石油天然气地质学.ppt

石油天然气地质学石油天然气地质学 石油与天然气地质学石油与天然气地质学是资源勘查工程专业本是资源勘查工程专业本科生的一门专业基础课，也是一门应用学科，它综合科生的一门专业基础课，也是一门应用学科，它综合性强，必须全面地运用地质学、石油地球化学、沉积性强，必须全面地运用地质学、石油地球化学、沉积岩石学、构造地质学、地史学及数学、物理等多种学岩石学、构造地质学、地史学及数学、物理等多种学科知识来阐述石油及天然气在地壳中的形成过程、产科知识来阐述石油及天然气在地壳中的形成过程、产出状态及分布规律的学科，是指导石油勘探和开发的出状态及分布规律的学科，是指导石油勘探和开发的理论基础。本教学片将让你了解地壳中油气藏的形成理论基础。本教学片将让你了解地壳中油气藏的形成过程及分布规律。过程及分布规律。4/22/20231石油天然气地质学石油天然气地质学 第一章第一章 油气藏中的流体油气藏中的流体-石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水第二章第二章 储集层和盖层储集层和盖层第三章第三章 圈闭和油气藏圈闭和油气藏第四章第四章 油气生成与烃源岩油气生成与烃源岩第五章第五章 石油和天然气的运移石油和天然气的运移第六章第六章 油气藏的形成油气藏的形成第七章第七章 含油气盆地与油气聚集单元含油气盆地与油气聚集单元第八章第八章 油气分布与控制因油气分布与控制因 4/22/20232石油天然气地质学石油天然气地质学 第一章油气藏中的流体第一章油气藏中的流体-石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 一个油气藏中的流体一个油气藏中的流体包括油、气、水，纯气包括油、气、水，纯气藏中的流体只有气和水。藏中的流体只有气和水。这些流体存在于储集层这些流体存在于储集层的孔隙裂缝中，在圈闭的孔隙裂缝中，在圈闭范围内按重力分异，气范围内按重力分异，气居顶部，油居中，水在居顶部，油居中，水在下面。三者以一定的关下面。三者以一定的关系共存于储集层的孔隙系共存于储集层的孔隙系统中。系统中。4/22/20233石油天然气地质学石油天然气地质学 第一章油气藏中的流体第一章油气藏中的流体-石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 第一节石油第一节石油第二节天然气第二节天然气第三节油田水第三节油田水 第四节稳定同位素第四节稳定同位素 4/22/20234石油天然气地质学石油天然气地质学 第一章油气藏中的流体第一章油气藏中的流体-石油、天然气和油田水石油、天然气和油田水 第一节石油第一节石油 一、石油的概念一、石油的概念石石油油（又又称称原原油油）-crudeoilcrudeoil：一一种种存存在在于于地地下下岩岩石石孔孔隙隙介介质质中中的的由由各各种种碳碳氢氢化化合合物物与与杂杂质质组组成成的的，呈呈液液态态和和稠稠态态的的油油脂状天然可燃有机矿产。脂状天然可燃有机矿产。组组成成石石油油的的成成分分非非常常复复杂杂，根根据据其其不不同同的的特特性性，可可分分为为元元素素组组成成、馏馏分分组组成成、组组分分组组成成和和化化合合物物组组成成，三三者者有有相相互互关关系系；依依据据石石油油中中各各种种结结构构类类型型化化合合物物的的含含量量，可可对对石石油油进进行行分分类类；不不同同环环境境下下生生成成的的石石油油，比比如如海海陆陆相相石石油油的的特特征征有有明明显显的的区区别别；石石油油没没有有固固定定的的成成分分，因因此此石石油油没没有有确确定定的的物物理理参参数数，石油的物理性质取决于它的化学组成。石油的物理性质取决于它的化学组成。4/22/20235石油天然气地质学石油天然气地质学 二、石油的组成二、石油的组成（一）石油的元素组成：（一）石油的元素组成：组成石油的化学元素主要是碳、氢、氧、氮、硫。碳含量为：组成石油的化学元素主要是碳、氢、氧、氮、硫。碳含量为：84-87%84-87%，平均，平均84.5%84.5%；氢含量为：；氢含量为：111114%14%，平均，平均13%13%；两元素在石油中一般；两元素在石油中一般占占959599%99%，平均为，平均为97.5%97.5%。剩下的硫、氮、氧及微量元素的总含量一。剩下的硫、氮、氧及微量元素的总含量一般只有般只有1 14%4%，其中，氧：，其中，氧：0.10.14.5%4.5%，一般小于，一般小于0.5%0.5%；硫：小于；硫：小于1%1%，平均，平均0.65%0.65%；氮：小于；氮：小于0.1%0.1%。含硫量小于。含硫量小于1%1%的为低硫原油的为低硫原油,含硫量大含硫量大于于1%1%的为高硫原油。