1、主讲教师：王顺玉主讲教师：王顺玉石石 油油 地地 质质 学学 基基 础础西南石油学院资源与环境学院西南石油学院资源与环境学院（下篇）（下篇）第七章第七章 石油、天然气与油田水石油、天然气与油田水原油的组成及性质原油的组成及性质天然气的组成及性质天然气的组成及性质地下水的性质和组成地下水的性质和组成第七章第七章 石油、天然气与油田水石油、天然气与油田水 石油石油（PetroleumPetroleum）是指从地下深处开采出来的多组分混合物，）是指从地下深处开采出来的多组分混合物，其主要组成是烃类（烷烃、环烷烃、芳香烃），其次是数量不多其主要组成是烃类（烷烃、环烷烃、芳香烃），其次是数量不多但很有意
2、义的非烃组分（含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物、但很有意义的非烃组分（含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物、胶质和沥青质）。根据石油在地下存在的相态，可以把石油分为：胶质和沥青质）。根据石油在地下存在的相态，可以把石油分为：天然气天然气（gasgas）：在标准的温度和压力条件下（）：在标准的温度和压力条件下（760mmHg760mmHg，15.6 15.6）不凝结，以气态的形式存在；）不凝结，以气态的形式存在；凝析油凝析油（condensatecondensate）：在地层条件即地下一定温度和压力条件）：在地层条件即地下一定温度和压力条件下呈气态，在地面常温、常压条件下反凝析呈液态；下呈气态，
3、在地面常温、常压条件下反凝析呈液态；原油原油（crude oilcrude oil）：在地层条件和地面条件下均呈液态存在。）：在地层条件和地面条件下均呈液态存在。一般来讲，石油都有相似性，但石油的化学组成是不固定的，一般来讲，石油都有相似性，但石油的化学组成是不固定的，不同地区、不同层位的石油在物理、化学性质上又存在较大的差不同地区、不同层位的石油在物理、化学性质上又存在较大的差异，主要受有机母质类型、热演化程度和油气成藏后的次生变化异，主要受有机母质类型、热演化程度和油气成藏后的次生变化作用的影响作用的影响。一、原油的组成一、原油的组成1、元素组成、元素组成 世界上各油田所产原油的性质虽然千
4、差万别，但它们的元素组世界上各油田所产原油的性质虽然千差万别，但它们的元素组成是一致的，基本是由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成，而成是一致的，基本是由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成，而且主要是碳和氢。它们在原油中含量的一般范围是：且主要是碳和氢。它们在原油中含量的一般范围是：碳碳 83.087.0 氢氢 11.014.0 硫硫 0.058.00 氮氮 0.022.00 氧氧 0.052.00 除碳、氢、硫、氮、氧外，原油中还含有微量的金属和非金属除碳、氢、硫、氮、氧外，原油中还含有微量的金属和非金属元素，它们的含量一元素，它们的含量一 般只是百万分之几甚至十亿分之几。般只是百万分之几甚至十亿分
5、之几。微量微量金属元素金属元素30多种多种,有有 Fe、Al、V、Ni。第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质 第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质2、原油的、原油的化学组成化学组成 在原油的化学组成中，按照化学结构可分为：在原油的化学组成中，按照化学结构可分为：烃类烃类(Hydrocarbon)：指全部由氢和碳原子构成的化合物指全部由氢和碳原子构成的化合物(CH4，C2H6.)烷烃、环烷烃、芳香烃烷烃、环烷烃、芳香烃 P cR c2 co s第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质(1)烷烃：烷烃：属饱和烃（属饱和烃（CnH2n+2）C14气态气态，C516液态液态，
6、C17+固态固态 A.正构烷烃正构烷烃 属直链烃属直链烃 -C-C-C-C-在原油中正构烷烃的含量是较高的，其含量一般为在原油中正构烷烃的含量是较高的，其含量一般为1520。原油中已检测出原油中已检测出C1C40的各种正构烷烃。的各种正构烷烃。含量高低取决于：含量高低取决于：（1）生成条件生成条件原始有机质的性质。原始有机质的性质。（2）烃源岩的热演化程度。）烃源岩的热演化程度。Heptane(C7H16)Pentane(C5H12)Propane(C3H8)第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质B.异构烷烃异构烷烃 属侧链烃属侧链烃 在中等分子量范围内最重要的异构烷烃是异戊二烯类烷烃
