1、石油、天然气及油田水的基本特征1.1.石油、天然气及油田水的基本特征内内容容提提要要1.1 1.1 石油沥青类石油沥青类1.2 1.2 石油石油1.3 1.3 天然气天然气1.4 1.4 油田水油田水1.5 1.5 重油、沥青砂和固体沥青重油、沥青砂和固体沥青1.6 1.6 油气中的碳氢等同位素油气中的碳氢等同位素1.1 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天然气、石油及固态衍生物的统称。天然气、石油及固态衍生物的统称。煤、石油沥青类、油页岩、一部分硫，统煤、石油沥青类、油页岩、一部分硫，统称为称为可燃有机矿产或可燃有机岩可燃有机矿产或可燃有机岩
2、。岩石圈岩石圈岩浆岩岩浆岩沉积岩沉积岩变质岩变质岩粘土岩粘土岩碎屑岩碎屑岩化学岩和生物化学岩和生物-化学岩化学岩可燃有机岩可燃有机岩非可燃有机岩非可燃有机岩可燃有机岩在岩石圈中的地位可燃有机岩在岩石圈中的地位二、可燃有机矿产分类二、可燃有机矿产分类根据相态，可以将可燃有机矿产分为：根据相态，可以将可燃有机矿产分为：气态可燃矿产：气态可燃矿产：气田气，油田伴生气，煤田气，泥火山气，沼气气田气，油田伴生气，煤田气，泥火山气，沼气液态可燃矿产：液态可燃矿产：主要为石油主要为石油固态可燃矿产：固态可燃矿产：沥青，地蜡，煤，油页岩，硫磺沥青，地蜡，煤，油页岩，硫磺三、可燃有机矿产的元素组成三、可燃有机矿
3、产的元素组成主要为主要为C、H，以及少量的，以及少量的S、O、N等。等。可燃有机矿产的主要元素含量可燃有机矿产的主要元素含量可燃有机矿产可燃有机矿产无烟煤无烟煤烟煤烟煤褐煤褐煤泥炭泥炭石油石油沥青沥青琥珀琥珀腐泥岩腐泥岩C，%90-9874-9260-7755-6080-8878-8985-8644-61H，%2-42.5-55-65-610-148-1210-125-8O，%2-45-815-3025-3017-83-520-25C/H4516-2013-1612-155.9-8.56-107.3-8.27-9煤类中煤类中C、O含量、含量、C/H大于石油；大于石油；H含量小于石油。含量小于石
4、油。C的热值为的热值为34MJ/kg，H为为142.2MJ/kg，即一个单位的氢释放，即一个单位的氢释放的热量为碳的四倍，氧可降低热值。因此，的热量为碳的四倍，氧可降低热值。因此，石油热值高于煤类石油热值高于煤类1.2 1.2 石石 油油一、石油的化学组成一、石油的化学组成二、石油的物理性质二、石油的物理性质什么是石油？什么是石油？石油（石油（Petroleum）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义的非烃组分（含氧化合物、含氮化合物、量不多
5、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）。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：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（gas）：）：在标准的温度和压力条件下（在标准的温度和压力条件下（760mmHg，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（condensate）：）：在地层条件即地下一定温度和压力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；条件下呈气态，在地面常温、常压条件下反凝析呈液态；原油（原油（crude oil）：）：在地层条件
6、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异，主要受有机母质类型、热演化程度和又存在较大的差异，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作用的影响。油气成藏后的次生变化作用的影响。一、石油的化学组成一、石油的化学组成（一）元素组成1.主要元素：碳、氢、氧、硫、氮1.碳、氢：占绝对优势，总量达 9599%，主要以烃类形式存在，是组成石油的主体。2.氧、硫、氮：主
