个甲基支链。 烷烃又名脂肪族烃 通式为CnH2n+2 属饱和烃 在沉积物和原油中，异戊间二烯型烷烃，往往以植烷、姥较烷、陈姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。 一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类组成 烷烃又名脂肪族烃 通式为CnH2n+2 属饱和烃结构式： 一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类组成 环烷烃在分子中含有碳环结构的饱和烃 环烷烃 由许多围成环的多个次甲基(CH 2)组成。 组成环的碳原子数可以是3、4、，相应称为三员环、四员环、。
7、按分子中所含碳环数目，可以分为单环烷烃(通式CnH 2n)、双环烷烃(通式CnH2n2)、三环烷烃(通式CnH2n-4)和多环烷烃。 石油中的环烷烃多为五员环或六员环。 一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类组成 环烷烃在分子中含有碳环结构的饱和烃 结构式： 一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类组成 芳香烃分子中含有苯环结构，属不饱和烃 芳香烃：指具有六个碳原子和六个氢原子组成的特殊碳环苯环的化合物。 根据其结构不同可分为单环、多环、稠环三类芳香烃。 单环芳香烃是指分子中含一个苯环的芳香烃，包括苯及其同系物。 一、石油的化学成分一、石油
8、的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类组成 芳香烃分子中含有苯环结构，属不饱和烃 单环芳香烃是指分子中含一个苯环的芳香烃，包括苯及其同系物例如 苯 甲苯 对二甲苯一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类组成 芳香烃分子中含有苯环结构，属不饱和烃 多环芳香烃是指分子中含两个或多个独立苯环的芳香烃。例如：联苯 三笨甲烷一、石油的化学成分一、石油的化学成分2、石油的烃类组成、石油的烃类组成 芳香烃分子中含有苯环结构，属不饱和烃 稠环芳香烃是指分子中含两个或多个苯环，彼此之间通过共用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。例如： 萘 (nai) 葸 (xi) 菲一、石油的化学成分一
9、、石油的化学成分3、石油的非烃组成、石油的非烃组成 石油中的非烃化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物 含硫化合物 硫在石油中可以呈元素硫(S)、硫化氢(H2S)、硫醇(RSH)、硫醚(RSR/)、二硫化物(RSSR/)、环硫醚 噻吩 及其同系物等形态出现。 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和硫酸等。通常将含硫量大于2的石油称为高硫石油；低于05的称为低硫石油；介于052之间的称为含硫石油。 一、石油的化学成分一、石油的化学成分3、石油的非烃组成、石油的非烃组成 含氮化合物 石油中的含氮化合物包括碱性和非碱性两类。现已从石油中鉴定出的碱性氮化物多为吡啶、哇啉、异哇啉和及其同系
10、物，非碱性氮化物主要是吡咯、卟（ji）啉、咔唑及其同系物。金属卟（ji）啉化合物的分子中包含四个吡咯环，被四个一CH基团相间连结而成，称为族化合物。 一、石油的化学成分一、石油的化学成分3、石油的非烃组成、石油的非烃组成 含氧化合物 氧在石油中均以有机化合物状态存在，可分为：酸性氧化物：如环烷酸、脂肪酸及酚，总称为石油酸；中性氧化物：如醛、酮等，含量极少。一、石油的化学成分一、石油的化学成分 碳、氢、硫、氮、氧五种主要元素在石油中可以构成巨大数量的化合物。不论其数量如何多，但其化学性质都取决于这些元素构成的官能团；每一种官能团都具有特殊的化学特征，在其所连接的各种有机化合物中起着相同的作用。例
11、如C15H3lCOOH(月桂酸)和C17H35COOH(棕榈酸)都因含有羧基(一COOH)而被命名为某种有机酸，这些羧基多以类似方式产生化学反应。一、石油的化学成分一、石油的化学成分常见的官能团一览表 第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质二、石油的物理性质二、石油的物理性质1）颜色 石油的颜色变化范围很大，从白色、淡黄色、黄褐色、深褐色、黑绿色至黑色。 石油的颜色与胶质沥青质含量有关，含量越高颜色越深。 华北、大港油田有的井产白色石油，大庆、胜利、玉门石油均为黑色。 白色石油的形成，可能于运移过程中，带色的胶质和沥青质被岩石吸附有关。 第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质二