7、，在中等分子量范围内最重要的异构烷烃是异戊二烯类烷烃，它们是它们是C9C25的异构烷烃，每隔三个碳原子有一个甲基支链，的异构烷烃，每隔三个碳原子有一个甲基支链，含量常占原油的含量常占原油的1。最重要的是：最重要的是：异戊二烯型烷烃异戊二烯型烷烃（植烷，姥鲛烷）（植烷，姥鲛烷）称谓称谓 指纹化合物指纹化合物 同源石油所含的异戊二烯型烷烃的类型和含同源石油所含的异戊二烯型烷烃的类型和含量非常相似。量非常相似。IsopentaneIsobutane(C4H10)第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质(2).环烷烃化合物环烷烃化合物 A.概念概念:具有三个碳原子以上，单链具有三个碳原子以上，单
8、链相连，呈闭合环状结构的烃类称环相连，呈闭合环状结构的烃类称环烷烃。烷烃。有有:单环单环 双环双环 多环多环 B.分布分布：在碳数小于：在碳数小于10的轻馏分中，的轻馏分中，环己烷、环戊烷及其衍生物是石油环己烷、环戊烷及其衍生物是石油的重要组分，特别是甲基环己烷和的重要组分，特别是甲基环己烷和甲基环戊烷常常是最丰富的。中等甲基环戊烷常常是最丰富的。中等到重馏分（到重馏分（C10C35）的环烷烃一般）的环烷烃一般由由15个五员环和六员环组成。其个五员环和六员环组成。其中单环和双环烷烃占环烷烃总量的中单环和双环烷烃占环烷烃总量的5055，三环烷烃占，三环烷烃占20。四。四环和五环环烷烃平均占碳数大
9、于环和五环环烷烃平均占碳数大于10的环烷烃的的环烷烃的25，它们的结构与四，它们的结构与四环甾族化合物和五环三萜烷直接相环甾族化合物和五环三萜烷直接相关。关。cyclohexane第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质(3).芳香烃化合物芳香烃化合物 概念概念：具有六个碳原子和六个氢原子组成的特殊碳环：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。苯环的化合物。类型及含量类型及含量：单环型：单环型苯苯 甲苯甲苯 对二甲苯；对二甲苯；多环型多环型联苯联苯 三苯甲烷；三苯甲烷；稠环稠环萘萘 蒽蒽 菲，含二个或多个苯环，共用二个相邻碳原子稠合而成。其中菲，含二个或多个苯环，共用二个相
10、邻碳原子稠合而成。其中13环的苯、萘和菲系列含量最高，占芳香馏分的环的苯、萘和菲系列含量最高，占芳香馏分的70左右，而四环以上的左右，而四环以上的芳烃仅占不到芳烃仅占不到10。naphthalene第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质非烃类非烃类原油中，氧、氮、硫三种元素的质量分数一般仅为原油中，氧、氮、硫三种元素的质量分数一般仅为2左右，但其左右，但其化合物却达化合物却达1020，甚至更多。主要集中在原油的高沸点馏分中。原油，甚至更多。主要集中在原油的高沸点馏分中。原油中非烃主要有：含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物。中非烃主要有：含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物。（1）含硫化合
11、物：有害物质，对机器、管道、油罐、炼塔）含硫化合物：有害物质，对机器、管道、油罐、炼塔腐蚀。腐蚀。所有原油中都含有一定量的硫，但不同原油的含硫量相差很大，从万分所有原油中都含有一定量的硫，但不同原油的含硫量相差很大，从万分之几到百分之几。原油中有机硫化物已鉴定出之几到百分之几。原油中有机硫化物已鉴定出250种。除元素硫以外，主要以种。除元素硫以外，主要以硫醇、硫醚和噻吩类等出现硫醇、硫醚和噻吩类等出现评价石油质量的重要指标：评价石油质量的重要指标：含量含量 2%高硫原油高硫原油 （碳酸盐岩（碳酸盐岩 膏盐岩含油层）膏盐岩含油层）0.5 2%含硫原油含硫原油 0.5%低硫原油低硫原油 （砂岩地层
12、）（砂岩地层）thiophene(C4H4S)Sulphur Compounds第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质（2）含氮化合物：）含氮化合物：原油中的氮含量通常在原油中的氮含量通常在0.050.5范围内。原油中的范围内。原油中的氮含量是随馏分沸程的升高而增加的。原油中氮约有氮含量是随馏分沸程的升高而增加的。原油中氮约有90存在于渣油中。存在于渣油中。对于原油中的含氮化合物，尤其是较重馏分中的含氮化对于原油中的含氮化合物，尤其是较重馏分中的含氮化合物，由于在分离和鉴定上的困难，迄今尚未完全弄清楚，合物，由于在分离和鉴定上的困难，迄今尚未完全弄清楚，一般按酸碱性分为碱性和非碱性两大