7、要以化合物形式存在；与微量元素的总含量一般14。个别情况，由于硫分的增多，比例可达3-7%。石油中含氮量一般小于石油中含氮量一般小于0.20.2，少数样品，少数样品达达0.50.5以上，通常以以上，通常以0.250.25作为贫氮和高氮作为贫氮和高氮原油的界线。原油的界线。石油中氧的含量分布在石油中氧的含量分布在0.10.14.54.5，均，均是以结合氧的形式存在。是以结合氧的形式存在。不同时代和成因的9347个石油样品中含硫量的分布（据Tissot Welte，1978；转自陈荣书，1994）半咸咸水S高（1%）；内陆淡水S低（2%高硫原油；S0.5%低硫原油；S0.5-2%含硫原油国内外部分
8、油田石油的元素组成国内外部分油田石油的元素组成石 油 产 地 大庆油田(萨尔图混合油)中 国 胜利油田(101 混合油)胜利油田孤岛地区 大港油田 江汉油田(混合油)克拉玛依油田(混合油)前 苏 联 雅雷克苏 乌克兰 老格罗兹内 卡拉一布拉克 文图拉(加利福尼亚州)美 国 科林加(加利福尼亚州)博芒特(得克萨斯州)堪萨斯州 元 素 组 成，C 85.74 86.26 84.24 85.67 83.00 86.13 80.61 84.60 86.42 87.77 84.00 86.40 85.70 84.20 H 13.31 12.20 11.74 13.40 12.81 13.30 10.36
9、 14.00 12.62 12.37 12.7 11.7 11.00 13.00 S 0.11 0.80 2.20 0.12 2.09 0.04 1.05 0.14 0.32 0.4 0.60 0.70 1.60 0.45 N 0.15 0.41 0.47 0.23 0.47 0.25 1.25 1.70 2.61 0.45 O 0.69 1.63 0.28 8.97 1.25 0.68 0.46 1.20 2.微量元素50多种其中，钒（钒（V V）和镍（）和镍（NiNi）两元素分布普遍）两元素分布普遍并具成因意义。并具成因意义。钒、镍含量低且钒、镍含量低且V/Ni1V/Ni1V/Ni1：海相
10、成因的原油海相成因的原油（二）石油的化合物组成烷烷烃烃烃烃环环烷烷烃烃芳芳烃烃环环烷烷芳芳烃烃非非烃烃饱饱和和烃烃不不饱饱和和烃烃含含N N、含含S S、含含O O化化合合物物1.烃类化合物（1 1）烷烃）烷烃（Paraffin alkane，石蜡烃，脂肪族烃），石蜡烃，脂肪族烃）即饱和烃（即饱和烃（saturated group)，是只有碳碳单键的链，是只有碳碳单键的链烃，是最简单的一类有机化合物。烷烃分子中，氢原子烃，是最简单的一类有机化合物。烷烃分子中，氢原子的数目达到最大值，它的通式为的数目达到最大值，它的通式为CnH2n+2。其中，无支链者，称之为正（构）烷烃；有支链者，其中，无支链
11、者，称之为正（构）烷烃；有支链者，称之为异（构）烷烃。称之为异（构）烷烃。Pentane(C5H12)Propane(C3H8)Heptane(C7H16)正（构）烷烃正（构）烷烃Isopentane(C5H12)Isobutane(C4H10)异（构）烷烃异（构）烷烃正构烷烃的物理常数正构烷烃的物理常数名 称 甲 烷 乙 烷 丙 烷 丁 烷 戊 烷 已 烷 庚 烷 辛 烷 壬 烷 癸 烷 十 一 烷 十 二 烷 十 三 烷 十 四 烷 十 五 烷 十 六 烷 十 七 烷 十 八 烷 十 九 烷 二 十 烷 分 子 式 C H4 C2H6 C3H8 C4H1 0 C5H1 2 C5H1 4 C
12、 7 H1 6 C8H1 8 C9H2 0 C1 0H2 2 C1 1H2 4 C1 2H2 6 C1 3H2 8 C1 4H3 0 C1 5H3 2 C1 6H3 4 C1 7H3 6 C1 8H3 8 C1 9H4 0 C2 0H4 2 熔 点()-1 8 2.6 -1 8 2.1 0 -1 8 7.1 -1 3 8.0 -1 2 9.7 -9 5.3 -9 0.3 -5 6.8 -5 3.7 -2 9.7 -2 5.6 -9.7 -6.0 5.5 1 0.0 1 8.1 2 2.0 2 8.0 3 2 3 6 沸 点()-1 6 1.6 -8 8.6 -4 2.2 -0.5 3 6.1
13、6 8.8 9 8.4 1 2 5.6 1 2 5.6 1 7 4.0 1 9 5.8 2 1 6.2 2 3 5.5 2 5 1.0 2 6 8.0 2 8 0.0 3 0 3 3 0 0 3 3 0 相 对 密 度(液 态 时)0.4 2 4 0.5 4 6 0.5 8 2 0.5 7 9 0.6 2 6 3 0.6 5 9 4 0.6 8 3 7 0.7 0 2 8 0.7 0 2 8 0.7 1 7 9 0.7 4 0 4 0.7 4 9 8 0.7 5 6 8 0.7 6 3 8 0.7 6 8 8 0.7 7 4 9 0.7 7 6 7 0.7 7 7 6 物 态 通 常 状 态
