石油主要由碳C.docx

1、石油主要由碳Coil、natural gas oil field water Reviewing and thinking一、Knowledge accumulated 1、石油主要由碳（C）、氢（H）、硫（S）、氮（N）、氧（O）等元素组成。其中主要是碳（C）、和氢（H）,其元素组成一般为:碳含量介于80-88%之间，氢含量占10-14%。2、原油中的硫主要来自有机物的蛋白质和围岩的含硫酸盐矿物如石膏等，故产于海相环境的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高。3、在石油微量元素中，以钒、镍两种元素含量高、分布普遍，且鉴于其与石油成因有关联，最为石油地质学家所重视。V/Ni比值可做为区分是来自海相

2、环境还是陆相环境沉积物的标志之一。一般V/Ni1被认为是海相环境，V/NiC4者较少见。在多数情况下，含量随碳数增加而减少；但在有的气藏中也可见C3H8和C4H10异常高的现象。重烃气中C4-C7除正构烷烃外，有时还有少到微量环烷烃和芳烃。15、天然气的非烃组成有:二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、硫化氢(H2S)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、汞蒸汽(Hg)、稀有(惰性)气体。16、原油碳同位素的13C值（PDB，下同）一般为-22到-33之间，平均-25到-26。前已提及，海相原油的13C值要高些，大致在-27到-22；陆相原油的13C值偏低，一般为-29到-33。

3、原油的13C值有随年代变老显示轻微降低的趋势，即年代较老的原油略显相对富12C，13C值相对低些。17、油田水的产状主要有吸附水、自由水、毛细管水。根据油气水的关系又分为底水、边水。 在油气田范围内的非油（气）层水，可据他们与油（气）层的相对位置，分别称为上层水、夹层水和下层水。1 8、油田水的主要来源有沉积水、渗入水、深成水和成岩水。1 9、苏林以Na+/Cl-、(Na+-Cl-)/SO42-和(Cl-Na+)/Mg2+这三个成因系数，将天然水划分成四个基本类型,即:硫酸钠型、重碳酸钠型、氯化镁型和氯化钠型。2 0、水是极性化合物，纯水是不导电的。油田水因含各种离子，能够导电，水中含离子越多

4、，导电性越强。二、skill training 划分氯化钙型水的根据是水中D三、Comprehensively discusses1. 指出这两种烷烃为异戊间二烯型烷烃画出其化学结构图指出其判断油源的作用.2. 指出分类原则和采用的方法画出三角图解和分类表举例说明三角图解的应用.3. 石油类型差别含蜡量含硫量微量元素差异稳定同位素分布.4. 液态石油的比重，在我国和前苏联是指在101325Pa下，20（或15.5）石油与4纯水单位体积的重量比。欧、美各国则是用101325Pa下，60F（15.55）石油与4纯水单位体积的重量比，通常称之为API度。在国际石油贸易中常以API度为单位。API度与

5、60F石油比重的关系可用下式换算：API度=141.5/60F时比重-131.55. 1)石油的比重主要取决于化学组成。2)比重随碳数增加而增大，碳数相同的烃类，烷烃比重小些，环烷烃居中，芳烃比重较大。与胶质、沥青质相比，烃类较之为小。3)密度是单位体积物质的质量。密度单位形式上与比重差别不大，一般用g/ml或g/cm3。密度与物质本身的成分和体积变化相关。4)液体石油的体积，在常压下随温度升高而增大。温度每增加1，单位体积所增加的体积数称为膨胀系数。它不是一个固定的常数，而是随比重减小而增大。5)压力对石油的体积也有影响，随压力增大体积将因被压缩而减小。压力每增加101325Pa，单位体积被

