油气藏中的流体.ppt

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1、关于油气藏中的流体现在学习的是第1页，共93页第一节 石油第二节 天然气 第三节 油田水第一章第一章 油气油气藏中的流体藏中的流体现在学习的是第2页，共93页第一节 石油一、石油的概念及组成一、石油的概念及组成二、石油的分类二、石油的分类三、石油的物理性质三、石油的物理性质四、海、陆相石油的基本区别四、海、陆相石油的基本区别第一章第一章 油气油气藏中的流体藏中的流体现在学习的是第3页，共93页（一）石油的概念（一）石油的概念石油是存在于地下岩石孔隙中的以液态烃为主体的可燃有机矿产石油是存在于地下岩石孔隙中的以液态烃为主体的可燃有机矿产。地下油气藏中的石油是地下油气藏中的石油是气态、液态及固态烃

2、类及其衍生物气态、液态及固态烃类及其衍生物的混合物，在成分的混合物，在成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素。上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素。在相态上以在相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气以和数量不等的固态烃类及非烃液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气以和数量不等的固态烃类及非烃类物质类物质。油气藏中组成石油的各种成分和相态的比例因地而异，因此，石油没。油气藏中组成石油的各种成分和相态的比例因地而异，因此，石油没有确定的化学成分和物理常数有确定的化学成分和物理常数 一、石油的概念及组成一、石油的概念及组成现在学习的是第4页，共93页（二）石油的元素

3、组成（二）石油的元素组成 石油没有确定的化学成分，因而也就没有确定的元素组石油没有确定的化学成分，因而也就没有确定的元素组成。但其元素组成还是有一定的变化范围成。但其元素组成还是有一定的变化范围。石油主要由石油主要由碳碳(C）、）、氢氢（H）、）、硫硫（S）、）、氮氮（N）、）、氧氧（O）等元素组成，等元素组成，不同产地的石油元素组成含量存在差异不同产地的石油元素组成含量存在差异。一、石油的概念及组成一、石油的概念及组成现在学习的是第5页，共93页石油的元素组成（重量百分比）原油产地元素组成CHSNO中国大庆(萨尔图混合油)85.7413.310.110.150.69胜利(101混合油)86.

4、2612.200.800.41-弧岛油田84.2411.742.200.47-大港油田(混合油)85.6713.400.120.23-江汉油田(混合油)83.0012.812.090.471.63克拉玛依油田(混合油)86.1313.300.040.250.28前苏联雅雷克苏80.6110.361.05痕量8.97乌克兰84.6014.000.141.251.25老格罗兹尼86.4212.620.32-0.68卡拉-布拉克87.7712.37-0.46美国文图拉(加利福尼亚州)84.6012.700.401.701.20科林加(加利福尼亚州)86.4011.700.60-博芒特(得克萨斯州)8

5、5.7011.000.702.61堪萨斯州84.2013.001.900.450.45(据石毓程，1980补充)现在学习的是第6页，共93页 原油中含硫量变化很大，从万分之几（克拉玛依，0.05%）到百分之几（委内瑞拉，5.48%）。根据含硫量可把原油分为高硫原油（含硫量大于1%）和低硫原油（含硫量小于1%）。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。原油中含氮量在0.1-1.7%之间，平均值0.094%。90%以上的原油含氮量小于0.2%。原油的含氧量在0.1-4.5%之间，主要与其氧化变质程度有关。现在学习的是第7页，

6、共93页 除上述5种主要元素之外，还从原油灰分（石油燃烧后的残渣）中发现有铁(Fe)、钙(Ca)、镁(Mg)、硅(Si)、铝(Al)、钒（V）、镍（Ni）、铜（Cu）、锑（Sb）、锰（Mn）、锶（Sr）、钡（Ba）、硼（B）、钴（Co）、锌（Zn）、钼（Mo）、铅（Pb）、锡（Sn）、钠（Na）、钾（K）、磷（P）、锂（Li）、氯（Cl）、铋（Bi）、铍（Be）、锗（Ge）、银（Ag）、砷（As）、镓（Ga）、金（Au）、钛（Ti）铬（Cr）、镉（Cd）等30多种元素。这些元素虽然种类繁多，但总量仅占石油重量的万分之几，在石油中属微量元素，亦或称之为灰分元素。现在学习的是第8页，共93页在石油