13、类。对碱性含氮化合一般按酸碱性分为碱性和非碱性两大类。对碱性含氮化合物研究较多，已鉴定出大约物研究较多，已鉴定出大约80多种单体化合物，主要是吡多种单体化合物，主要是吡啶、喹啉、异喹啉的同系物和卟啉。啶、喹啉、异喹啉的同系物和卟啉。卟啉卟啉化合物是石油有化合物是石油有机成因的重要生物标志物。中性含氮化合物有吡咯、吲哚、机成因的重要生物标志物。中性含氮化合物有吡咯、吲哚、咔唑的同系物等。咔唑的同系物等。用途：石油有机成因证据之一。用途：石油有机成因证据之一。第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质（3）含氧化合物：）含氧化合物：大多数原油中的含氧量在大多数原油中的含氧量在0.11.0之间，
14、个别的达之间，个别的达3.0。主要有：醇。主要有：醇（ROH）、酚（）、酚（ArOH）、醚（）、醚（ROR）、醛（）、醛（RCOH）、酮）、酮（RCOR）和酸（）和酸（RCOOH）。原油中含氧化合物主要是酸性含氧化）。原油中含氧化合物主要是酸性含氧化合物，其中环烷酸最多，占酸性物质合物，其中环烷酸最多，占酸性物质90以上。以上。地层水和原油中酸性含氧化合物对储集层次生孔隙的形成具有重要的意义。地层水和原油中酸性含氧化合物对储集层次生孔隙的形成具有重要的意义。通常认为岩石次生孔隙的形成与地层水的酸性有关。研究表明低分子有机酸通常认为岩石次生孔隙的形成与地层水的酸性有关。研究表明低分子有机酸的酸性
15、明显较的酸性明显较CO2高。高。Oxygen Compounds第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质 3、族组成、族组成 饱和烃：饱和烃：芳香烃：芳香烃：胶质：胶质：胶质多为棕黄色到黑色的粘稠状液体和半固体。可溶于低胶质多为棕黄色到黑色的粘稠状液体和半固体。可溶于低分子量的正构烷烃和苯、石油醚、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶分子量的正构烷烃和苯、石油醚、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂，分子量一般在剂，分子量一般在5001200之间，其中氧占之间，其中氧占28，硫占，硫占0.55，氮占，氮占2左右。相对密度为左右。相对密度为11.1。胶质有很强的着色。胶质有很强的着色能力，原油的颜色主要是由
16、胶质引起的。主要由缩合芳香烃和环能力，原油的颜色主要是由胶质引起的。主要由缩合芳香烃和环烷烃组成，部分是杂环，环间由脂肪链联结烷烃组成，部分是杂环，环间由脂肪链联结。沥青质沥青质：沥青质多为脆性固体黑色粉末，不溶于低分子量的正：沥青质多为脆性固体黑色粉末，不溶于低分子量的正构烷烃，但可溶于苯、石油醚、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂，构烷烃，但可溶于苯、石油醚、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂，其分子量在其分子量在100010000之间。其元素组成与胶质无多大差别，之间。其元素组成与胶质无多大差别，主要是主要是O、S、N等杂原子含量更高。沥青质结构是多环的，以缩等杂原子含量更高。沥青质结构是多环的，以
17、缩合芳香核为主，它们形成的沥青质质点，大小在合芳香核为主，它们形成的沥青质质点，大小在50100之间。之间。第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质 Asphaltene 第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质二、石油的类型二、石油的类型第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质（一）颜色（一）颜色（color）浅黄色黑，但深色石油居多。黑色金子。浅黄色黑，但深色石油居多。黑色金子。烃类组成（轻质，重质成分含量），重质油、稠油色深，凝析油、轻质油色浅。烃类组成（轻质，重质成分含量），重质油、稠油色深，凝析油、轻质油色浅。（二）相对密度（二）相对密度（Gravity）相对密度：
18、相对密度：20的石油与的石油与5纯水单位体积的重量比。纯水单位体积的重量比。D204d20：0.751.00，也有，也有1.0者（伊朗、加州、墨西哥，我国孤岛馆陶组石油：者（伊朗、加州、墨西哥，我国孤岛馆陶组石油：0.931.026。前苏联苏拉汉石油。前苏联苏拉汉石油0.71）美国：美国：API度度=141.5/d（15.5）-131.5 （高者轻，低者重）（高者轻，低者重）（15.5时）时）1.0相当于相当于API度：度：10度；（度；（15.5时）时）0.85相当于相当于API度：度：35度度决定因素决定因素：1 胶质胶质 沥青质含量；沥青质含量；2 大分子烃类含量；大分子烃类含量；3 溶