常以的为高硫原油。常以0.25%0.25%作为贫氮和高氮石油的界线。石油中作为贫氮和高氮石油的界线。石油中还发现微量元素，构成了石油的灰分。还发现微量元素，构成了石油的灰分。已发现的已发现的33种微量元素按其含量多少和常见程度列举如下：铁种微量元素按其含量多少和常见程度列举如下：铁(Fe)、钙钙(Ca)、镁镁(Mg)、硅硅(Si)、铝铝(Al)、钒钒(V)、镍镍(Ni)、铜铜(Cu)、锑锑(Sb)、锰锰(Mn)、锶锶(Sr)、钡钡(Ba)、硼硼(B)、钴钴(Co)、锌锌(Zn)、钼钼(Mo)、铅铅(Pb)、锡锡(Sn)、钠钠(Na)、钾钾(K)、磷磷(P)、锂锂(Li)、氯氯(Cl)、铋铋(Bi)、铍铍(Be)、锗锗(Ge)、银银(Ag)、砷砷(As)、镓镓(Ga)、金金(Au)、钛钛(Ti)、铬铬(Cr)、镉镉(Cd)。在这些微在这些微量元素中，最引起石油地质学者重视的是量元素中，最引起石油地质学者重视的是V V、NiNi两种元素，它们含量高，两种元素，它们含量高，分布普遍并具有成因意义。分布普遍并具有成因意义。在这些微量元素中，最引起石油地质学者重视的是在这些微量元素中，最引起石油地质学者重视的是V V、NiNi两种元素，它两种元素，它们含量高，分布普遍并具有成因意义。们含量高，分布普遍并具有成因意义。近年来，石油灰分中的近年来，石油灰分中的V、Ni含量及其比值（含量及其比值（V/Ni）已被用来确定生已被用来确定生油岩相、油源对比以及研究油气运移等问题。油岩相、油源对比以及研究油气运移等问题。第一节石油第一节石油 4/22/20236石油天然气地质学石油天然气地质学（二）石油的馏分组成（二）石油的馏分组成 是利用组成石油的化合物具有不同沸点的特性，加热蒸馏，是利用组成石油的化合物具有不同沸点的特性，加热蒸馏，将石油切割成不同沸点范围（即馏程）的若干部分，每一部分将石油切割成不同沸点范围（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分。就是一个馏分。4/22/20237石油天然气地质学石油天然气地质学（三）石油的组分组成：（三）石油的组分组成：石油的组分：石油的组分：石油化合物的不同组分对有机溶剂和吸附具有选择性溶解和石油化合物的不同组分对有机溶剂和吸附具有选择性溶解和吸附性能，选用不同有机溶剂和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分吸附性能，选用不同有机溶剂和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分就是一个组分，分别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质。就是一个组分，分别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质。油质：油质：凡能溶解于中性有机溶剂，不被硅胶所吸附，浅黄色粘性油状物。凡能溶解于中性有机溶剂，不被硅胶所吸附，浅黄色粘性油状物。苯胶质：苯胶质：能溶解于中性有机溶剂，被硅胶所吸附，主要溶于苯，属暗色的能溶解于中性有机溶剂，被硅胶所吸附，主要溶于苯，属暗色的油状物。油状物。洒精苯胶质：洒精苯胶质：溶于酒精和苯，同时也被苯所吸附。溶于酒精和苯，同时也被苯所吸附。沥青质：沥青质：用石油醚分离，得到一种不溶于石油醚的物质暗黑色用石油醚分离，得到一种不溶于石油醚的物质暗黑色-黑色沥黑色沥青状无定形的固体。青状无定形的固体。4/22/20238石油天然气地质学石油天然气地质学（四）石油的化合物组成（四）石油的化合物组成在在近近代代实实验验室室中中，用用液液相相色色谱谱可可将将石石油油划划分分为为烃烃类类化化合合物物：正正构构烷烷烃烃、异异构构烷烃、环烷烃、芳烃和非烃化合物及沥青质。烷烃、环烷烃、芳烃和非烃化合物及沥青质。4/22/20239石油天然气地质学石油天然气地质学 正构烷烃正构烷烃属饱和烃，在常温常压下，属饱和烃，在常温常压下，1 14 4个碳原子（个碳原子（C1C1C4C4）的烷烃为气态，的烷烃为气态，5 51616个碳原子（个碳原子（C5C5C16C16）的烷烃为液态，的烷烃为液态，1717个碳原子以上（个碳原子以上（C17C17）的高分子的高分子烷烃皆呈固态。烷烃皆呈固态。石油中已鉴定出的正烷烃有石油中已鉴定出的正烷烃有C1C1C45C45，个别报导曾提及见到个别报导曾提及见到C60C60正烷烃，但正烷烃，但大部分正烷烃碳数大部分正烷烃碳数 C35C35。石油中多数占石油中多数占15.5%15.5%（体积），轻质石油可达（体积），轻质石油可达30%30%以上，而重质石油可小于以上，而重质石油可小于15%15%。