7、微量元素中，以钒(V)、镍(Ni)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。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。典型的湿气和干气以

8、及欧、非、美洲若干有商业价值的天然气烃类组成如表所示。现在学习的是第61页，共93页 天然气组成%（体积）资料来源CH4C2H6C3H8C4H9C5H12非烃 典型湿气84.66.45.32.61.1 Heron(964)干气96.02.00.60.31.1利曼（英，北海）94.8 3.0 0.6 0.2 0.2 0.2 Tiratsoo(1979)非洲 利比亚 71.4 16.0 7.9 3.4 1.3/阿尔及利亚 86.5 9.4 2.6 1.1 0.1 0.3 尼日利亚 88.1 6.3 2.1 0,3 1.1 2.1 圣弗朗西斯科（美，加州）88.59 7.01 1.93 0.28 0

9、.03 2.06 洛杉矶（美，加州）86.5 8.0 1.9 0.3 0.2 3.1 华盛顿特区 95.15 2.84 0.63 0.24 0.1 1.04 现在学习的是第62页，共93页 天然气的烃类组成变化很大，如我国柴达木盆地聂中的气藏气，甲烷含量为99.5%，重烃（C2H6）含量仅0.035%，C1/C2+为2843，H/C原子比为3.999；而俄罗斯格罗兹尼的石油伴生气，甲烷含量仅30.8%，重烃（C2H6-C5H12）含量却高达69.2%，且其中C3H8-C5H12各占20%左右，相应地，C1/C2+为0.445，H/C原子比为3.02。这两个例子可作为天然气烃类组成两个极端的代表

10、，其差别是显而易见的。现在学习的是第63页，共93页（二）、天然气的非烃组成 在以烃类为主的天然气聚集中，一般将非烃气体成分视为杂质。但有的非烃气体含量达到一定的品位也具有很高的经济价值，应予以足够的重视；同时，研究非烃气体，对了解天然气的形成、运移等也有重要意义。因此我们有必要对天然气中的非烃气体有所认识。天然气（主要是气藏气）中常见的非烃气有N2、CO2、H2S、CO、SO2、H2、Hg蒸气及惰性气体，有时还有少量含硫、氮、氧的有机化合物。非烃气的含量一般小于10%，但亦有少量气藏非烃气体含量可超过10%，极少数是以非烃气体为主的气藏，如N2气藏，CO2气藏，H2S气藏。现在学习的是第64

11、页，共93页第二节 天然气一、天然气的概念及产状一、天然气的概念及产状二、天然气的化学组成二、天然气的化学组成三、天然气的物理性质三、天然气的物理性质四、天然气与石油的区别四、天然气与石油的区别第一章第一章 油气油气藏中的流体藏中的流体现在学习的是第65页，共93页 天然气是多种烃类和非烃的气态混合物。在常温常压下以气态存在的烃类有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷及新戊烷；非烃类有氢、氮、二氧化碳、硫化氢和惰性气体。在地下高温高压下，C5-C7烷烃和部分环烷烃、芳烃及有机硫化物也可以呈气态存在。三、天然气的物理性质 现在学习的是第66页，共93页(一)、密度与相对密度 天然气的密度定义为单位体积

12、气体的质量。在标准状况下，天然气中主要烃类成分的密度为0.6773kg/m3（甲烷）-3.0454kg/m3（戊烷）。天然气混合物的密度一般为0.7-0.75kg/m3，其中石油伴生气特别是油溶气的密度最高可达1.5kg/m3甚至更大些。天然气的密度随重烃含量尤其是高碳数的重烃气含量增加而增大，亦随CO2和H2S的含量增加而增大。天然气的相对密度是指在相同温度、压力条件下天然气密度与空气密度的比值，或者说在相同温度、压力下同体积天然气与空气质量之比。天然气烃类主要成分的相对密度为0.5539（甲烷）-2.4911（戊烷），天然气混合物一般在0.56-1.0之间，亦随重烃及CO2和H2S的含量增