14、气 气 气 气 液 液 液 液 液 液 液 液 液 液 液 液 固 固 固 固 常温常压下：常温常压下：C14(甲烷甲烷-丁烷丁烷)气态；气态；C516（戊烷（戊烷-16烷）烷）液态（直链）；液态（直链）；C17固态固态正烷烃分布曲线正烷烃分布曲线占原油体积%2.01.51.00.50151015202530碳数35主峰碳在石油中，不同在石油中，不同C原子数正烷烃相原子数正烷烃相对含量呈现一条连续的分布曲线，对含量呈现一条连续的分布曲线，称之为称之为正烷烃分布曲线正烷烃分布曲线。由于石油中正烷烃低分子比高分子由于石油中正烷烃低分子比高分子多，因此多，因此在在C15以内有一个极大值以内有一个极大
15、值正烷烃分布曲线正烷烃分布特征：正烷烃分布特征：A、陆相陆相有机质形成的有机质形成的 石油石油：高碳数高碳数（C22）正烷烃）正烷烃多多；海相海相（浮游生物菌藻类）有机质形成的（浮游生物菌藻类）有机质形成的 石油石油：低碳数低碳数（C21）正烷烃正烷烃多多。C、年代老、埋深大、年代老、埋深大、有机质演化程度较高的石油有机质演化程度较高的石油：低碳低碳数数正烷烃正烷烃多多。有机质演化程度较低的石油有机质演化程度较低的石油中正烷烃中正烷烃碳碳数偏高数偏高。D、受、受微生物微生物强烈强烈降解降解的的原油原油：正烷烃正烷烃常被选择性降解，常被选择性降解，一般一般含量较低含量较低，低碳数的更少。，低碳数
16、的更少。异戊间二烯型烷烃异戊间二烯型烷烃：石油中带支链的异构烷烃以石油中带支链的异构烷烃以C10为主，为主，C1125较少，且以较少，且以类异戊类异戊间二烯型烷烃间二烯型烷烃最重要。它主要存在于低最重要。它主要存在于低-中等沸点的馏分之中，可能中等沸点的馏分之中，可能是天然色素和萜烯类衍生的产物。是天然色素和萜烯类衍生的产物。其特点是在直链上每四个碳原子有一个甲基支链，可能是其特点是在直链上每四个碳原子有一个甲基支链，可能是 天然天然色素色素或或萜烯类衍生萜烯类衍生的产物。的产物。由于同源的石油，所含异戊间二烯烃的类型和含量非常相似，由于同源的石油，所含异戊间二烯烃的类型和含量非常相似，因此，
17、常将其作为油源对比的标志或因此，常将其作为油源对比的标志或“指纹指纹”。常见类异戊二烯型烷烃结构示意图常见类异戊二烯型烷烃结构示意图2 61 1-()，0，4 四 甲 基 十 六 烷 植 烷 2 610 14-()，四 甲 基 十 五 烷 姥 鲛 烷 2 610-()，三 甲 基 十 五 烷 降 姥 鲛 烷 2 61-()，0 三 甲 基 十 三 烷 异 十 六 烷 ：2 610-()，三 甲 基 十 二 烷 法 呢 烷 不同沉积相不同沉积相 Pr（姥鲛烷）（姥鲛烷）/Ph（植烷）的变化情况表（植烷）的变化情况表沉积相 咸水深湖相 淡水微咸水深湖相 淡水湖沼相 水介质 强还原 还原 弱氧化-弱
18、还原 Pr/Ph 0.20.8 0.82.8 2.84.0 原油类型 植烷优势 植烷均势 姥鲛烷优势 沉积物中姥鲛烷和植烷沉积物中姥鲛烷和植烷来源于叶绿素的植醇侧来源于叶绿素的植醇侧链，在链，在 含氧条件含氧条件 下植醇下植醇先形成植烷酸，接着脱先形成植烷酸，接着脱官能团（脱羧基）形成官能团（脱羧基）形成姥鲛烷；姥鲛烷；在在还原条件还原条件 下，植醇保下，植醇保存存iC20骨骨架架，加加氢氢形成形成植烷植烷。（2 2）环烷烃）环烷烃（CycloalkaneCycloalkane；NaphtheneNaphthene）性质与烷烃类似，但在分子中含有碳环结构的饱和烃性质与烷烃类似，但在分子中含有碳
19、环结构的饱和烃。由。由围成环的多个次甲基组成。围成环的多个次甲基组成。组成环的碳原子数可以是组成环的碳原子数可以是3、4、，相应地称为三员环、，相应地称为三员环、四员环，四员环，。按分子中所含碳环数目，可以分为单环烷烃（按分子中所含碳环数目，可以分为单环烷烃（CnH2n）、）、双环烷烃（双环烷烃（CnH2n-2）、三环烷烃（）、三环烷烃（CnH2n-4）和多环烷烃。）和多环烷烃。其中，石油中的环烷烃多为其中，石油中的环烷烃多为五员环五员环和和六员环六员环。五员环：五员环：六员环：六员环：环烷烃的物理常数（据张厚福等，2019）名称结 构 式比 重(20)0.720(-79)0.703(0)0.