19、解气含量溶解气含量重油、轻质油界线：国际重油、轻质油界线：国际0.934；我国；我国0.92；（三）粘度（三）粘度（Viscosity）0.5mPa.s以下数十万以下数十万mPa.s。受温度影响极大，压力加大亦有增加。受温度影响极大，压力加大亦有增加。决定因素决定因素：组成，溶解气含量：组成，溶解气含量稀油：稀油：100mPa.s普通稠油：普通稠油：10010000mPa.s特稠油：特稠油：10000mPa.s50000mPa.s超稠油：超稠油：50000mPa.s三、石油的物理性质三、石油的物理性质 第一节第一节 原油的组成及性质原油的组成及性质（四）荧光性（四）荧光性（Fluorescen
20、ceFluorescence）紫外线照射下发光紫外线照射下发光荧光。荧光。多环芳烃及非烃引起发光，饱和烃则不发光。多环芳烃及非烃引起发光，饱和烃则不发光。荧光分析荧光分析（十分（十分灵敏）灵敏）轻质油：浅兰色；胶质多者：绿黄；沥青质多者：褐色。轻质油：浅兰色；胶质多者：绿黄；沥青质多者：褐色。（五）旋光性（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。光性。左旋物质，右旋物质，天然石油多为右旋。左旋物质，右旋物质，天然石油多为右旋。0.10.1度度几十分。几十分。（五）溶解性（五）溶解性 烃类难溶于水，易溶于氯仿，
21、四氯化碳，苯，石油醚等有机溶烃类难溶于水，易溶于氯仿，四氯化碳，苯，石油醚等有机溶剂。剂。（六）导电性（六）导电性（ConductivityConductivity）高电阻率高电阻率电阻率测井电阻率测井 第二节第二节 天然气的组成及性质天然气的组成及性质一、天然气的组成一、天然气的组成1.元素组成元素组成 C、H 为主，少量为主，少量 N、O、S。含量：含量：C 65-80%H12-20%2.化合物组成化合物组成 烃类烃类：通常甲烷占绝对优势，并有数量不等的重烃气（：通常甲烷占绝对优势，并有数量不等的重烃气（C2+），），但在某些原油伴生气（气顶气和油溶气）中，重烃气含量可以超但在某些原油伴生
22、气（气顶气和油溶气）中，重烃气含量可以超过甲烷。重烃气（过甲烷。重烃气（C2+）中以乙烷和丙烷最为常见，含量亦高，）中以乙烷和丙烷最为常见，含量亦高，碳数大于碳数大于4的重烃气含量较低，在多数情况下含量随碳数的增加的重烃气含量较低，在多数情况下含量随碳数的增加而减少。而减少。干气（干气（dry gas）：）：CH4 95%蓝色火焰，少含汽油蒸汽。蓝色火焰，少含汽油蒸汽。湿气（湿气（wet gas）：含重烃气，黄色火焰。）：含重烃气，黄色火焰。第二节第二节 天然气的组成及性质天然气的组成及性质 非烃非烃：CO2、N2、H2S、H2、CO、SO2、Hg等以及微量等以及微量的惰性气体（氦、氖、氩、氪
23、、氙等），有时还含有少的惰性气体（氦、氖、氩、氪、氙等），有时还含有少量的有机硫、氧、氮化合物。量的有机硫、氧、氮化合物。一般含量少，少数例外一般含量少，少数例外，如：，如：美国美国:本得隆起本得隆起 二迭系砂岩气藏二迭系砂岩气藏 N2 达达8.6%（Nitrogen）中国中国:广东广东 三水盆地三水盆地 砂头峪气田砂头峪气田 CO2达达99.5%（Carbon dioxide）河北河北 赵兰庄油气田赵兰庄油气田 孔一段孔一段 H2S 达达92%（Hydrogen sulfide）第二节第二节 天然气的组成及性质天然气的组成及性质1 1气藏气气藏气（干气，贫气）：烃类气体单独聚集成藏，不与石油
24、伴生。（干气，贫气）：烃类气体单独聚集成藏，不与石油伴生。C C1 1一般大于一般大于95%95%，重烃气含量极少（，重烃气含量极少（14%14%）。）。N N2 2为主的气藏数量为主的气藏数量10%10%，COCO2 2或或H H2 2S S为主的气藏为主的气藏1%1%我国天然气储量规范：我国天然气储量规范：H H2 2S S0.5%0.5%，COCO2 25%5%，HeHe0.1%0.1%，都要计算其储量，都要计算其储量2 2气顶气气顶气（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。（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。重烃含量可达百分之几重烃含量可