6、压缩的体积数称为压缩系数。压缩系数也不是一个常数。6.温度和压力是影响石油体积的两个主要因素。考虑原油是气、液、固三相物质的混合物，以液态烃为主体的石油中含有不同数量的溶解气态烃、固态烃及非烃，实际上，在地下油气藏中，温度和压力还不仅影响石油的体积，同时还影响到石油本身的物质组成，从而影响其质量。一方面，温度的增加有使溶解气逸出液态石油的趋势；另一方面，压力的增加，将使原油中溶解气量增加。在地下油气藏中，温、压同时增加，而压力增加使溶解气增加的效应远大于温度增加使溶解气逸出的效应；与此同时，溶解气量增加引起体积增加的效应，远远超过随压力增加而使体积减小的效应。因此出现压力增加体积不是缩小而是增

7、大，直至达到饱和压力为止。由此可见，地下石油的密不仅与温度压力有关，还与溶解气量有关，且后者才是影响石油密度的本质因素。溶解气量增加则密度降低。地表和地下温、压条件不同，不仅影响石油体积，更主要的是由于溶解气量的差异，导致石油物质组成的差异，实质上是改变了石油的质量。地下石油含有较多的溶解气，是地下石油密度较地表石油密度低的根本原因。7. 1)石油能溶于多种有机溶剂。如氯仿、四氯化碳、苯、醚等。2)石油在水中的溶解度一般很低，通常随分子量的增加很快变小，但随不同烃类化学性质的差异而有很大的差别。其中芳烃的溶解度最大，可达数百到上千PPm；环烷烃次之，一般为14-150PPm；烷烃最低，仅几个到

8、几十个PPm。在碳数相同时，一般芳香烃的溶解度大于链烷。如巳烷、环巳烷和苯分别为9.5、60和1,750mg/l，差别是非常明显的。苯和甲苯是溶解度最大的液态烃。3)当压力不变时，烃在水中的溶解度随温度升高而变大。芳香烃更明显。但随含盐度和压力的增大而变小（McAULIFFE，1979）。当水中饱和CO2和烃气时，石油的溶解度将明显增加。8. 石油在紫外光照射下可产生发萤光的特性称为萤光性。石油中只有不饱和烃及其衍生物具有萤光性。这是因为它们能吸收紫外光中波长较短、能量较高的光子，随后放出波长较长而能量较低的光子，产生萤光。萤光性可能与存在双键有关。萤光色随不饱和烃及含双键的非烃浓度和分子量增

9、加而加深。芳烃呈天蓝色，胶质为黄色，沥青质为褐色。用石油具有萤光性，可以用紫外灯鉴定岩石中微量石油和沥青类物质的存在。9. 大多数石油都具有旋光性，即石油能使偏振光的振动面旋转一定角度的性能。石油的旋光角一般是几分之一度到几度之间。绝大多数石油的旋光角是使偏振面向右旋移而成，仅有少数为左旋。石油的旋光性主要与组成石油的化合物结构上存在不对称碳原子（又称手征碳原子或手征中心）有关。通常存在手征碳原子的甾、萜类化合物是典型的生物成因标志化合物。因素旋光性可以作为石油有机成因的重要证据之一。10 1)天然气的烃类组成一般以甲烷为主，重烃气次之。重烃气以C2H6和C3H8最为常见；C4者较少见。在多数

10、情况下，含量随碳数增加而减少；但在有的气藏中也可见C3H8和C4H10异常高的现象。重烃气中C4-C7除正构烷烃外，有时还有少到微量环烷烃和芳烃。2)天然气的烃类组成变化很大. 3)影响天然气烃类组成的因素很多，成气原始有机质类型、成气演化阶段、产状类型、保存条件以及次生变化等都能影响其烃类组成。但从统计的角度来看，纯气藏的重烃气含量一般较低，石油伴生气的重烃气含量相对较高，凝析气居中。11. 一般常根据重烃气的含量将天然气划分为湿气和干气。但不同学者所用的参数、量值及具体的划分方案不尽相同。在天然气地质学上常用重烃气含量5%作为划分干气和湿气的界限，C2+5%称为湿气，C2+5%称为干气。1