20、745CH30.7790.779CH30.7690.810熔 点()-127.6-80-93-142.46.5-126.5-12沸 点()-32.91249.37280.8100.8118环 丙 烷环 丁 烷环 戊 烷甲基环戊烷环 已 烷甲基环已烷环 庚 烷环 辛 烷0.83611.5148环烷烃的比重、熔点和沸点都比碳原子数相同的烷烃为高，但比重仍小于1。（3 3）芳香烃）芳香烃单环芳香烃：单环芳香烃：分子中含有一个苯环的芳香烃。分子中含有一个苯环的芳香烃。多环芳香烃：多环芳香烃：芳烃的基本结构芳烃的基本结构分子中含有分子中含有2 2个个独立苯环的芳香烃。独立苯环的芳香烃。稠环芳香烃：稠环芳
21、香烃：分子中含有分子中含有2个个苯环，彼此之间通过苯环，彼此之间通过共用两个相邻碳原子共用两个相邻碳原子稠和而成的芳香烃。稠和而成的芳香烃。石油中的芳香烃分布规律：石油中的芳香烃分布规律：v石油低沸点馏分中，芳烃少，主要单环芳烃石油低沸点馏分中，芳烃少，主要单环芳烃v多环、稠环芳烃主要出现于高沸点重馏分中多环、稠环芳烃主要出现于高沸点重馏分中v随石油成熟度增加，芳烃系列向低环方向演化随石油成熟度增加，芳烃系列向低环方向演化2.非烃化合物石油中的非烃化合物主要是石油中的非烃化合物主要是 含硫、氮、氧化合物含硫、氮、氧化合物，重馏分中居多。总含量不多，但种类不少重馏分中居多。总含量不多，但种类不少
22、含氮化合物含氮化合物 中的卟啉类卟啉类与生物色素有亲缘关系，被作为 石油有机成因重要证据石油有机成因重要证据。高高温（温（250250）或氧化条件下，卟啉即被破坏、）或氧化条件下，卟啉即被破坏、分解。因此，一般石油中存在卟啉分解。因此，一般石油中存在卟啉,说明石油说明石油形成和经受的温度都不高于形成和经受的温度都不高于250250，所以地层，所以地层越老卟啉越少越老卟啉越少卟啉和钒卟啉的结构式卟啉和钒卟啉的结构式吡咯环，共四个吡咯环，共四个吡咯环，共四个，且钒与氮呈络合状态吡咯环，共四个，且钒与氮呈络合状态二、石油的物理性质二、石油的物理性质1.颜色变化范围很大，无色变化范围很大，无色淡黄色淡
23、黄色黑色或黑绿色黑色或黑绿色大多数石油大多数石油黑色、黑绿色；黑色、黑绿色；少数淡黄色、无色、黄褐、深褐少数淡黄色、无色、黄褐、深褐。无色石油无色石油在加利福尼亚、巴库、伊朗、罗马尼亚、苏在加利福尼亚、巴库、伊朗、罗马尼亚、苏门答腊岛。门答腊岛。其形成可能同运移过程中，带色的其形成可能同运移过程中，带色的胶质和沥青质被岩石吸附有关。胶质和沥青质被岩石吸附有关。深色石油分布深色石油分布于各大油气盆地。于各大油气盆地。芳烃非烃含量高，颜色深；反之，颜色浅。芳烃非烃含量高，颜色深；反之，颜色浅。2密度、比重和相对密度（1 1）（2）石油的密度石油的密度单位体积石油的质量单位体积石油的质量石油的比重石
24、油的比重单位体积石油的重量单位体积石油的重量（3）石油的相对密度）石油的相对密度石油的相对密度一般变化比较大，石油的相对密度一般变化比较大，20oC时，介于时，介于0.751之间。但也有之外的石油，如伊朗石油之间。但也有之外的石油，如伊朗石油1.016，加利福尼亚，加利福尼亚石油石油1.01，原苏联苏拉汉石油仅为，原苏联苏拉汉石油仅为0.71.C时，单位体积原油与时，单位体积原油与4o C单位体积纯水单位体积纯水 d d4 42020：1atm、20o的重量比。的重量比。141.5-131.5kAPI度d60 F4（6060F F15.5515.55 ）F=(C9/5)+32 API度和波美度
25、（西欧）越大，油质越轻。度和波美度（西欧）越大，油质越轻。比重与API度、波美度的换算表（据张厚福等，2019）15.5 时比重1.00000.96550.93330.90320.8750波美度10.015.020.025.030.0API度10.015.120.125.230.215.5 时比重0.84850.83250.80000.7778波美度35.040.045.050.0API度35.340.345.450.4v石油相对密度石油相对密度d d4 42020的影响因素的影响因素一般淡色石油密度小一般淡色石油密度小，深色石油深色石油密度大密度大胶质、沥青质含量高，密度则大；胶质、沥青质含
26、量高，密度则大；高分子量含量大，密度大。高分子量含量大，密度大。地下原油密度还跟所处的温度和压地下原油密度还跟所处的温度和压力及溶解气量有关。力及溶解气量有关。1514）13%（量氢12含11100.750.800.850.900.951.00石油的比重石油密度与含氢量的关系图石油密度与含氢量的关系图（据潘钟祥，（据潘钟祥，1987）3.体积v膨胀系数膨胀系数:温度每升高温度每升高1F F，单位体积石油增加的体积量称单位体积石油增加的体积量称膨胀系数。膨胀系数。随石油密度降低而增大随石油密度降低而增大不同密度石油的膨胀系数（据潘钟祥，1987）石油的相对密度（15.5时）0.67 0.670.
