第二章 油气藏中的流体.doc

内容摘要 [内容提要] 油、气、水等流体是认识油气藏的最直接标志。石油和天然气均为不同结构的烃类与其它化合物以不同的比例组成的混合物，它们的组成和物理性质在不同地区存在很大差别。本章主要介绍石油、天然气、油田水的概念、化学组成和物理性质，由此可对流体在油气藏中的存在状态有一个深入的了解。 §1? 石油 一．概念 石油是以液态形式存在于地下岩石孔隙介质中的可燃有机矿产，无论从成分还是相态上都是十分复杂的混合物。 成分：以烃类为主 + 数量不等的非烃化合物及微量元素 相态：以液态为主 ，可溶解大量天然气与固态物质 因此，石油没有确定的化学成分和物理常数。 二．元素组成 1．基本元素 石油没有确定的元素组成，但总体上往往局限于一定的变化范围内，且主要由5种元素组成，即C、H、O、S、N。据统计，石油中的平均元素组成（%）为：C—84.5，H—13.0，O—0.5，S—1.5，N—0.5。 也就是说，C、H两元素在石油中占绝对优势，主要以烃类化合物的形式存在，构成了石油的主体。而O、S、N常存在于含杂原子的化合物中，主要是重馏分。 高硫原油和低硫原油（以S =1%为界） 2．微量元素 另外，还有几十种微量元素，主要是金属元素（其中V和Ni的含量最高），仅占石油重量的万分之几，构成了石油的灰分。 3．同位素 原油中常见的稳定同位素有C（C12、C13）、H（H1、H2）、Ar（Ar40、Ar36）。同位素可为解决油气成因油源对比乃至油气运移等问题提供重要证据。衡量其大小通常用比值和δ值（千分数）表示。δ值的定义是： δ值（‰）=（Rs/Rr -1）×1000 式中Rs和Rr分别代表样品和相应标准的同位素比值（重/轻）。可看出，Rs越小，δ值越小。关于稳定同位素的标准值，国际上通用氢为SMOW，碳用美国南卡州皮狄组美洲拟箭石（PDB）。 由图2-1可知，不同地区、不同类型原油的同位素类型曲线间有着明显差别，能有效解决成油环境、油源对比及石油演化等方面的问题。图2-1 原油碳同位素类型曲线 （据廖永胜，1982（实线）；Stahl，1977（虚线）） -福山凹陷，-莺歌海西部凹陷 和-涠西南凹陷） 1-福25井E，2-莺9井N，3-湾2井E，4-湾9井Pz，5-莺2井E，6-湾5井N三．化合物组成 组成石油的化合物有两类： （一）烃类化合物 1．烷烃 C4以下为气态，C5~C16为液态，C17以上为固态） 正烷烃分布曲线（图2-2）图2-2? 不同类型石油的正烷烃分布曲线 （据Martin，1963）异戊间二烯型烷烃（Ph、Pr最丰富），一般认为由叶绿素的侧链——植醇演化而来。 2．环烷烃 石油中多为五员环和六员环。应用：环己烷/环戊烷 ~ 生油温度 3．芳香烃 石油中有：苯、萘（二环）、菲和蒽（三环） 环烷芳烃以四环、五环最重要，多与甾、萜类化合物有关，属生物成因标志物。 上述三种烃类在世界石油烃组成中所占的比例见表2-1。表2-1? 世界石油烃类的构成比例 烃类名称 范围 通常范围 平均含量 烷烃 0 ~ 70 5 ~ 55 30 环烷烃 20 ~ 80 25 ~ 75 46 芳香烃 5 ~ 60 10 ~ 40 24 （二）非烃化合物 这一部分化合物在石油的重质馏分中含量较高。 1．含氧化合物 有酸性和中性氧化物两类。前者称为石油酸，其中又以环烷酸最为重要，约占总酸的90%±，多集中于石油250 ~ 350的中间馏分内，多属一元酸类，常为环戊烷的衍生物，易形成各种盐类，由此可作为地下水找油的一种标志。 2．含硫化合物 有H2S、硫醇（RSH）、硫醚（RSR′）、噻吩等。 3．含氮化合物 可分两类： 碱性氮化物：多为砒啶、喹啉等 非碱性氮化物：主要是砒咯、卟啉等——动物血红素和植物叶绿素都属卟啉类化合物，且结构相同（石油有机成因证据）除上述已经分离、鉴定出的各种化合物外，石油中还有一定数量的、由多种元素（C、H、O、S、N等）组成的、结构极为复杂的高分子化合物，因受分离技术的限制，目前对其具体的结构特征尚不清楚，统称其为沥青质。 四．物理性质 石油的总体物理特征是： 1．颜色：浅（淡黄色）——深（黑色） 2．相对密度（比重）：在1atm（101325Pa）压力下，单位体积的20石油与4纯水的重量比，通常以d420表示。石油的相对密度一般介于0.75 ~ 0.98，通常大于0.9的称为重油。石油的比重大小与所含组分、油溶气量、压力、温度等因素有关 。 3．粘度：表示石油流动分子之间相对运动所引起的内摩擦力大小，粘度越大，流动性越差。可分为动力粘度、运动粘度和相对粘度。在SI制中，动力粘度为Pa·s，定义是：当1Pa的切力（P）作用于液体，使相距（L）为1m、面积（F）为1m2的两液层发生相对恒速流动，流量（Q）为1m3/s时的