11、2. 1）纯物质的临界温度系指气相物质能（通过加压）维持液相的最高温度。高于临界温度时，无论加多大压力，都不能使气态物质变为液态。在临界温度时，气态物质液化所需要的最低压力称为临界压力。高于临界压力时，无论多少温度，气、液两相不可能共存。这种临界状态只适用于纯物质，而不适于多组分系统。对于各烃类组分来说，甲烷的临界温度为-82.57，乙烷为32.37。因此它们在地下除溶于石油和水或形成气水合物之外，均以气相存在。丙烷临界温度为96.67，在低于该温度时，在适当的压力下即可液化。因此丙烷及碳数更高的烷烃，在地下大多以液相存在，仅有少量与甲烷、乙烷呈气态或溶于石油或溶于水（数量更少）存在。2）从P

12、TV关系曲线图、烃类混合物及多组分相图加以说明。13. 气体扩散按引起扩散的主导因素可分为浓度扩散和温度扩散。按扩散介质可分为气体在气体中扩散（自由扩散）、气体在液体中扩散和气体在固体（岩石）中扩散。浓度扩散是由物质的浓度差而引起，气体由高浓度处向低浓度方向流动，分子的相互运动趋向于拉平相互接触的容器内物质的浓度。随着温度升高，分子的热运动加速，扩散加快。浓度扩散遵循菲克第一定律，在非均匀介质中，在固定运动条件下有下列关系式：dn/dt=-DA dc/dx式中dn-在x增加方向上浓度梯度为c时，单位时间dt内通过截面积A的分子数（横截面积上的位移速度，单位为克分子/秒）；c-单位体积内的分子浓

13、度，克分子/厘米3；D-扩散系数，厘米2/秒。气体在液体中的扩散，从气体在液体表层溶解（吸收作用）开始，然后由于在各液体层中存在气体浓度差而进一步扩散。一般随分子量和分子大小的增加而减小，随压力和温度的升高而增大。气体在岩石中的扩散比在自由空间进行得慢，也比在水中进行得慢。与自由空间扩散相比，在砂中较之慢2-3倍，在砂岩中慢9-14倍，在致密砂岩中要慢100倍。在泥岩中（在约70以前），由于泥岩的强大吸着能力致使扩散作用复杂化。在此情况下，吸着膜将减少岩石中由游离水构成的岩石截面积，气体通过吸着膜的扩散近似于通过固体的扩散。气体通过没有孔隙的岩石（矿物质）的扩散比通过孔隙岩石小10-100倍，

14、但随着气体的温度和压力升高，扩散速度将大大加快。热扩散（温度扩散）是由于存在温度差而产生，热扩散使轻分子或小分子气体趋向于在高温区集中，而重分子或大分子气体在低温区聚集。天然气的扩散不可小视，扩散可使气田中的气大量散失。在漫长的地质历史中，甚至可使整个气藏消失。14. 1)组成成分上的差别总体上看，天然气和石油都是产出于地下岩石孔隙中的以烃类为主体的可燃有机矿产成分都可分为烃类和非烃两大类，且均以烃类为主。因此从组成成分的大类上看，二者是相似的。但恰恰是在组成成分的主体部分，天然气与石油存在着显著的差别。众所周知，烃类是一大类有面物质的总称，其成员众多，结构复杂。天然气中仅包含少数几个最简单的

15、成员，主要是甲、乙、丙、丁烷，戊烷以上所占比例甚微。总的趋势是随碳数的增加，其所占比例显著降低。石油则不同，石油几乎囊括了烃类的所有成员，至少是大部分成员。此外在次要组分非烃成分上差别更为显著，天然气中非烃成分主要是CO2、H2S和N2。显然无论从分子量还是分子结构上与石油中含O、S、N及其它杂元素的非烃有机化合物相较，前者都要简单得多。分子量和分子结构的差别表现在分子大小上的差别。 2)物理性质上的差别首先是相态的差别。天然气是单一气相，或以气相为主溶有少量液态烃；而石油是液相为主的气、液、固三相混合物。由此而导致密度、粘度、溶解度、压缩性、吸附性和扩散性等物理性质上的差别。密度、粘度和吸附