27、72 0.720.77 0.780.85 0.850.97 0.971.076 API 度 79 7865 6451 5035 3415 140 平均膨胀系数（体积体积 1F）0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 4.粘度粘度：将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层,各层速度各层速度不同不同,形成速度梯度形成速度梯度(dv/dx),(dv/dx),这是流动的基本特征这是流动的基本特征粘度：粘度：指流体质点相对移动时所受到的内部阻力。指流体质点相对移动时所受到的内部阻力。石油粘度大，即不易流动。石油粘度大，即不易流动。具体含义具体含
28、义:将两块面积为将两块面积为1m1m2 2的板浸于的板浸于液体中液体中,两板距离为两板距离为1 1米米,若加若加1N1N的切应的切应力力,两板之间的相对速率为两板之间的相对速率为1m/s,1m/s,则此液体的粘度为则此液体的粘度为1Pa1Pas s。粘度的表达：粘度的表达：动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度相对粘度相对粘度动力粘度：动力粘度：又称又称绝对粘度绝对粘度,它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。是当速度梯度是当速度梯度dv/dy=1时时,单位面积上的内摩擦力的大小。单位面积上的内摩擦力的大小。运动粘度：运动粘度：绝对粘度绝对粘度与密度与密度的比值，
29、即：的比值，即：=/相对粘度：相对粘度：又称条件粘度，采用特定的粘度计在规定的条件下测出来又称条件粘度，采用特定的粘度计在规定的条件下测出来的液体粘度的液体粘度.恩氏粘度：恩氏粘度：某浓度下，在恩氏粘度计中流出某浓度下，在恩氏粘度计中流出200ml液体所需时液体所需时间与间与20流出同体积蒸馏水所需时间之比。流出同体积蒸馏水所需时间之比。影响石油粘度的主要因素：影响石油粘度的主要因素：温度越高，石油粘度降低；压力越大，粘度增加。温度越高，石油粘度降低；压力越大，粘度增加。因此，石油在地下深处比地面粘度小，易于流动因此，石油在地下深处比地面粘度小，易于流动石油的化学成分中，环烷烃和芳香烃含量越高
30、、高分石油的化学成分中，环烷烃和芳香烃含量越高、高分子碳氢化合物越多，粘度越大；子碳氢化合物越多，粘度越大；原油中溶解气量越高，粘度越小。原油中溶解气量越高，粘度越小。粘度大的石油往往呈暗色，密度也较大，因此，轻粘度大的石油往往呈暗色，密度也较大，因此，轻质石油比重质石油的粘度低。质石油比重质石油的粘度低。5.石油的溶解性：SolublenessSolubleness 难溶于水难溶于水25时烃类在淡水中的溶解度（PPm）烃化合物 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 异丁烷 正戊烷 正己烷 正庚烷 正辛烷 正壬烷 溶解度 24.41 60.41.3 62.42.1 61.42.1 48.92.1 39.5
31、0.6 9.470.2 2.240.04 0.4310.012 0.1220.007 烃化合物 2，3甲基丁烷 2，3甲基戊烷 异戊烷 2甲基己烷 3甲基庚烷 4甲基辛烷 环戊烷 环己烷 苯 甲苯 溶解度 19.10.2 5.250.02 48.01.0 2.540.02 0.7920.028 0.1150.011 160.02.0 66.50.8 174017.0 55415.0 总体上，石油在水中的溶解度很小，变化规律为：总体上，石油在水中的溶解度很小，变化规律为：碳原子相同的分子中，烷烃溶解度最小，芳香烃最大，碳原子相同的分子中，烷烃溶解度最小，芳香烃最大，环烷烃居中环烷烃居中除甲烷外，
32、各族烃类在水中的溶解度均随分子量的增加除甲烷外，各族烃类在水中的溶解度均随分子量的增加溶解度减小溶解度减小温度增加，溶解度减小温度增加，溶解度减小水中无机物含量和含盐量增加，烃类气体的溶解度会下水中无机物含量和含盐量增加，烃类气体的溶解度会下降；若水中有皂胶粒存在，烃类的溶解度会相应增加降；若水中有皂胶粒存在，烃类的溶解度会相应增加选择性溶解于有机溶剂选择性溶解于有机溶剂不同化合物选择性溶解于氯仿、四氯化苯、苯、石油醚等不同化合物选择性溶解于氯仿、四氯化苯、苯、石油醚等6.石油的荧光性:Fluorescence of petroleum石油在紫外光的照射下，由于不饱和烃及其衍生物石油在紫外光的