其含量主要取决于：。其含量主要取决于：1.1.生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量多，海相原油含量少。生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量多，海相原油含量少。2.2.原油的成熟度：可用正烷烃分布曲线来判断原油的成熟度。原油的成熟度：可用正烷烃分布曲线来判断原油的成熟度。石油中正构烷烃的来源：石油中正构烷烃的来源：现代生物：如细菌、藻类。含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、现代生物：如细菌、藻类。含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢子花粉、果实）。有机质的演变、分解。孢子花粉、果实）。有机质的演变、分解。4/22/202310石油天然气地质学石油天然气地质学 A A、主主峰峰小小于于C15C15，且且主主峰峰区区较较窄窄，表表明明低低分分子正烷烃高于高分子正烷烃，代表高成熟原油；子正烷烃高于高分子正烷烃，代表高成熟原油；B B、主主峰峰大大于于C25C25，主主峰峰区区较较宽宽，奇奇数数和和偶偶数数碳碳原原子子烃烃的的分分布布很很有有规规律律，二二者者的的相相对对含含量量接接近相等，代表未成熟或低成熟的原油；近相等，代表未成熟或低成熟的原油；C C、主主峰峰区区在在C15C15C25C25之之间间，主主峰峰区区宽宽，代代表表成成熟熟原原油油。正正烷烷烃烃分分布布特特点点与与成成油油原原始始有有机机质质、成成油油环环境境和和成成熟熟度度有有密密切切关关系系，因因此此这这些些特特征征已已被被广广泛泛用用于于鉴鉴别别生生油油岩岩和和研研究究石石油油的的成成熟度。熟度。正正烷烷烃烃分分布布曲曲线线在在石石油油中中，不不同同碳碳原原子子数数正正烷烷烃烃相相对对含含量量呈呈一一条条连连续续的的分分布布曲曲线线，称为称为正烷烃分布曲线正烷烃分布曲线。不同类型原油的正烷烃分布特点不同：。不同类型原油的正烷烃分布特点不同：未成熟的石油，主要含大分子量的正构烷烃；未成熟的石油，主要含大分子量的正构烷烃；成熟的石油中，主要含中分子量的正构烷烃；成熟的石油中，主要含中分子量的正构烷烃；降解的石油中，主要含中、小分子量的正构烷烃；降解的石油中，主要含中、小分子量的正构烷烃；根据主峰碳数位置及形态，可将正烷烃分布曲线分为三种基本类型：根据主峰碳数位置及形态，可将正烷烃分布曲线分为三种基本类型：4/22/202311石油天然气地质学石油天然气地质学 2 2、异构烷烃、异构烷烃石油中的异构烷烃以石油中的异构烷烃以 C10C10为主，且以为主，且以异戊间二烯烷烃最重要。其特点是在直异戊间二烯烷烃最重要。其特点是在直链上每链上每4 4个碳原子有一个甲基支链。在个碳原子有一个甲基支链。在沉积物和原油中以植烷、姥鲛烷、降姥沉积物和原油中以植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。研究和应用最多的是植烷和姥鲛烷。研究和应用最多的是植烷和姥鲛烷。来源：有人认为是植物的叶绿素的侧来源：有人认为是植物的叶绿素的侧链链植醇或色素演变而来，为生物标志植醇或色素演变而来，为生物标志化合物。因此，同源的石油所含异戊间化合物。因此，同源的石油所含异戊间二烯类烷烃类型和含量都十分接近。因二烯类烷烃类型和含量都十分接近。因此，常用于油源对比标志（指纹化合物此，常用于油源对比标志（指纹化合物），近来也用于沉积环境研究。），近来也用于沉积环境研究。4/22/202312石油天然气地质学石油天然气地质学 3 3、环烷烃、环烷烃由由许许多多围围成成环环的的多多个个次次甲甲基基（-CH2-CH2-）组组成成。组组成成环环的的碳碳原原子子数数可可以以是是大大于于3 3的的任任何何数数，相相应称为三员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。应称为三员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。其其含含量量与与成成熟熟度度有有关关：成成熟熟度度低低 高高，由由多多环环 单单、双双环环。一一般般，单单、双双环环占占环环烷烷烃烃的的50.5%50.5%；三环占环烷烃的；三环占环烷烃的20%20%；四、五环占环烷烃的；四、五环占环烷烃的25%25%。原原油油中中大大于于四四环环的的环环烷烷烃烃一一般般具具有有很很高高的的旋旋光光性性，所所以以没没成成熟熟的的原原油油旋旋光光性性高高。