25、达百分之几几十（仅次于甲烷）（几十（仅次于甲烷）（gas capgas cap）3 3溶解气溶解气（dissolved gasdissolved gas）：地层条件下溶解在石油和水中的气体。）：地层条件下溶解在石油和水中的气体。-湿气湿气重烃含量变化大：重烃含量变化大：2080%2080%原始溶解气油比变化大：几原始溶解气油比变化大：几上千上千m m3 3/m/m3 3水中溶解气应注意：水中溶解气应注意：0.00.0几几5m5m3 3/m/m3 3 压力压力 溶解度溶解度，矿化度，矿化度 溶解度溶解度。4 4凝析气凝析气（condensate gascondensate gas）：当地下温度压
26、力超过临界条件后，液态烃逆蒸）：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。发形成凝析气。-湿气，采出过程中反凝析出凝析油。湿气，采出过程中反凝析出凝析油。5 5天然气水合物天然气水合物甲烷水合物，高压、一定温度下：甲烷分子封闭在水分子所形成的固体晶格中甲烷水合物，高压、一定温度下：甲烷分子封闭在水分子所形成的固体晶格中（油藏物理（油藏物理P123124P123124页）页）-冰冻甲烷冰冻甲烷6 6水溶气水溶气二、天然气的赋存形态二、天然气的赋存形态 第二节第二节 天然气的组成及性质天然气的组成及性质三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质1 1密度密度：标准状况下，单位体积天然气与
27、同体积空气的重量比：标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的重量比值。值。0.50.7g/cm0.50.7g/cm3 3。2 2粘度粘度:与化学组成及所处的温度、压力有关，与化学组成及所处的温度、压力有关，0.012mPa.s0.012mPa.s。分子量增加粘度减小；温度、压力增高，粘度增大。分子量增加粘度减小；温度、压力增高，粘度增大。3 3蒸气压力蒸气压力:气体液化时所施加的最低压力称蒸气压力。分子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。量越小，蒸汽压越大。4 4溶解性溶解性:易溶于石油和水，与温度、压力有关。易溶于石油和水，与温度、压力有关。5 5热值热值:每立方米
28、天然气燃烧时所发出的热量。与重烃含量有每立方米天然气燃烧时所发出的热量。与重烃含量有关。关。热值排序：煤热值排序：煤 干气干气 石油石油 湿气湿气 11110海水海水氯化镁型氯化镁型101深层水深层水氯化钙型氯化钙型01第八章第八章 油气的生成油气的生成 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况 生成油气的原始物质生成油气的原始物质 油气生成的地质环境油气生成的地质环境 有机质向油气转化的能源条件有机质向油气转化的能源条件 油气生成的热演化模式油气生成的热演化模式 第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况一、无机成因论一、无机成因论 石油工业发展早期，从纯化学角度出发，认为石油是
29、无机石油工业发展早期，从纯化学角度出发，认为石油是无机成因的。无机成同说大致可归纳为两类：一类是地深成因成因的。无机成同说大致可归纳为两类：一类是地深成因说，认为轻类形成于地球深处；另一类是宇宙成因说，认说，认为轻类形成于地球深处；另一类是宇宙成因说，认为烃类早在地球形成的宇宙阶段即已形成。其主要依据：为烃类早在地球形成的宇宙阶段即已形成。其主要依据：实验室中，从无机物制得了烃类。如门捷列夫用盐酸加实验室中，从无机物制得了烃类。如门捷列夫用盐酸加在含锰生铁上获得烃类；在含锰生铁上获得烃类；天体光谱分析，有碳、氢和烃类；天体光谱分析，有碳、氢和烃类；火山喷出气体、岩浆岩的包裹体中含烃；火山喷出气
30、体、岩浆岩的包裹体中含烃；陨石中鉴定出烃类。陨石中鉴定出烃类。尽管这些依据都是事实，但无机成因论者的尽管这些依据都是事实，但无机成因论者的致命点致命点是脱离是脱离了地质条件来讨论油气的成因，而且将宇宙中发现的简单了地质条件来讨论油气的成因，而且将宇宙中发现的简单烃与地球上组成复杂的石油等同起来。烃与地球上组成复杂的石油等同起来。第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况二、有机成因论二、有机成因论 随着油气勘探和生油研究不断深入，无机成因论逐步为有机随着油气勘探和生油研究不断深入，无机成因论逐步为有机成因论所代替。有机成因论的主要论据：成因论所代替。有机成因论的主要论据：世界上世界