33、照射下，由于不饱和烃及其衍生物的存在而产生荧光的特性，称为的存在而产生荧光的特性，称为石油的荧光性石油的荧光性。主要原因在于不饱和烃及其衍生物能吸收紫外光中主要原因在于不饱和烃及其衍生物能吸收紫外光中波长较短、能量较高的光子，释放波长较长、能量较低波长较短、能量较高的光子，释放波长较长、能量较低的光子，从而产生荧光。的光子，从而产生荧光。石油的荧光性现象非常灵敏，只要溶剂中含有十万石油的荧光性现象非常灵敏，只要溶剂中含有十万分之一的石油或沥青物质就可发光。在油气田勘探中，分之一的石油或沥青物质就可发光。在油气田勘探中，荧光分析可鉴定岩样中是否含油，并大致确定组分。荧光分析可鉴定岩样中是否含油，
34、并大致确定组分。石油的荧光性的影响因素：石油的荧光性的影响因素：取决于其化学结构：多环芳香烃和非烃引起发光，而取决于其化学结构：多环芳香烃和非烃引起发光，而饱和烃完全不发光；饱和烃完全不发光；轻质油的荧光为淡蓝色，含胶质较多的石油呈绿、黄轻质油的荧光为淡蓝色，含胶质较多的石油呈绿、黄色，含沥青质多的或沥青质则为褐色荧光。色，含沥青质多的或沥青质则为褐色荧光。因此，石油的荧光色随石油或沥青质的性质而变，不因此，石油的荧光色随石油或沥青质的性质而变，不受溶剂性质的影响。而发光强度，则与石油和沥青质的浓受溶剂性质的影响。而发光强度，则与石油和沥青质的浓度有关。度有关。7.石油的旋光性当偏振光通过石油
35、时，石油能使其振动面当偏振光通过石油时，石油能使其振动面旋转一个角度，石油的这种特性称旋转一个角度，石油的这种特性称旋光性旋光性。v 石油具有旋光性的原因：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如胆甾醇、植物源于生物体的某些有机化合物分子结构如胆甾醇、植物性甾醇等具有不对称的碳原子。性甾醇等具有不对称的碳原子。胆甾醇存在于动物的胆汁、鱼肝油和蛋黄中胆甾醇存在于动物的胆汁、鱼肝油和蛋黄中,而植物性甾而植物性甾醇存在于植物油和脂肪中。因此，醇存在于植物油和脂肪中。因此，石油的旋光性是石油有机石油的旋光性是石油有机成因的一个有力的佐证。成因的一个有力的佐证。1.3 1.3 天然气天
36、然气一、天然气的化学组分一、天然气的化学组分二、天然气的产出状态二、天然气的产出状态三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质天然气：天然气：广义上是指存在于自然界的一切天然生成的广义上是指存在于自然界的一切天然生成的气体。包括不同成分组成、不同成因、不同产出气体。包括不同成分组成、不同成因、不同产出状态的气体。状态的气体。油气地质上是指存在于地壳岩石空隙（孔、油气地质上是指存在于地壳岩石空隙（孔、洞、缝）天然生成的以烃为主的可燃气体。洞、缝）天然生成的以烃为主的可燃气体。多数有机成因，也有无机成因的。多数有机成因，也有无机成因的。一、天然气的化学组分一、天然气的化学组分烃气烃气：C C1 14
37、 4为主为主，CH4最多。CHCH4 495%95%，C C2 25%5%，贫气（干气）；，贫气（干气）；CHCH4 42 295%95%，C C5%5%，富气（湿气），富气（湿气）非烃气：非烃气：总量不多，但种类不少。总量不多，但种类不少。N N2 2、COCO2 2、COCO、H H2 2S S、H H2 2、微量惰性气体、微量惰性气体国内外某些油（气）田气的化学成分（百分含量）（据张厚福等，2019）国 家 油（气）田名称 产层时代 大庆油田 中 国 大港油田 圣灯山气田 石油沟气田 盐湖气田 莫特儿道姆 美 国 八月（堪萨斯）海尔列（犹他）本得隆起 前 苏 联 格罗兹尼 伊申巴 杜依马
38、兹 克拉斯诺卡姆 K1 ES3 P1 Tc Q J C2 J P R R D CH4 83.82 75.21 94.57 97.80 95.50 10.5 5.1 0.1 47.0 42.9 61.4 19.4 重烃气 13.0 23.22 0.99 0.40 0.50 1.6 2.3 51.3 47.3 25.4 48.6 CO2 0.11 0.24 0.20 12.2 0.1 1.1 0.8 1.7 0.3 0.2 0.4 N2 2.58 2.43 1.10 3.5 79.7 85.6 84.4 89.9 4.8 14.0 21.2 H2S 0.1 4.6 0.4 H2 0.02 O2 H