多多环环环环烷烷烃与四环的甾族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有机成因的主要证据之一。烃与四环的甾族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有机成因的主要证据之一。4 4、芳香烃、芳香烃芳芳香香烃烃其其特特征征是是分分子子中中含含有有苯苯环环结结构构，属属不不饱饱和和烃烃。根根据据其其结结构构不不同同可可分分为为单单环环、多多环环、稠环三类芳香烃。稠环三类芳香烃。单单环环芳芳烃烃是是指指分分子子中中含含有有一一个个苯苯环环的的芳芳香香烃烃，包包括括苯苯及及其其同同系系物物；多多环环芳芳烃烃是是指指分分子子中中含含两两个个或或多多个个独独立立苯苯环环的的芳芳香香烃烃；稠稠环环芳芳香香烃烃是是指指分分子子中中含含两两个个或或多多个个苯苯环环，彼彼此此之之间间共共用用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。在石油的低沸点馏分中，芳香烃含量较少，且多为单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。随在石油的低沸点馏分中，芳香烃含量较少，且多为单环芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。随沸点升高，芳香烃含量亦增多，除单环芳香烃外，出现双环芳香烃，如联苯。在重质馏分沸点升高，芳香烃含量亦增多，除单环芳香烃外，出现双环芳香烃，如联苯。在重质馏分中还可能出现稠环芳香烃，如萘和菲，蒽的含量较少。中还可能出现稠环芳香烃，如萘和菲，蒽的含量较少。4/22/202313石油天然气地质学石油天然气地质学 5 5、非烃化合物、非烃化合物主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物，主要集中在石油的高沸点馏分中。主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物，主要集中在石油的高沸点馏分中。含含硫硫化化合合物物：最最重重要要的的非非烃烃化化合合物物，存存在在于于中中、重重馏馏分分中中。主主要要有有硫硫醇醇（-SH-SH）、硫硫化化物物（-S-S-）（包包括括硫硫醚醚R-S-RR-S-R、环环硫硫醚醚）、二二硫硫化化物物（-S-S-S-S-）以以及及噻噻吩吩衍衍生生物物。此此外外，还还有有元素硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等元素硫、硫化氢。硫来自有机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等含含氮氮化化合合物物：主主要要集集中中在在胶胶质质沥沥青青质质中中。石石油油中中含含氧氧化化合合物物可可分分为为碱碱性性和和中中性性两两大大类类。碱碱性性含含氮氮化化合合物物主主要要是是吡吡咯咯、吲吲哚哚、咔咔唑唑的的同同系系物物及及酰酰胺胺等等。原原油油中中含含有有具具有有重重要要意意义义的的中性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有机成因的重要生物标志物。中性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有机成因的重要生物标志物。卟卟啉啉是是以以4 4个个吡吡咯咯环环为为基基本本结结构构，由由4 4个个次次甲甲基基（-CH-CH）桥桥键键连连接接的的含含氮氮化化合合物物。在在石石油油中中卟卟啉啉常常与与金金属属、i i络络合合形形成成有有机机络络合合物物，它它比比较较稳稳定定，易易保保存存，具具有有极极强强的的吸吸光光性性和和荧荧光光性性。卟卟啉啉本本身身在在高高温温或或氧氧化化条条件件下下易易分分解解，说说明明石石油油是是在在温温度度不不高高、还还原原环环境境下下形形成成，卟啉还易被粘土吸附，可应用于油气运移研究。卟啉还易被粘土吸附，可应用于油气运移研究。含含氧氧化化合合物物：主主要要有有酸酸性性和和中中性性两两大大类类。酸酸性性含含氧氧化化合合物物中中有有环环烷烷酸酸、脂脂肪肪酸酸及及酚酚，总总称称石石油油酸酸；中中性性含含氧氧化化合合物物有有醛醛、酮酮等等，其其含含量量较较少少。酸酸性性含含氧氧化化合合物物中中环环烷烷酸酸最最多多，占占酸酸性性物物质质90%90%以以上上，易易与与碱碱金金属属作作用用生生成成环环烷烷酸酸盐盐，极极易易溶溶于于水水，因因此此，油油田田水水中中环环烷烷酸酸可可作为一种含油气性直接曛尽。作为一种含油气性直接曛尽。