13、加而增大。现在学习的是第67页，共93页化合物 分子式 分子量 密度 相对密度 甲烷 CH4 16.043 0.6773 0.5539 乙烷 C2H6 30.070 1.2693 1.0382 丙烷C3H8 44.097 1.8614 1.5225 丁烷 C4H10 58.124 2.4535 2.0068 异丁烷 C4H10 58.124 2.4535 2.0068 戊烷 C5H12 72.151 3.0454 2.4911 异戊烷 C5H12 72.151 3.0454 2.4911 新戊烷 C5H12 72.151 3.0454 2.4911 巳烷 C6H14 86.178 3.6374

14、 2.9753 庚烷 C7H16 100.205 4.2299 3.4596 环戊烷 C5H10 70.135 2.9604 2.4215 环巳烷 C6H12 84.162 3.5526 2.9057 苯 C6H6 78.114 3.2974 2.6969 甲苯 C7H8 92.141 3.8891 3.1812 二氧化碳 CO2 44.010 1.8577 1.5195 硫化氢 H2S 34.076 1.4380 1.7165 氮 N2 28.013 1.1822 1.9672 天然气中常见组分的密度和相对密度（101325Pa，15.55）现在学习的是第68页，共93页 天然气在地下的密度

15、随温度的增加而减小，随压力的增加而加大。但鉴于天然气的压缩性极强，在气藏中，天然气的体积可缩小到地表体积的1/200-1/300，压力效应远大于温度效应，因此地下天然气的密度远大于地表温压下的密度，一般可达150-250kg/m3；凝析气的密度最大可达225-450kg/m3。现在学习的是第69页，共93页（二）、临界温度和临界压力 在自然（地面或地下）条件下，气体是否以气态存在取决于温度和压力。这就涉及到临界温度和临界压力的概念。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

16、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。天然气常见组分的临界温度和临界压力如表所示。现在学习的是第70页，共93页化合物沸点（）(101325Pa）凝固点（）(101325Pa）蒸气压力(101325Pa，）临界温度（）临界压力(101325pa)甲烷-161.49-182.48(340.228)-82.5745.44乙烷-86.60-183.23(54.436)32.2748.16丙烷-42.04-187.6912.92996.6741.94丁烷-0.50-138.363.511152.03 37.47异丁烷-11.72-159.614.913134.94 36.00

17、戊烷36.07-129.731.059196.5033.25异戊烷27.88-159.911.390187.2833.37新戊烷9.50-16.572.433160.6331.57 巳烷68.73-95.320.337234.2829.73庚烷98.43-90.580.110267.1127.00环戊烷49.25-93.840.675238.6044.49环巳烷80.726.540.222286.3940.22苯80.095.530.219289.0148.34甲苯110.63-94.970.0702318.6440.55 二氧化碳-78.50-31.0672.88 硫化氢-60.33-82.

18、8926.810100.3988.87氮-195.78-210.00-146.8933.55天然气中常见组分的临界温度和临界压力现在学习的是第71页，共93页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。现在学习的是第72页，共93页（三）、溶解性 天然气能不同程度溶于水和石油两类溶剂中。天然气能不同程度地溶解于水和油两类溶剂中，具体数量

19、取决于天然气和溶剂的成分以及气体的压力、温度。不同成分的气体其溶解系数有相当大的差别。根据相似相溶原理，烃气在石油中的溶解度要比水中大许多倍。在标准状况下甲烷在在石油中的溶解系数为0.3，是在水中溶解系数的近10倍（0.033）。溶解性随压力增高溶解度增大，随温度升高反而降低。另外，当石油中溶有天然气时，即可降低石油本身的相对密度、粘度以及表面张力。现在学习的是第73页，共93页 天然气的组分上，重烃气特别是碳数较高的重烃气含量愈高，溶解度愈大。原油组分方面，在相同温度、压力条件下，天然气在低碳数烃类含量高的轻质原油中比重质原油中的溶解度要高得多。温度对天然气溶解度的影响是随油层温度的升高溶解