39、e 0.92 7.18 2.13 7.16 8.6 0.03 二、天然气的产出状态二、天然气的产出状态1）根据气体在地下存在的状态）根据气体在地下存在的状态聚集型：聚集型：指呈游离状态的、聚集成藏的天然气。指呈游离状态的、聚集成藏的天然气。包括包括气藏气、气顶气、凝析气等气藏气、气顶气、凝析气等分散型：分散型：在地下呈分散状态的天然气。在地下呈分散状态的天然气。包括包括溶解气（油溶气和水溶气）、煤层气（吸附气）和溶解气（油溶气和水溶气）、煤层气（吸附气）和固态气水合物。固态气水合物。2）根据天然气与油藏分布的关系）根据天然气与油藏分布的关系伴生气：伴生气：凡是在油田范围内，与油藏分布有密切关系
40、的天凡是在油田范围内，与油藏分布有密切关系的天然气。然气。非伴生气：非伴生气：与油藏无明显关系的气藏气。与油藏无明显关系的气藏气。v气藏气气藏气：基本上不与石油伴生，单独聚集成存气藏的。基本上不与石油伴生，单独聚集成存气藏的。甲烷成分常占甲烷成分常占95%以上，重烃气含量极少，不超过以上，重烃气含量极少，不超过1-4%，属于干气。也有部分以氮气、二氧化碳或硫化氢为主，烃类含属于干气。也有部分以氮气、二氧化碳或硫化氢为主，烃类含量极少。量极少。成因：成因：生物成因：生物成因：如前苏联的西西伯利亚德乌连戈达特大气田，如前苏联的西西伯利亚德乌连戈达特大气田，属于白垩系生物化学气，甲烷含量属于白垩系生
41、物化学气，甲烷含量97-99%，甲烷同位素含量，甲烷同位素含量介于介于-62-58；四川相国寺气田石炭系所产的气体，甲烷含；四川相国寺气田石炭系所产的气体，甲烷含量量97.3%，重烃含量，重烃含量50%，2-10%50%，3-1%10%，4-0.1%1%，5-30 g/m3）的气藏，叫的气藏，叫凝析气藏。凝析气藏。凝析气藏通常埋深较大，多分布于凝析气藏通常埋深较大，多分布于30004000m或更深处。或更深处。如意大利的马洛萨凝析气藏，深如意大利的马洛萨凝析气藏，深。5600，压力，压力106.4MPa，温度，温度153oC71.1时时：71.1P-V的的丙丙烷烷被被压压缩缩到到曲线：曲线：A
42、开开始始；液液化化（；1）随）随气气体体P 量量，V丙烷丙烷液液体体量量（，2）过）过V V丙丙烷烷A逐逐点后，点后，渐渐；V丙烷丙烷到到继续继续B点点时时，但，但，气气P体体保持不变；保持不变；全全部部液液化化（，3）过）过因因液液B体体点后，即使点后，即使压压缩缩性性小小，故故加加加极大压力，加极大压力，极极大大P P，V V也也V不不也不变。也不变。变变。-V相相从从87.8A到到B的的：P液液与与气气曲线：曲线：相相共共存存随随。T，水平线段缩，水平线段缩P P没没变变，表表明明在在一一短（短（定定T TA下下B，液液ABAB体体）有有。一一定定的的96.8饱饱和和的的蒸蒸气气P-压压
43、V曲线曲线。T T ：，液液体体饱饱和和蒸蒸气气。水平线段缩成一点水平线段缩成一点K，K K点点：临临界界点点，该该点点的的T T、在此温度以上的曲线，在此温度以上的曲线，P P即即为为临临界界温温度度和和临临界界水平线段完全消失。水平线段完全消失。压压力力。该该T T以以上上，气气体体在在任任何何P P下下都都不不能能液液化化。三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质1.天然气密度和相对密度（1 1）天然气的密度：）天然气的密度：单位体积气体的质量单位体积气体的质量（2 2）天然气的相对密度：）天然气的相对密度：一般是指相同温度、压力下（一般是指相同温度、压力下（110105 5PaPa，1
44、5.5oC;15.5oC;1105 5 Pa，20o C），天然气密度与空气密度的比值。），天然气密度与空气密度的比值。随重烃及随重烃及CO2、H2S含量的增加，天然气相对密度增大。含量的增加，天然气相对密度增大。多在多在0.56-0.90之间。之间。2.天然气粘度指气体内部相对运动时，气体分子内摩擦力所产生的阻指气体内部相对运动时，气体分子内摩擦力所产生的阻力，是研究天然气运移、开采和集输时的一项重要参数。力，是研究天然气运移、开采和集输时的一项重要参数。天然气的粘度很小，比油和水的粘度低得多，在标准状态天然气的粘度很小，比油和水的粘度低得多，在标准状态下仅为下仅为0.0010.09mPaS