16、性，天然气远小于石油；压缩性、扩散性和溶解度则天然气远大于石油。15. 1)碳同位素在油气来源、海陆相区别、生成温度等方面的应用;2)无机气和有机气的区别;3)气的氢同位素特征和气体成因;4)硫、氮、氧同位素的初步应用。16. 一.无机组成1) 常用Na+(包括K+)、Ca2+、Mg2+和Cl-、SO42-、HCO3-(包括CO32-)这6种阳、阴离子代表大量无机组成。其含量则可用重量法、当量法和当量百分比法来表示。三种表示方法的关系如下：毫克当量（毫克当量/升）=重量数（mg/l）/当量值毫克当量百分数=毫克当量数（某离子）/全部阴、阳离子的毫克当量数，表1-20为同一分析数据用三种方法表示

17、的计算结果。2) 含硫化氢而贫硫酸盐是油田水的特点之一。虽然水中无或很少硫酸盐而又含有大量H2S时被认为是油田水的标志之一，但当水中无或很少H2S而又有大量硫酸盐时，却不能断定其不是油田水，还必需结合其它条件加以综合分析。3)油田水中微量元素主要有碘、溴、硼、锶等，其中碘、溴、硼、及铵含量较高是油田水的又一特征。4) 油田水中的碘可能来源于原始有机物质，特别是藻类。溴和硼含量高指示地下水几近停滞，有利于油气保存。铵是原始有机质分解的产物，化学性质不稳定，易转变为氨及其它化合物。所以铵的存在进一步表明地下为还原环境，有利于油气保存。5) 田水中还可有锶、钡等元素，但并非所有油田水都有。总之，油田

18、水中微量元素的存在有助于对与油气有关的沉积、成岩环境及油气保存条件的研究。二.有机组成1) 油田水中常见的有机组分有烃类、酚和有机酸。一般油田水中常含有溶解的烃类气体，包括甲烷和重烃，尤其是重烃的存在往往表明与地下油气藏有关。重烃含量的多少则与距离油气藏的远近有关。一般非油田水中常只含少量甲烷。2) 油层水中苯系化合物含量高，一般可达0.03-1.58mg/l，最高可达5-6mg/l，且甲苯/苯大于1；非油层水中苯系化合物含量低，且甲苯/苯小于1。酚在油层水中含量也比较高，一般大于0.1mg/l，最高可达10-15mg/l，且以邻甲酚和甲酚为主；非油层水的含量低，且以苯酚为主。图1-23 是前

19、苏联某凝析气田的产层和非产层水中苯、酚含量分布对比图。油田水中还常含数量不等的环烷酸、脂肪酸和氨基酸等。其中环烷酸是石油环烷烃的衍生物，常可作为找油的重要水化学标志。环烷酸的含量与距离油藏的远近有关，越近含量越高。此外，环烷酸的含量还与水型有关，它最容易富集在碱性的重碳酸纳型水中，而氯化钙型和氯化镁水中很少或没有环烷酸。这是因为环烷酸钠盐在水中的溶解度大，而环烷酸钙盐在水中难于溶解。故不能认为不含环烷酸的水就不是油田水，须结合水型分析。三.矿化度所谓矿化度是指单位体积水中所含各种离子、分子和化合物的总量，通常叫做水的总矿化度。总矿化度可用干涸残渣（将水加热至105，水蒸发后剩下的残渣）重量或离

20、子总量来表示，单位为mg/l（ppm）、g/l或毫克当量/升。天然水可根据矿化度分为淡水（矿化度1,000ppm），微咸水(1,000-3,000ppm)，咸水(3,000-10,000ppm)，盐水(10,000-50,000ppm)和卤水(50,000ppm)。地表的河水和湖水大多是淡水，其矿化度一般为几百ppm。海水的总矿化度较高，可达35,000ppm。与油气有关的水一般都以具有高矿化度为特征，这是由于油田水埋藏于地下深处，长期处于停滞状态，缺乏循环交替所致。但无论海相还是陆相都存在有相对低矿化度的油田水，甚至出现相反的情况。四、Innovation conduction 1.本题主要