4/22/202314石油天然气地质学石油天然气地质学 三、馏分、组分和化合物组成三者的关系三、馏分、组分和化合物组成三者的关系 4/22/202315石油天然气地质学石油天然气地质学 四、石油的分类四、石油的分类石油的分类方法常因目的而异，地球化学家石油的分类方法常因目的而异，地球化学家和地质学家注重原油组成及其与生油岩和演和地质学家注重原油组成及其与生油岩和演化作用的关系。代表性的分类方案是化作用的关系。代表性的分类方案是Tissot和和Welte(1978)提出的，该分类采用三角图解，提出的，该分类采用三角图解，以烷烃、环烷烃、芳烃以烷烃、环烷烃、芳烃N、S、O化合物作化合物作为三角图解的三个端元。以饱和烃含量为三角图解的三个端元。以饱和烃含量50%为界把三角图分为两大部分，在饱和烃含量为界把三角图分为两大部分，在饱和烃含量50%的区域内，再根据石蜡烃含量的区域内，再根据石蜡烃含量50%、40%处建立次一级分类界线，将饱和烃处建立次一级分类界线，将饱和烃50%区域分为三种基本类型：石蜡型、环烷区域分为三种基本类型：石蜡型、环烷型和石蜡环烷型。在芳烃型和石蜡环烷型。在芳烃N、S、O化合物化合物大于大于50%的区域内，以石蜡烃含量的区域内，以石蜡烃含量10%建立建立分类界线，将石蜡烃含量分类界线，将石蜡烃含量10%的区域作为的区域作为芳香芳香-中间型原油，而石蜡烃中间型原油，而石蜡烃10%为重质为重质降解原油。在重质降解原油中，以环烷烃含降解原油。在重质降解原油中，以环烷烃含量量25%处建立分类界线，将环烷烃含量处建立分类界线，将环烷烃含量25%的称芳香的称芳香-环烷型，而环烷型，而25%的称芳的称芳-香香沥青型。沥青型。4/22/202316石油天然气地质学石油天然气地质学 五、海陆相原油的基本区别五、海陆相原油的基本区别4/22/202317石油天然气地质学石油天然气地质学 六、石油的物理性质六、石油的物理性质颜色：颜色：从白色、淡黄、黄褐、深褐、墨绿色至黑色。从白色、淡黄、黄褐、深褐、墨绿色至黑色。比比重重：是是指指一一大大气气压压下下，2020石石油油与与44纯纯水水单单位位体体积积的的重重量量比比，用用d420d420表表示示。一一般般介介于于0.750.750.980.98之之间间。通通常常把把比比重重大大于于0.900.90的的称称为为重重质质石石油油；小小于于0.900.90的的称称为为轻轻质质石石油油。美美国国通通常常用用APIAPI度度、西欧用西欧用波美度波美度来表示石油的比重。来表示石油的比重。美国通常用美国通常用APIAPI度、西欧用波美度来表示石油的比重，它们与国际通用不同的比重之间的关系如下：度、西欧用波美度来表示石油的比重，它们与国际通用不同的比重之间的关系如下：API=141.5/15.5CAPI=141.5/15.5C时比重时比重-131.5-131.5波美度波美度=140/15.5C=140/15.5C时比重时比重-130-130APIAPI度度和和波波美美度度高高的的石石油油，实实际际上上属属于于低低比比重重的的轻轻质质石石油油。这这两两种种单单位位与与国国际际通通用用单单位位的的换换算算值值如如表。表。4/22/202318石油天然气地质学石油天然气地质学 石油的粘度：石油的粘度：代表石油流动时分子之间相对运动所引起的内摩擦力大小。有动力粘度代表石油流动时分子之间相对运动所引起的内摩擦力大小。有动力粘度,又称绝对粘度，又称绝对粘度，用用SISI表示，单位为帕表示，单位为帕斯卡秒（斯卡秒（Pa.s)Pa.s)。动力粘度动力粘度/同温下密度称为运动粘度，其单位称二次方米每秒同温下密度称为运动粘度，其单位称二次方米每秒(m2/s)(m2/s)，不同温度下的不同温度下的运动粘度用运动粘度用VtVt表示。相对表示。相对粘度又称恩氏粘度，是在恩氏粘度计中粘度又称恩氏粘度，是在恩氏粘度计中200ml200ml原油与原油与2020同体积蒸馏水流出时间的比值。常用同体积蒸馏水流出时间的比值。常用EtEt表示。表示。石油颜色深浅和比重、粘度的大小主要取决于石油的化学组成，胶质、沥青质含量愈高，颜色愈深，石油颜色深浅和比重、粘度的大小主要取决于石油的化学组成，胶质、沥青质含量愈高，颜色愈深，比重愈大，粘度增加。比重愈大，粘度增加。荧光性：荧光性：石油在紫外光照射下可产生延缓时间不足石油在紫外光照射下可产生延缓时间不足10-710-7秒的发光现象，称为荧光性。石油中的多环芳秒的发光现象，称为荧光性。石油中的多环芳烃和非烃具有荧光性。烃和非烃具有荧光性。荧光色随不饱和烃的浓度及分子量增加而加深。轻质石油显浅蓝色，胶质较多显绿黄色，沥青质为褐荧光色随不饱和烃的浓度及分子量增加而加深。轻质石油显浅蓝色，胶质较多显绿黄色，沥青质为褐色。