20、度降低，但其影响效应远低于压力的效应。现在学习的是第74页，共93页 无论是溶于地层水还是原油中的天然气，在条件发生改变时，其中的溶解气都有可能脱离地层水或原油成为游离气，并在适当的条件下聚集成为气藏。特别是在油（气）藏中，当压力降低时，天然气会自石油中析出，且各组分的析出与其溶解度相对应，甲烷最先开始析出，然后是乙烷、丙烷、丁烷等同系物依次析出。现在学习的是第75页，共93页（四）、粘度 前已述及，粘度是指流体分子间相对运动所产生的内摩擦力的大小。天然气的粘度就是天然气分子间内部摩擦力的一种量度 天然气粘度是研究天然气运移、开发和集输的一个重要参数。天然气的粘度很小，在地表常温常压下，只有n

21、10-2-10-3MPa.s。远比水（1MPa.s）和油（1-n10MPa.s）粘度为低。天然气粘度与气体组成、温度、压力等因素有关。在接近大气压的低压条件下，压力对粘度的影响很小（可忽略），粘度随温度增加而变大，随分子量增大而减小；而在较高压力下，天然气的粘度随压力增加而增大，随温度升高而减小，随分子量增加而增大。此外，天然气粘度还随非烃气体增加而增加。现在学习的是第76页，共93页（五）、吸着作用 气体与固体表面接触所发生的关系，可以有吸收作用，也可以只有吸附作用，亦或兼而有之。吸附作用与吸收作用是有区别的，气体与固体表面接触并渗入固体物质内部（直至饱和）的现象叫做吸收作用；而气体被固体吸

22、收的初步过程是气体分子被固体表面分子所吸引，这一现象叫做吸附作用。由于常常不能确定是吸附作用还是吸收作用，故把气体（或液体）在固体表面发生的作用笼统称之为吸着作用。现在学习的是第77页，共93页（六）、扩散 气体扩散是自然界常见的一种物理化学现象。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。现在学习的是第78页，共93页 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。现在学习的是第79页，共9

23、3页 扩散系数是浓度梯度等于1时1秒钟内通过截面积为1厘米2的扩散气体量。扩散系数反比于气体压力，因为随着压力增加，分子自由行程的长度减小，相应地压缩气体的扩散进行得比稀薄气体慢。一般气体的自由扩散系数（气体在气体中扩散）大部分在0.08-0.23厘米2/秒之间。氢具有最大的扩散系数，如氢通过氮或氦气的扩散系数为0.7厘米2/秒。现在学习的是第80页，共93页 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。气体在水中的扩散系数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

24、中进行得慢。因为在岩石中气体是沿充满流体、结构复杂的孔道进行扩散。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。现在学习的是第81页，共93页 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，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。现在学习的是第82页，共93页（七）、热值 热能是天然气主要经济价值所在。天然气

25、的热值与组成天然气的成分有关，含烃气比例越高，热值越高；含非烃气，特别是含CO2、N2等气体比例越高，热值越低。天然气中主要烃气成分的热值如表所列。现在学习的是第83页，共93页天然气中主要烃类气体的热值（据美国天然气工程手册，1959）烃类热值（发热量）*KJ/m3(净值)KJ/m3(净值)KJ/m3(全值)KJ/m3(全值)甲烷34037.8047541.9637811.4852812.96乙烷60937.2545162.1066618.4449371.20丙烷87915.4244054.1795537.5047873.33丁烷115863.0443368.15125876.3547116