21、要求学生对本章的内容作一概括，能够系统掌握石油与天然气的化学组成、物理性质、分类、稳定同位素分布、区别（差异及判断方法手段），以及与之紧密相关的油田水的性质和类型及其判断油气田类型方面的作用。2. .本题主要要求学生对本章的内容作一概括，能够系统掌握石油与天然气的化学组成、物理性质、分类、稳定同位素分布、区别（差异及判断方法手段），以及与之紧密相关的油田水的性质和类型及其判断油气田类型方面的作用。3. 油田水一节中已给出了2种油气藏类型，从沉积学、构造地质学角度考虑，还可能有哪些构造或非构造的地质体可赋存油气？这种思考对后面知识的学习是有利的。biogenic theory and hydro

22、carbon source rock Reviewing and thinking一、Knowledge accumulated 1. 生物物质的生化组分包括脂类化合物、碳水化合物、蛋白质、木质素。2. 脂肪酸只要经过去羧基、加氢就可得到烃类。碳水化合物被氢还原后可以得到烃类。但碳水化合物大多易被喜氧细菌所消耗或者被分解成水溶物质，难于保存下来，这在相当程度上降低了它的成烃价值。在地质体中也不存在它们的原型。蛋白质只要经过去羧基和去氨基后就可以形成烃类。木质素仅存在于高等植物中，具有比纤维素更强的抗腐能力，还有丰富的芳环结构。它们主要是成煤的重要母质，也可生成天然气。3. 沉积岩中的有机质，依

23、据其可溶性可分为两部分：通常将岩石中不溶于有机溶剂或碱性溶剂的有机组分定义为干酪根；而可溶于上述溶剂的有机组分称为沥青。4. 型干酪根：H/C原子比高，O/C原子比低，以链状结构较多为特征。富含脂类化合物，只含少量多环芳香烃和含氧官能团，主要来源于水生低等浮游生物，生烃潜力大。型干酪根：H/C原子比低，O/C原子比高，以芳香结构多为特征。主要来源于富含木质素和碳水化合物的陆生高等植物，多为异地有机质。生油潜力小，但可生成天然气。型干酪根：H/C和O/C原子比介于上述二类之间，属混合型或过渡型干酪根。其生烃潜力视其接近型或是接近型而异。5. 促使有机质演化的因素主要有细菌、温度、时间、和催化剂以

24、及放射性物质、压力等。6. 有机质演滑可分为成岩作用阶段（未成熟阶段）、深成作用阶段（成熟阶段）、准变质作用阶段（过熟阶段）。7. 晚期成油说的证据主要来自地球化学方面，而早期成油理论则是建立在地质证据的基础上。8. 油气的壳-幔深部成因与板块构造旋回各个演化阶段所形成的六种板块构造活动沉降带及其深部的岩石圈断裂带系统息息相关。9. 一般说来，腐泥型（型）干酪根主要来源于水生低等浮游生物的残体，富含烷族结构，是主要的成油有机质；而腐植型（型）干酪根富含芳环结构，是成气主为的有机质。10. 天然气的成因类型主要有生物成因气、油型气、煤型气和无机成因气。11. 烃源岩包括油源岩、气源岩和油气源岩，

25、习惯上通常叫作生油岩12. 并非有机碳含量越高的生油岩越好。因为生油量的大小还取于有机质向石油的转化，所以还需结合氯仿抽提物及总烃含量才能正确评价生油岩的有机质数量。13. 氯仿抽提物是对岩样用氯仿作溶剂在索氏抽提器内连续抽提一定时间所获得的可溶有机质总量。也称氯仿沥青A或C15+抽提物，常用单位重量岩石百分数或ppm表示。氯仿抽提物由饱和烃、芳烃、非烃和沥青质组成。14. 热解是通过加热使一种化合物转变为另一种化合物的过程。高温热解可使不挥发的高分子聚合物（如生油岩中的干酪根）加热裂解为挥发性产物（烃类等），岩样热解（图2-39 ）所得到的游离烃（S1）、裂解烃（S2）之和，即热解总烃产率，