31、上90%以上的石油产于沉积岩区；而与沉积岩无关的大片以上的石油产于沉积岩区；而与沉积岩无关的大片岩浆岩、变质岩区没有产出石油；少量工业油流的岩浆岩、变质岩浆岩、变质岩区没有产出石油；少量工业油流的岩浆岩、变质岩都与沉积岩毗邻；岩都与沉积岩毗邻；介壳灰岩及其晶洞和泥岩中的砂岩透镜体这些封闭空间中所含介壳灰岩及其晶洞和泥岩中的砂岩透镜体这些封闭空间中所含的油气，只能来源于沉积岩中有机质；的油气，只能来源于沉积岩中有机质；油气中先后鉴定出很多与活生物体有关的生物标志化合物；油气中先后鉴定出很多与活生物体有关的生物标志化合物；油气中烃类与生物体中类脂物、沉积有机质在元素组成、化学油气中烃类与生物体中类
32、脂物、沉积有机质在元素组成、化学成分及结构上都存在着相似性和连续性。实验室中模拟地下条件，成分及结构上都存在着相似性和连续性。实验室中模拟地下条件，从多种有机质中获得了烃类。从多种有机质中获得了烃类。总之，油气的有机成因说，由于充分考虑了油气的生成和产出的地质、地球总之，油气的有机成因说，由于充分考虑了油气的生成和产出的地质、地球化学条件。深入对比了油气及有机质的组成特征，因此，更能说明油气的成化学条件。深入对比了油气及有机质的组成特征，因此，更能说明油气的成因。为绝大多数石油地质，地球化学工作者所接受。现代研究证明，部分天因。为绝大多数石油地质，地球化学工作者所接受。现代研究证明，部分天然气
33、则很可能是无机成因的然气则很可能是无机成因的。在油气生成的机理和时间上，亦有在油气生成的机理和时间上，亦有早期生成论早期生成论和和晚期生成论晚期生成论之争。之争。第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况 晚期成油论的主要依据晚期成油论的主要依据：世界油气的分布有一定的深度范围，太浅、太深都很少。世界油气的分布有一定的深度范围，太浅、太深都很少。第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况据哈尔布蒂据哈尔布蒂(1970)(1970)统计，全世界统计，全世界266266个个“巨型巨型”油田（可采储量油田（可采储量5 5亿桶），亿桶），其产层深度为：其产层深度为：产层深度（米
34、）产层深度（米）占占“巨型巨型”油田总储量的油田总储量的 600 1 2400 13 2400 13根据兰迪斯根据兰迪斯(1967)(1967)统计，在统计，在1949194919651965年期间发现的产层深度年期间发现的产层深度45704570米的油米的油气田，其中气田，其中4/54/5是凝析气田和干气田。是凝析气田和干气田。世界油气分布与地温的关系更加密切世界油气分布与地温的关系更加密切。据统计，世界上。据统计，世界上9999的油田，油藏温的油田，油藏温度度148.9148.9，其中，其中 油藏温度油藏温度 121121 湿气、凝析油藏温度湿气、凝析油藏温度 121 121149149
35、干气藏温度干气藏温度 149 149177 177 工业性气藏很少工业性气藏很少 177 177204204 无工业性气藏无工业性气藏 204204世界油气分布的温度，又随生油层的年代而变化世界油气分布的温度，又随生油层的年代而变化。第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况 晚期成油论的意义晚期成油论的意义 提出了生油岩提出了生油岩“成熟度成熟度”的概念；指出石油的生成需的概念；指出石油的生成需要一定的温度；生油过程有阶段性；从而区分出未要一定的温度；生油过程有阶段性；从而区分出未成熟生油层与成熟生油层、过成熟生气层；并且提成熟生油层与成熟生油层、过成熟生气层；并且提出了一套划分
36、成熟度的指标；出了一套划分成熟度的指标；预测一个盆地能找到油还是能找到气，如是根本没预测一个盆地能找到油还是能找到气，如是根本没有成熟生油层，找油希望甚小；有成熟生油层，找油希望甚小；根据不同演化阶段的生油率，更精确地计算生油量。根据不同演化阶段的生油率，更精确地计算生油量。第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况 干酪根热降解成油论干酪根热降解成油论 依据：依据：现代沉积物中干酪根多；古代岩石中干酪根少，因现代沉积物中干酪根多；古代岩石中干酪根少，因为消耗于生成石油为消耗于生成石油。据测定：据测定：55个现代沉积物的干酪根含量为个现代沉积物的干酪根含量为9597；烃类；烃类含量
37、含量65ppm；791个古代页岩的干酪根含量为个古代页岩的干酪根含量为 90；烃类含量；烃类含量300ppm；289个古代碳酸盐岩的干酪根含量为个古代碳酸盐岩的干酪根含量为65；烃类含量；烃类含量340ppm；第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况元素组成元素组成干酪根干酪根沥青沥青原油原油变化变化O，%820.5 脱去脱去O、N、SS，%542.0N，%210.5C，%798384富集富集C特别富集特别富集HH，%61013H/C原子比原子比0.911.451.86 从干酪根到可溶沥青到原油，元素组成有规律地递从干酪根到可溶沥青到原油，元素组成有规律地递变，说明它们之间有成因