26、.44*原统计以Btu/ft3计，经换算成SI单位现在学习的是第84页，共93页（八）、形成结晶水合物 在自然界存在的低温高压条件下，天然气（氦、氖、氢除外）能够与水结合形成结晶水合物（固体气）。这是天然气的重要性质。这一性质具有实际意义。固体气为密度在0.88-0.90g/cm3的固体结晶物质，象雪或冰，1m3气体水合物中含0.9m3的水和70-240m3的气，含气量的多少取决于气体的组分。尽管甲烷、乙烷、丙烷、CO2等气体均可形成气水合物，但固体气中的天然气还是以甲烷占优势，即常见为甲烷水合物。现在学习的是第85页，共93页甲烷水合物是在冰点附近的特殊温度和压力条件下形成的其开始出现的条件

27、是：温度低于0，压力小于2.5Mpa；温度0-20，压力为2.5-25Mpa。温度达21-27时，甲烷水合物将被分解。因此，气水合物主要存在于冻土、极地和深海沉积物分布区。海水与甲烷形成气水合物的相图（据Katz，1959）现在学习的是第86页，共93页 气水合物是天然气（主要是甲烷）被俘获在水分子的笼型结构中，即水分子的笼型化合物。在这种化合物中，水的冰晶体格架扩展为包含气体分子的晶体。现在学习的是第87页，共93页 在一定温度、压力条件下，气和水相互作用形成气水合物。除甲烷、氮和惰性气体以外的所有其它气体，都具有高于某一温度就不形成气水合物的临界温度。形成气水合物的条件必须低温高压，在地层

28、条件下，只有在深潜的永久冻土带（厚层冰岩带）发育区（一般在极地），低温高压才能得以兼备。在现代沉积物中，前苏联科学家发现，海洋底下是天然气水合物形成的最佳场所，海洋总面积的90%具有形成气水合物的温压条件。气体水合物可以视之为固体溶液，其中溶剂是由水分子构成的立方晶系的结晶骨架，其中分布着溶解气分子。即气体分子溶解于由水分子组成的结晶骨架溶剂中形成的固体溶液。目前，对天然气水合物的研究已成为一个热点，也是当今地质界的前沿课题之一。现在学习的是第88页，共93页第二节 天然气一、天然气的概念及产状一、天然气的概念及产状二、天然气的化学组成二、天然气的化学组成三、天然气的物理性质三、天然气的物理性

29、质四、天然气与石油的区别四、天然气与石油的区别第一章第一章 油气油气藏中的流体藏中的流体现在学习的是第89页，共93页（一）（一）组成成分上的区别组成成分上的区别 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。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。

30、众所周知，烃类是一大类有机物质的总称，其成员众多，结差别。众所周知，烃类是一大类有机物质的总称，其成员众多，结构复杂。构复杂。天然气中仅包含少数几个最简单的成员，主要是甲、乙、丙、丁烷天然气中仅包含少数几个最简单的成员，主要是甲、乙、丙、丁烷，戊烷以上所占比例甚微。，戊烷以上所占比例甚微。总的趋势是随碳数的增加，其所占比例显著总的趋势是随碳数的增加，其所占比例显著降低。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。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。四、天然气与石油的区别四、天然气与石油的区别现在学习的是第90页，共93页 天然气成分的分子量较小（平

31、均分子量20），分子结构简单；而石油的分子量从从小到大均有（平均分子量75-275），结构也复杂得多。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。现在学习的是第91页，共93页（二）（二）物理性质上的区别物理性质上的区别 首先是相态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。天然气是单一气相，或以气相为主 溶溶 有少量液有少量液态烃；而石油是液相为主的气、液、固三相混合物。由此而导致密度、粘态烃；而石油是液相为主的气、液、固三相混合物。由此而导

32、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和吸附性，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。石油。基于天然气与石油在组成成分和物理性质上的差别，致使天然气从形基于天然气与石油在组成成分和物理性质上的差别，致使天然气从形成到聚集成为矿藏以及分布的地质条件都可能与石油有所差别。对此我们成到聚集成为矿藏以及分布的地质条件都可能与石油有所差别。对此我们在进行油气勘探时必须考虑到。在进行油气勘探时必须考虑到。四、天然气与石油的区别四、天然气与石油的区别现在学习的是第92页，共93页感谢大家观看现在学习的是第93页，共93页