【正文】 第一章 油氣藏中的流體(Chapter1 Liquid of hydrocarbon reservoir)學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)基本內(nèi)容：①石油的概念、組成、特征、分類及物理性質(zhì)。②天然氣的概念、產(chǎn)出類型、化學(xué)組成及物理性質(zhì)。③ 油田水的概念、類型和特征。④ 油氣的碳、氫穩(wěn)定同位素。教學(xué)重點(diǎn)：石油的組成和特征，天然氣的產(chǎn)出類型，油田水的類型。教學(xué)內(nèi)容提要：第一節(jié)石油一、石油的概念及組成石油（又稱原油）：一種存在于地下巖石孔隙介質(zhì)中的由各種碳氧化合物與雜質(zhì)組成的，呈液態(tài)和稠態(tài)的油脂狀天然可燃有機(jī)礦產(chǎn)。（一）石油的元素組成主要是碳、氫、硫、氮、氧。尤其是碳、氫，兩元素在石油中一般占95～99%，%。除上述五種元素外，在石油中還發(fā)現(xiàn)其他微量元素，構(gòu)成了石油的灰分。（二）石油的餾分、組分與化合物組成1．石油的餾分組成石油的餾分：是利用組成石油的化合物具有不同沸點(diǎn)的特性，加熱蒸餾，將石油切割不同沸點(diǎn)范圍（即餾程）的若干部分，每一部分就是一個(gè)餾分。2．石油的組分組成石油的組分：石油化合物的不同組分對有機(jī)溶劑和吸附具有選擇性溶解和吸附性能，選用不同有機(jī)溶劑和吸附劑，將石油分成若干部分，每一部分就是一個(gè)組分，分別為油質(zhì)、苯膠質(zhì)、灑精苯膠質(zhì)及瀝青質(zhì)。3．石油的化合物組成在近代實(shí)驗(yàn)室中，用液相色譜可將石油劃分為飽和烴、芳烴、非烴及瀝青質(zhì)。4．三者的關(guān)系石油的組分、化合物和餾分的大致對應(yīng)關(guān)系如下：二、石油的化合物及特征（本節(jié)重點(diǎn)）（一）烴類化合物1．正構(gòu)烷烴其含量主要取決于：①生成石油的原始有機(jī)質(zhì)的類型；② 原油的成熟度：在石油中，不同碳原子數(shù)正烷烴相對含量呈一條連續(xù)的分布曲線，稱為正烷烴分布曲線。正烷烴分布曲線的應(yīng)用：判斷成油原始有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度、油源對比。2．異構(gòu)烷烴以異戊間二烯烷烴最重要，研究和應(yīng)用最多的是植烷和姥鮫烷。主要來源于植物的葉綠素的側(cè)鏈——植醇或色素，為生物標(biāo)志化合物。常用于油源對比和沉積環(huán)境研究。3．環(huán)烷烴石油中的環(huán)烷烴多為五員環(huán)或六員環(huán)。隨著成熟度的增高，由多環(huán)向單、雙環(huán)轉(zhuǎn)化，一般，單、雙環(huán)占環(huán)烷烴的50—55%；三環(huán)占環(huán)烷烴的20%；四、五環(huán)占環(huán)烷烴的25%。4．芳香烴芳香烴包括苯及其同系物，有多環(huán)芳烴和稠環(huán)芳香烴。（二）非烴化合物1．含硫化合物：主要有硫醇（—SH）、硫化物（—S—）（包括硫醚R—S—Rˊ、環(huán)硫醚）、二硫化物（—S—S—）以及噻吩衍生物。2．含氮化合物：可分為堿性和中性兩大類。堿性含氮化合物主要是吡啶、喹啉、異喹啉及吡啶的同系物。中性含氮化合物有吡咯、吲哚、咔唑的同系物及酰胺等。原油中含有具有重要意義的中性含氮化合物，即卟啉化合物，它是石油有機(jī)成因的重要生物標(biāo)志物。3．含氧化合物：主要有酸性和中性兩大類。酸性含氧化合物中有環(huán)烷酸、脂肪酸及酚，總稱石油酸；中性含氧化合物有醛、酮等，其含量較少。