38、联系。变，说明它们之间有成因联系。第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况在自然剖面上可观察到；随理深增大、温度压力增高，干酪在自然剖面上可观察到；随理深增大、温度压力增高，干酪根逐渐因消耗于生油而减少，根逐渐因消耗于生油而减少，MAB抽提物也减少，含抽提物也减少，含O、N、S化合物略有增多，特别是到了一定深度，烃类明显增多，这化合物略有增多，特别是到了一定深度，烃类明显增多，这是干酪根生油的自然实例。是干酪根生油的自然实例。第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况实验室同样模拟出干酪根生成石油的过程。干酪根实验室同样模拟出干酪根生成石油的过程。干酪根在人工加温热降
39、解过程中，先是生成液态烃，然后在人工加温热降解过程中，先是生成液态烃，然后液态烃裂解，生成气态烃。液态烃裂解，生成气态烃。法国石油研究院人工加热现代沉积物中的干酪根实验结果（以产物占干酪根质量分数表示）加热温度加热温度加热时间加热时间h干酪根固体残余干酪根固体残余物，物，液态烃液态烃气态产物气态产物15020025031035041055555592.482.477.965.165.356.51.53.23.86.06.62.76.114.118.328.928.140.8第一节第一节 油气成因理论研究概况油气成因理论研究概况干酪根热降解成油理论干酪根热降解成油理论在生物化学作用阶段，各种有机
40、碎片结合成不同类型的不溶在生物化学作用阶段，各种有机碎片结合成不同类型的不溶“干酪根干酪根”；在成岩作用阶段和深成作用阶段早期，随着温度升高，干酪根核与核之间或在成岩作用阶段和深成作用阶段早期，随着温度升高，干酪根核与核之间或核外的桥键，先沿核外的桥键，先沿“薄弱环节薄弱环节”即即O ON N一一S S等极性键断开，然后是脂链发生等极性键断开，然后是脂链发生断裂；沥青和烃类脱离干酪根核的束缚，从不溶转入可溶状态，断裂；沥青和烃类脱离干酪根核的束缚，从不溶转入可溶状态，“游离游离”在生油岩中成为在生油岩中成为“原始原始”的石油烃和的石油烃和“游离游离”沥青组份；沥青组份；深成作用阶段后期和变质阶
41、段的更高温度下，游离沥青继续脱去深成作用阶段后期和变质阶段的更高温度下，游离沥青继续脱去ONONS S等等杂原子，烃类则从长链断裂成短键，最终变成杂原子，烃类则从长链断裂成短键，最终变成CHCH4 4气体；与此同时，干酪根气体；与此同时，干酪根的核则不断缩合，最后只剩下碳原子，变成石墨的核则不断缩合，最后只剩下碳原子，变成石墨两极分化。两极分化。干酪根热降解成油论在油气勘探中的应用干酪根热降解成油论在油气勘探中的应用不同类型干酪根的热降解产物不同。例如本质素单体，一般热降解最易生成不同类型干酪根的热降解产物不同。例如本质素单体，一般热降解最易生成 C C1 1C C3 3的气态烃；的气态烃；不
42、同类型干酪根生成的油化学组成也不同；不同类型干酪根生成的油化学组成也不同；不同类型干酪根的成熟门限及成油带厚薄、成气带深浅部不同；不同类型干酪根的成熟门限及成油带厚薄、成气带深浅部不同；不同类型干酪根的生油潜力不同。不同类型干酪根的生油潜力不同。因此，在油气资源评价中必须区分生油岩的干酪根和母质类型，以使预测因此，在油气资源评价中必须区分生油岩的干酪根和母质类型，以使预测找油找气潜力，分别计算生油量和生气量。找油找气潜力，分别计算生油量和生气量。第二节第二节 生成油气的原始物质生成油气的原始物质一、沉积有机质的形成和分布一、沉积有机质的形成和分布 脂类脂类脂肪酸和醇脂肪酸和醇 蛋白质蛋白质氨基
43、酸氨基酸 碳水化合物碳水化合物糖糖 木质素木质素芳香酸、酚等芳香酸、酚等 有机物质分解中的产物富含活泼官能团，如：有机物质分解中的产物富含活泼官能团，如：OH、COOH等，因此分解产物相互作用合成新的物质是必然的结果。等，因此分解产物相互作用合成新的物质是必然的结果。在演化过程中，有机质中在演化过程中，有机质中C增加，增加，O减少，芳香核的缩合程度增减少，芳香核的缩合程度增加，分子量增大，逐渐形成不溶于酸、和碱及有机溶剂的中性有加，分子量增大，逐渐形成不溶于酸、和碱及有机溶剂的中性有机聚合物，这个过程称为非溶解作用机聚合物，这个过程称为非溶解作用。脂类脂类 生物当作能源利用，从而参加了生物圈有