色。旋光性：旋光性：石油能将偏振光的振动面旋转一定角度的能力。石油的旋光性与含有结构不对称的生物成因石油能将偏振光的振动面旋转一定角度的能力。石油的旋光性与含有结构不对称的生物成因标志物有关，因此旋光标志物有关，因此旋光性常作为石油有机成因的证据。性常作为石油有机成因的证据。溶解性：溶解性：石油难溶于水，但却易溶于多种有机溶剂，凝固和液化：石油凝固和液化的温度范围是随其石油难溶于水，但却易溶于多种有机溶剂，凝固和液化：石油凝固和液化的温度范围是随其组成而变化的，无固定组成而变化的，无固定数值。凝固点：原油失去流动能力的最高温度称为凝固点。含高分子的烃越多，凝固点越高。数值。凝固点：原油失去流动能力的最高温度称为凝固点。含高分子的烃越多，凝固点越高。导电性：导电性：石油是不良导体，在地下属高电阻。石油是不良导体，在地下属高电阻。4/22/202319石油天然气地质学石油天然气地质学 第二节天然气第二节天然气天然气：广义上指岩石圈中存在的一切天然生成的气体。石油地质天然气：广义上指岩石圈中存在的一切天然生成的气体。石油地质学中研究的主要是沉积圈中以烃类为主的天然气。学中研究的主要是沉积圈中以烃类为主的天然气。一、天然气的产出类型一、天然气的产出类型按天然气的成因可分为有机成因气和无机成因气；按天然气的成因可分为有机成因气和无机成因气；按天然气存在的相态可以分为游离气、溶解气、吸附气和固态气水按天然气存在的相态可以分为游离气、溶解气、吸附气和固态气水化合物；化合物；依天然气分布特征可分为聚集型和分散型；依天然气分布特征可分为聚集型和分散型；依天然气与石油产出的关系分为伴生气和非伴生气。依天然气与石油产出的关系分为伴生气和非伴生气。按照天然气的成分可分为烃类气体和非烃类气体。按照天然气的成分可分为烃类气体和非烃类气体。4/22/202320石油天然气地质学石油天然气地质学（一）聚集型天然气（一）聚集型天然气 1、气顶气：与石油共存于油气藏中呈游离气顶、气顶气：与石油共存于油气藏中呈游离气顶状态产出的天然气。以烃类为主，除大量的甲烷状态产出的天然气。以烃类为主，除大量的甲烷外，还有重烃气体和轻组分的液态烃，少量氮气外，还有重烃气体和轻组分的液态烃，少量氮气和二氧化碳凝析气：当地下温度、压力超过临界和二氧化碳凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，由液态烃逆蒸发而形成的气体。开采出条件后，由液态烃逆蒸发而形成的气体。开采出来后，由于地表压力、温度较低，按照逆凝结规来后，由于地表压力、温度较低，按照逆凝结规律而逆凝结为轻质油即凝析油。律而逆凝结为轻质油即凝析油。2 2、气藏气：单独聚集的天然气。可分为干气气藏和湿气气藏。、气藏气：单独聚集的天然气。可分为干气气藏和湿气气藏。干气气藏：甲烷含量大于干气气藏：甲烷含量大于95%95%，重烃气体含量少，采到地表也是气体。，重烃气体含量少，采到地表也是气体。湿气气藏：含较多的甲烷，还有乙、丙、丁烷液态烃，还溶解了戊、湿气气藏：含较多的甲烷，还有乙、丙、丁烷液态烃，还溶解了戊、己烷等，重烃含量大于己烷等，重烃含量大于5%，采到地表除含较多气体外，还凝结出许多液，采到地表除含较多气体外，还凝结出许多液态气体。态气体。4/22/202321石油天然气地质学石油天然气地质学 3 3、凝凝析析气气：当当地地下下温温度度、压压力力超超过过临临界界条条件件后后，由由液液态态烃烃逆逆蒸蒸发发而而形形成成的的气气体体。开开采采出出来来后后，由由于于地地表表压压力力、温温度度较较低低，按按照照逆逆凝凝结结规规律律而而逆逆凝凝结结为为轻轻质质油油即即凝凝析析油油。凝凝析气藏的形成析气藏的形成 烃类纯物质的相态：烃类纯物质的相态：在温度一定在温度一定时，随压力增加，体积缩小，到达时，随压力增加，体积缩小，到达露点露点A后，压力不变而体积继续缩后，压力不变而体积继续缩小，直到泡点小，直到泡点B后，压力增大体积后，压力增大体积变化甚微，露点变化甚微，露点A为开始液化的点，为开始液化的点，泡点泡点B为完全液化的点，为完全液化的点，A-B为气为气液两相共存区段，其对应的压力为液两相共存区段，其对应的压力为饱和蒸汽压，大小取决与温度，温饱和蒸汽压，大小取决与温度，温度升高，度升高，A-B线段逐渐缩小，线段逐渐缩小，直到直到临界点临界点K。