45、。其大小与压力、温度和气体成分等有关：其大小与压力、温度和气体成分等有关：vv天然气粘度一般随分子量增加而减小，天然气粘度一般随分子量增加而减小，随温度、压力增高而增大。随温度、压力增高而增大。vv 随非烃气含量增加，天然气粘度增大。随非烃气含量增加，天然气粘度增大。3.蒸气压力某一温度下，将气体液化时所需施加的最低压力，称为该气体的最低压力，称为该气体的 饱和蒸气压力。饱和蒸气压力。天然气蒸气压力的影响因素：天然气蒸气压力的影响因素：随温度升高，蒸气压力增大；随温度升高，蒸气压力增大；同温度条件下，分子量越小，其蒸气压力越大。同温度条件下，分子量越小，其蒸气压力越大。这也是天然气中甲烷等轻质
46、碳氢化合物含量较多的原因这也是天然气中甲烷等轻质碳氢化合物含量较多的原因思考：思考：天然气的组成、密度随油田开发过程的变化？天然气的组成、密度随油田开发过程的变化？常见天然气组成的基本物理常数（据陈荣书，1994；有改动）蒸气压力 凝固点 临界温度 临界压力 535化合物 分子量(10 Pa,15.55,空(kg/m,10 Pa,555(,10 Pa)(10 Pa,)()()(10 Pa)气=1.0)15.55)甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 16.043 161.49 30.070 86.60 44.097 42.04 58.124 0.50 340.228 182.48 82.57 54.436
47、183.23 32.27 12.929 187.69 96.67 3.511 138.36 152.03 4.913 159.61 134.94 1.059 129.73 196.50 1.390 159.91 187.28 0.337 95.32 234.28 0.110 90.58 267.11 0.675 93.84 238.60 0.222 0.219 6.54 5.53 286.39 289.01 45.44 48.16 41.94 37.47 36.00 33.25 33.37 29.73 27.00 44.49 40.22 48.34 40.55 72.88 88.87 33.5
48、5 0.5539 1.0382 1.5225 2.0068 2.0068 2.4911 2.4911 2.9753 3.4596 2.4215 2.9057 2.6969 3.1812 1.5195 1.1765 1.9672 0.6773 1.2693 1.8614 2.4535 2.4535 3.0454 3.0454 3.6374 4.2299 2.9604 3.5526 3.2974 3.8891 1.8577 1.4380 1.1822 沸点 气体相对密度 理想气体密度 异丁烷 58.124 11.72 戊烷 72.151 36.07 27.88 68.73 98.43 49.25
49、80.72 80.09 110.63 异戊烷 72.151 己烷 庚烷 86.178 100.205 环戊烷 70.135 环己烷 84.162 苯 甲苯 78.114 92.141 0.0702 94.97 318.64 31.06 二氧化碳 40.010 78.50 硫化氢 34.076 60.33 氮 28.013 195.78 26.810 82.89 100.39 210.00 146.89 4.溶解性-溶于石油和水的能力溶于石油和水的能力A A、在相同条件下，天然气在石油中的溶解度远远、在相同条件下，天然气在石油中的溶解度远远大于在水中的溶解度。大于在水中的溶解度。B B、当天然气
50、中重烃增多，或者石油中的轻馏分较、当天然气中重烃增多，或者石油中的轻馏分较多，都可增加天然气在石油中的溶解度。多，都可增加天然气在石油中的溶解度。C C、在石油中溶有天然气时，可以降低石油的比重、在石油中溶有天然气时，可以降低石油的比重、粘度及表面张力。粘度及表面张力。D D、天然气在水中的溶解系数很大程度上取决于气、天然气在水中的溶解系数很大程度上取决于气体组分、温度、压力及含盐量。体组分、温度、压力及含盐量。（1 1）水水溶溶气气常见的天然气组分在纯水中的溶解系数（据.，1956；转自陈荣书，1994）天然气组分 溶解系数 甲烷 0.033 乙烷 0.047 丙烷 0.037 丁烷 0.0