44、机碳的再循环生物当作能源利用，从而参加了生物圈有机碳的再循环 生物有机质生物有机质 蛋白质蛋白质 经过物理一化学作用而变为简单的分子，如经过物理一化学作用而变为简单的分子，如CO2、H2O等等的化学组成的化学组成 碳水化合物碳水化合物 进入沉积物中形成沉积有机质，没有经历完全的再循环和进入沉积物中形成沉积有机质，没有经历完全的再循环和 木质素木质素 物理一化学分解，占生物原始数量的极小部分物理一化学分解，占生物原始数量的极小部分 第二节第二节 生成油气的原始物质生成油气的原始物质 沉积有机质沉积有机质：指来源于活的生物的遗体及其分：指来源于活的生物的遗体及其分泌物和排泄物，直接或间接进人沉积物
45、中，或经过泌物和排泄物，直接或间接进人沉积物中，或经过生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积物中，生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积物中，或经过缩聚作用演化生成新的有机化合物及其衍生或经过缩聚作用演化生成新的有机化合物及其衍生物的那部分有机质。物的那部分有机质。注意：沉积有机质不包括像贝壳、骨头、牙齿等的矿物部分。第二节第二节 生成油气的原始物质生成油气的原始物质分布：分布：极不均衡，与原始生物物质数量、保存条件、沉积环境有关。分散状态存在。极不均衡，与原始生物物质数量、保存条件、沉积环境有关。分散状态存在。地壳中沉积岩中有机碳总量为地壳中沉积岩中有机碳总量为3.81015t，3.6101
46、5t存在于泥页岩中，占沉存在于泥页岩中，占沉积岩中积岩中总有机质的总有机质的95以上，说明大量有机质是与细粒的沉积物相伴生。以上，说明大量有机质是与细粒的沉积物相伴生。干酪根在岩石圈中的数量，占了有机质的绝大部分，自然界中煤与干酪根干酪根在岩石圈中的数量，占了有机质的绝大部分，自然界中煤与干酪根重量之比为重量之比为1：457；石油与干酪根之比为；石油与干酪根之比为1：5330，可见，干酪根的数量足以，可见，干酪根的数量足以保证全球石油和煤的生成量。保证全球石油和煤的生成量。有机沉积物有机沉积物 3367.9（单位：单位：1013吨吨）富集有机质富集有机质 7.9 分散有机质分散有机质 3360
47、 煤煤 石油石油 沥青沥青 干酪根干酪根 烃类烃类 分散沥青分散沥青 7 0.6 0.3 3200 60 100 第二节第二节 生成油气的原始物质生成油气的原始物质二、沉积有机质中的干酪根二、沉积有机质中的干酪根 （一）干酪根（一）干酪根（KerogenKerogen）*KerogenKerogen：指沉积物不溶于非氧化无机酸、碱和有机溶剂的有机质，：指沉积物不溶于非氧化无机酸、碱和有机溶剂的有机质，但在热解或加氢分解产生烃类物质。但在热解或加氢分解产生烃类物质。岩石中可溶于有机溶剂的部分岩石中可溶于有机溶剂的部分沥青（沥青（bitumenbitumen）。）。（二）元素组成（二）元素组成占沉
48、积有机质的占沉积有机质的95%95%，细软粉末，暗棕到黑色。，细软粉末，暗棕到黑色。为高分子聚合物，为高分子聚合物，C C为主，为主，H H、O O次之，少量次之，少量S S、N N等。等。C C：70708585，H H：3 31010，O O：3 32020。类似于石油中的胶质和沥青质，但缩合程度更高，分子量也更类似于石油中的胶质和沥青质，但缩合程度更高，分子量也更大。没有一定组成，只有一个组成范围。如有人测定过美国湖相大。没有一定组成，只有一个组成范围。如有人测定过美国湖相始新统绿河页岩干酪根的分子式约为：始新统绿河页岩干酪根的分子式约为：C C235235H H397397O O131
49、3N N3 3S S5 5（分子量为（分子量为36273627）。干酪根类型不同，成熟度不同，元素组成变化也很大。）。干酪根类型不同，成熟度不同，元素组成变化也很大。（三）结构（三）结构复杂，环状结构，三维网状系统，复杂，环状结构，三维网状系统，由多个核被桥键和官能团连接而成。由多个核被桥键和官能团连接而成。第二节第二节 生成油气的原始物质生成油气的原始物质（五）类型（由（五）类型（由C H OC H O含量组成不同，含量组成不同，可分为三类可分为三类）型干酪根：单细胞藻类（海藻）型干酪根：单细胞藻类（海藻）残体组成，富含脂类化合物，残体组成，富含脂类化合物，H/C(hydrogen carb
50、on ratio)H/C(hydrogen carbon ratio)高，高，O/CO/C低，链式结构为主，少环芳烃，低，链式结构为主，少环芳烃，含氧官能团，生成液态石油潜力大，含氧官能团，生成液态石油潜力大，油页岩属此类。典型腐泥质类型。油页岩属此类。典型腐泥质类型。型干酪根：介于型干酪根：介于、之间，过之间，过渡性，来源于海洋飘浮植物及浮游渡性，来源于海洋飘浮植物及浮游动物，生油气潜能介于二者之间。动物，生油气潜能介于二者之间。型干酪根：源于富木质素和碳型干酪根：源于富木质素和碳水化合物的高等陆源植物碎屑形成水化合物的高等陆源植物碎屑形成的，河流搬运至海、湖三角洲或大的，河流搬运至海、湖三