4/22/202322石油天然气地质学石油天然气地质学 多多组组分分烃烃类类相相态态及及凝凝析析气气藏藏的的形形成成：多多组组分分烃烃类类物物系系相相态态图图与与烃烃类类纯纯物物质质的的相相态态图图不不同同，其其露露点点线线和和泡泡点点线线交交绘绘于于临临界界点点K K，所所围围区区域域为为气气液液两两相相共共存存区区，临临界界凝凝析析压压力力点点K2K2和和临临界界凝凝析析温温度度点点K1K1之之间间为为逆逆凝凝析析区区，在在该该区区内内，低低压压条条件件下下（B3B3）为为气气态态，压压力力增增大大到到（B2B2）后后，压压力力增增大大液液相相反反而而减减小小，到到B1B1点点则则完完全全气气化化，这这与与正正常常蒸蒸发发概概念念完完全全相相反反，称称为为逆逆蒸蒸发发，相相反反的的过过程程称称为为逆逆凝凝结结，凝凝析析气气（油油）藏藏的的形形成成正正是是逆逆蒸蒸发发（逆逆凝凝结结）相相态转变的结果。态转变的结果。临临界界凝凝析析温温度度点点K1K1：多多组组分分相相态态中中，不不管管压压力力多多大，凡高于此温度便不能形成液体。大，凡高于此温度便不能形成液体。临临界界凝凝析析压压力力点点K2K2：多多组组分分相相态态中中，不不管管温温度度高高低，凡高于此压力便不能形成气体。低，凡高于此压力便不能形成气体。凝析气藏和湿气气藏的区别：凝析气藏和湿气气藏的区别：凝凝析析油油中中含含大大量量的的轻轻质质烃烃类类，重重质质烃烃类类较较少少，呈呈淡淡黄黄色色，刚刚开开采采是是伴伴生生气气较较多多，随随着着气气藏藏不不断断开开采采，伴伴生生气气越越来来越越少少；湿湿气气气气藏藏含含的的气气体体多多，凝凝析气藏含的气体少。析气藏含的气体少。4/22/202323石油天然气地质学石油天然气地质学（二）分散型天然气（二）分散型天然气 1、油内溶解气：、油内溶解气：溶解于石油中的天然气。溶解于石油中的天然气。2 2、水内溶解气：、水内溶解气：溶解于水中的天然气。溶解于水中的天然气。3 3、煤煤层层气气：煤煤层层中中所所含含的的吸吸附附和和游游离离状状态态的天然气。的天然气。4、固态气水合物：、固态气水合物：是在冰点附近的特殊温是在冰点附近的特殊温度和压力条件下形成的固态结晶化合物。主度和压力条件下形成的固态结晶化合物。主要分布在冻土、极地和深海沉积物分布区。要分布在冻土、极地和深海沉积物分布区。固态气水合物是在温度高于水本身的固化温固态气水合物是在温度高于水本身的固化温度的时候，天然气和水结合而形成的一种固度的时候，天然气和水结合而形成的一种固态液体，而不是化合物。气体分子和水分子态液体，而不是化合物。气体分子和水分子的数目是固定的，一个甲烷分子需要的数目是固定的，一个甲烷分子需要5.75个个水分子，一个乙烷分子需要水分子，一个乙烷分子需要7.66个水分子，个水分子，一个丙烷或丁烷分子需要一个丙烷或丁烷分子需要17个水分子。个水分子。4/22/202324石油天然气地质学石油天然气地质学 二、天然气的化学组成二、天然气的化学组成 天然气的元素组成，以碳、氢为主，天然气的元素组成，以碳、氢为主，碳占碳占6580%，氢占，氢占1220%，另有少，另有少氮、氧、硫及其它微量元素。天然气的氮、氧、硫及其它微量元素。天然气的化合物组成以甲烷为主，其次为重烃气，化合物组成以甲烷为主，其次为重烃气，并含有数量不等的并含有数量不等的N2、CO2、H2S及其及其它惰性气体。世界上绝大多数气藏的成它惰性气体。世界上绝大多数气藏的成分是以烃气为主的。烃含量高于分是以烃气为主的。烃含量高于80%的的气藏约占气藏总数的气藏约占气藏总数的85%以上，以上，90%以以上的储量会集中于烃含量在上的储量会集中于烃含量在90%以上的以上的气藏中；氮气含量为主的气藏仅占气藏气藏中；氮气含量为主的气藏仅占气藏数的百分之几，含量在数的百分之几，含量在90%以上的不到以上的不到1%；以；以CO2、或、或H2S为主的气藏占气为主的气藏占气藏总量的藏总量的1%以下。以下。4/22/202325石油天然气地质学石油天然气地质学 三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质比重：在标准状态下，单位体积天然气与同体积空气的重量比，即天然气的比重：在标准状态下，单位体积天然气与同体积空气的重量比，即天然气的比重。一般为比重。一般为0.650.650.750.75，高者可达，高者可达1.51.5，湿气的比重大于干气。，湿气的比重大于干气。粘度：天然气的粘度与其化学组成及其所处的环境有关。一般随分子量增加粘度：天然气的粘度与其化学组成及其所处的环境有关。一般随分子量增加而减小，随温度、压力增大而增大（因分子间的运动加快，碰撞增多）。而减小，随温度、压力增大而增大（因分子间的运动加快，碰撞增多）。蒸气压力：气体液化时所需施加的压力称蒸气压力。蒸汽压力随温度升高而蒸气压力：气体液化时所需施加的压力称蒸气压力。蒸汽压力随温度升高而增大。在同一温度条件下碳氢化合物的分子量越小，则其蒸气压力越大。增大。在同一温度条件下碳氢化合物的分子量越小，则其蒸气压力越大。