26、通常用毫克烃/克岩石或千克烃/吨岩石表示。15. 在煤岩组成中，镜质组比其它任何微观结构物质（壳质组、惰性组等）要丰富。镜质组包括有结构镜煤体和无结构腐植体，这两种物质的反射率大致相同，而且其成熟速度也相同。但与壳质组和惰性组的成熟度有所差异。因此测定反射率必须在镜煤组上进行，反映成熟度才具有一致性。16. 随着生油岩成熟度的增高，生成的油气越来越多，导致可溶烃（残余油气或吸咐烃）S1逐渐增多，而热解烃S2却逐渐减少，因而可以用热解峰顶温度（Tmax）、产率指数（Ip=S1/S1+S2）、氢指数（IH）和氧指数（IO）的变化来研究生油岩的成熟度。17. 干酪根的成熟演化阶段也可借助于干酪根元素

27、组成，即H/C和O/C原子比及红外光谱特征予以确定。18. 古代沉积和原油中高分子量范围的奇碳原子正烷烃与偶碳原子正烷烃的分布有着明显的不同，现代沉积物中奇碳正烷烃远大于偶碳正烷烃；古代沉积物中奇碳正烷烃略大于偶碳正烷烃；而石油中两者几乎相等。据此用碳优势指数（CPI）来表示奇碳与偶碳正烷烃的相对含量，并用于鉴定生油岩的有机质成熟度。19. 石油中的钒、镍含量有随石油的比重增加而增长的趋势。钒的含量通常多于镍，但陆相油却是镍多于钒。20. V/Ni、生物标记化合物、碳同位素作对比参数普遍受到重视。因为它们既为母岩与油气共有，又具有相对的稳定性。二、true-false type（give ex

28、amples） 1. 石油中钒、镍元素的绝对含量可能随风化、运移过程而变化，但二者比值显现有规律的变化，因而可以作为油气运移的标志。（）2. 油气苗是常见的油气显示，在从未发现过油气苗的地区找到油气藏的前景相当悲观。（ ） 窗体顶端窗体底端三、Comprehensively discusses1. 1)90%以上的油气产于沉积岩;2)生物标记化合物的结构为生物物质所特有;3)石油元素组成和微量元素组成与有机物质相似;4)石油所具的旋光性是生物物质的特性;5)实验可从有机质中获得烃类。2. 1)沉积有机质是沉积物的一部分（尽管所占比例很小），也是它所寄存的地质体的一部分，所以沉积有机质也叫做地质

29、有机质。其中既包括生物的遗体，也包括生物生命过程中的排泄物和分泌物。生物死亡后其遗体将受到化学分解和细菌分解，大部分以气态或成为水溶成分而逸散掉；还有部分则被生物所吞食；最后真正进入沉积物中去的只是很少的一部分。2)从生物物质的发源地来说，沉积有机质有来源于水盆地本身的所谓原地有机质，这是普遍存在的部分，也是最主要的部分；还有来自由河流和径流从周围陆地携带来的异地有机质。3)冰川和风也是异地有机质的搬运营力，如许多孢子花粉要借风传播，人们曾在远离海岸的大西洋上空大气中见有植物成分的有形质点。但对风和冰川为沉积有机质所做的贡献，目前尚缺乏可信的定量评价。3. 1)喜氧细菌使有机质分解;厌氧细菌使有机质菌解的主要游离产物为CH4、CO2、H2S、H2O以及铵和磷酸盐离子。沉积有机质经细菌作用后，以气态和溶解态移走氮、硫、氧和磷等杂原子的有机质，使其碳、氢相对富集，从而在整体上成为更接近于石油样的物质;2)说明地温梯度;烃类物质和抽提物随温度增加而增加;阐明门限温度和门限深度;3)说明时间-温度的互补关系。4)催化剂在干酪根成烃反应中的作用主要是降低反应所需的活化能，从而增加活化分子的百分率，以产生增加反应产物的效应;5)放射性元素压力岩浆热构造热等的作用;在上述因素中，对有机质演化成