12、、石油的物理性质二、石油的物理性质2）比重 石油的比重一般介于0.75一1.00之间。通常将比重大于0.90的石油称为重质石油，小于0.90者称轻质石油。 石油的比重与颜色有一定关系，一般淡色石油的比重小，深色石油的比重大。 第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质二、石油的物理性质二、石油的物理性质3）粘度 粘度：液体在外力作用下，阻止其质点相对移动的能力。 流体粘度愈大，就愈难流动。 石油粘度的变化受温度、压力和石油的化学成分所制约。 随温度升高石油粘度则降低； 压力加大，粘度也随之增加； 高分子碳氢化合物含量高的石抽，粘度也较大 第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质二、石
13、油的物理性质二、石油的物理性质4）荧光性 石油及其大部分产品，在紫外线照射下，均可发光，称为荧光。轻质油的荧光为浅蓝色，含胶质较多的石油呈绿和黄色，含沥青质多的石油或沥青质则为褐色荧光。 第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质二、石油的物理性质二、石油的物理性质5）旋光性 当偏光通过石油时，偏光面会旋转一定角度，这个角度叫偏光角。 凡具有能使偏光面发生旋转的特性，称为旋光性。如偏光面向右转，是右旋物质；向左转，则为左旋物质。第二节第二节 石油的成分和性质石油的成分和性质二、石油的物理性质二、石油的物理性质6）溶解性 石油难溶于水，因此，石油在水中的溶解度很低。但却易溶于许多有机溶剂，例
14、如氯仿、四氯化碳、苯、石油醚、醇等。 第三节第三节 天然气的成分和性质天然气的成分和性质天然气：自然界一切天然生成的气体都可称为天然气它们为各种气体化合物或气态元素的混合物索可洛夫根据存在的环境将天然气分为八大类 大气；表层沉积物中的气体；沉积岩中的气体；海洋中的气体；变质岩中的气体；岩浆岩中的气体；地慢排出气；宇宙气。 第三节第三节 天然气的成分和性质天然气的成分和性质天然气：自然界一切天然生成的气体都可称为天然气它们为各种气体化合物或气态元素的混合物天然气根据产状分为 气藏气气顶气溶解气凝析气固态气体水合物等 第三节第三节 天然气的成分和性质天然气的成分和性质 在石油及天然气地质学界所讲的
15、是狭义的天然气， 指与油田和气田有关的可燃气体，主要成分是气态烃，其中以甲烷为主；多与生物成因有关。 非烃气常为氮气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢及微量惰性气体。 第三节第三节 天然气的成分和性质天然气的成分和性质一、天然气的化学成分一、天然气的化学成分1）气藏气 指基本上不与石油伴生，单独聚集成纯气藏的天然气 ；实质是沼气，以甲烷为主。重烃气含量极少，不超过1一4，属于干气(贫气)。 2）气顶气 指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（乙烷以上为重烃）可达百分之几至几十，仅次于甲烷，属于湿气(富气) 。 第三节第三节 天然气的成分和性质天然气的成分和性质一、天然气的化学成分一
16、、天然气的化学成分3）溶解气 溶于石油或地下水中的天然气。分为油内溶解气和水内溶解气。油内溶解气主要特点是重烃气含量高，有时可达40；水内溶解气的主要成分是甲烷和氮，重烃气和二氧化碳含量一般不超过1012； 第三节第三节 天然气的成分和性质天然气的成分和性质一、天然气的化学成分一、天然气的化学成分4）凝析气 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。一旦采出后，由于地表压力、温度降低而逆凝结为轻质油。第三节第三节 天然气的成分和性质天然气的成分和性质二、天然气的物理性质二、天然气的物理性质 天然气一般无色，可有汽油味或硫化氢味，可燃。 天然气的物理性质有比重、粘度、蒸气压力（将气体液化时所需施加的压力，称为该气体的饱和蒸气压力）、溶解性（天然气溶于石油和水）、热值(每立方米天然气燃烧时所发出的热量，称为热值)。