溶解性：在相同的条件下，天然气在石油中的溶解度远大于在水中的溶解度。溶解性：在相同的条件下，天然气在石油中的溶解度远大于在水中的溶解度。当天然气重烃增多，或者石油中的轻馏份较多时，都可增加天然气在石油中当天然气重烃增多，或者石油中的轻馏份较多时，都可增加天然气在石油中的溶解度。的溶解度。热值：每立方天然气燃烧时所发出的热量称为热值。单位每千卡热值：每立方天然气燃烧时所发出的热量称为热值。单位每千卡/米米3 3或千卡或千卡/千克。湿气热值较高，可达千克。湿气热值较高，可达210210千卡千卡/米米3 3，而煤和石油的热值分别为，而煤和石油的热值分别为41034103千千卡卡/千克及千克及104104千卡千卡/千克。热值是评价燃料质量的重要指标。千克。热值是评价燃料质量的重要指标。4/22/202326石油天然气地质学石油天然气地质学 第三节油田水第三节油田水 油田水：油田水：从广义上理解，油田水是指油田区域（含油构造）内的地下水，包括油层水和非油层水。狭义的油从广义上理解，油田水是指油田区域（含油构造）内的地下水，包括油层水和非油层水。狭义的油田水是指油田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水。田水是指油田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水。一、油田水的产状一、油田水的产状根据水与油、气分布的相对位置，分为底水和边水。根据水与油、气分布的相对位置，分为底水和边水。底水底水是指含油（气）外边界范围以内直接与油（气）相接触，并从底下托着油气的油层水。是指含油（气）外边界范围以内直接与油（气）相接触，并从底下托着油气的油层水。边水边水是指含油（气）外边界以外从侧面流动的油层水，实际是底水的外延。在油田范围内非油层水，根是指含油（气）外边界以外从侧面流动的油层水，实际是底水的外延。在油田范围内非油层水，根据它们与油层的相对位置，分别称之为是上层水、夹层水和下层水。油田水存在于储集层的孔隙据它们与油层的相对位置，分别称之为是上层水、夹层水和下层水。油田水存在于储集层的孔隙裂缝中，裂缝中，按照水在其中的存在状态，可分为吸附水、毛细管水和自由水三种。按照水在其中的存在状态，可分为吸附水、毛细管水和自由水三种。吸附水吸附水：呈薄膜状被岩石表面颗粒所吸附，在一般温度和压力下不能自由运动。呈薄膜状被岩石表面颗粒所吸附，在一般温度和压力下不能自由运动。毛细管水毛细管水：存在于毛细管孔隙：存在于毛细管孔隙裂缝中，当作用于水的外力超过毛细管时才能运动。裂缝中，当作用于水的外力超过毛细管时才能运动。自由水：自由水：是存在于超毛细管孔隙、洞和缝隙中，在重力作用下能自由运动。是存在于超毛细管孔隙、洞和缝隙中，在重力作用下能自由运动。4/22/202327石油天然气地质学石油天然气地质学 三、油田水的化学组成三、油田水的化学组成油田水的化学组成，包括无机组成、有机组成和溶解气。油田水的化学组成，包括无机组成、有机组成和溶解气。无无机机组组成成：以以HCO3-HCO3-、SO42-SO42-、ClCl-和和Ca2+Ca2+、Na+Na+、Mg2+6Mg2+6种种阴阴、阳阳离离子子为为代代表表以以及及碘碘、溴溴、硼硼、钡钡、锶锶、铵铵等等微微量量元素，其组合特征及异常值能反应油田水的地质特征。元素，其组合特征及异常值能反应油田水的地质特征。有有机机组组成成：油油田田水水中中含含有有气气态态烃烃、液液态态烃烃、苯苯、酚酚及及环环烷烷酸皂等有机组分，其含量及比值可作为找油的水化学标志。酸皂等有机组分，其含量及比值可作为找油的水化学标志。溶解气：溶解气：常见的有常见的有O2、N2、CO2、H2S、CH4、He等。等。4/22/202328石油天然气地质学石油天然气地质学 四、油田水的矿化度四、油田水的矿化度油油田田水水的的矿矿化化度度：即即水水中中各各种种离离子子、分分子子和和化化合合物物的的总总含含量量，以以水水加加热热至至105105蒸发后所剩残渣重量或离子总量来表示，单位蒸发后所剩残渣重量或离子总量来表示，单位ml/lml/l、g/lg/l或或ppmppm。分布和特征：分布和特征：油油田田水水一一般般具具有有较较高高的的矿矿化化度度，这这是是由由于于油油田田水水埋埋藏藏地地下下深深处处，长长期期处处于于停滞状态，缺乏循环所致。停滞状态，缺乏循环所致。海海相相沉沉积积油油田田水水矿矿化化度度比比陆陆相相高高，多多数数海海相相油油田田水水总总含含盐盐量量在在510451046104ppm6104ppm以以上上，最最高高可可达达642798ppm642798ppm。陆陆相相油油田田水水的的矿矿化化度度一一般般为为510351033104ppm3104pp