三、石油的分類Tissot和Welte(1978)提出的，該方案中的原油組成數(shù)據(jù)是指沸點(diǎn)＞210℃的餾分分析數(shù)據(jù)。該分類采用三角圖解，以烷烴、環(huán)烷烴、芳烴＋N、S、O化合物作為三角圖解的三個(gè)端元。分為：石蠟型、環(huán)烷型、石蠟環(huán)烷型、芳香—中間型、芳香—環(huán)烷型和芳香—瀝青型六種類型。四、海陸相原油的基本區(qū)別海相陸相以芳香—中間型和石蠟—環(huán)烷型為主，飽和烴占25—70%，芳烴占25—60%。以石蠟型為主，飽和烴占60—90%，芳烴占10—20%。含蠟量低含蠟量高含硫量高含硫量低V/Ni1V/Ni1碳同位素δ13C值27‰碳同位素δ13C值29‰五、石油的物理性質(zhì)（簡介）1．顏色：2．比重：液態(tài)石油的比重：是指一大氣壓下，20℃石油與4℃純水單位體積的重量比，用d420表示。3．石油的粘度粘度分為動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對粘度。相對粘度又稱恩氏粘度， 是在恩氏粘度計(jì)中200ml原油與20℃同體積蒸餾水流出時(shí)間的比值。常用Et表示。4．熒光性熒光性：石油在紫外光照射下可產(chǎn)生延緩時(shí)間不足107秒的發(fā)光現(xiàn)象，稱為熒光性。5．溶解性凝固和液化導(dǎo)電性第二節(jié)天然氣天然氣：廣義上指巖石圈中存在的一切天然生成的氣體。石油地質(zhì)學(xué)中研究的主要是沉積圈中以烴類為主的天然氣。一、天然氣的分類按照天然氣的成因可分為有機(jī)成因和無機(jī)成因兩種類型。按照天然氣存在的相態(tài)可以分為游離氣、溶解氣、吸附氣和固態(tài)氣水化合物。按照天然氣分布特征可以分為聚集型和分散型。按照天然氣的成分可分為烴類氣體和非烴類氣體。二、天然氣的產(chǎn)出類型（本節(jié)重點(diǎn)）依其分布特征分：聚集型、分散型1．聚集型（1）氣頂氣：（2）氣藏氣：干氣氣藏和濕氣氣藏。（3）凝析氣：當(dāng)?shù)叵聹囟取毫Τ^臨界條件后，由液態(tài)烴逆蒸發(fā)而形成的氣體稱為凝析氣。開采出來后，由于地表壓力、溫度較低，按照逆凝結(jié)規(guī)律而逆凝結(jié)為輕質(zhì)油，稱為凝析油。2．分散型（1）油內(nèi)溶解氣（2）水內(nèi)溶解氣（3）煤層氣：指煤層中所含的吸附和游離狀態(tài)的天然氣。（4）固態(tài)氣水合物：是在冰點(diǎn)附近的特殊溫度和壓力條件下由烴分子和一定量的水分子結(jié)合而形成的固態(tài)結(jié)晶化合物。主要分布在凍土、極地和深海沉積物分布區(qū)。三、天然氣的化學(xué)組成天然氣的元素組成與石油相似，以碳、氫為主，碳占65～80%。天然氣的化合物組成以甲烷為主，其次為重?zé)N氣，并含有數(shù)量不等的NCOH2S及其它惰性氣體。四、天然氣的物理性質(zhì)（簡介）1．比重在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，單位體積天然氣與同體積空氣的重量比，即天然氣的比重。2．粘度3．蒸氣壓力氣體液化時(shí)所需施加的壓力稱蒸氣壓力。蒸汽壓力隨溫度升高而增大。4．溶解性在相同的條件下，天然氣在石油中的溶解度遠(yuǎn)大于在水中的溶解度。5．熱值第三節(jié)油田水一、油田水的概念及產(chǎn)狀油田水：從廣義上理解，油田水是指油田區(qū)域（含油構(gòu)造）內(nèi)的地下水，包括油層水和非油層水。狹義的油田水是指油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水，即油層水。根據(jù)水與油、氣分布的相對位置，分為底水和邊水。二、油田水的來源和形成（簡介）油田水來源于水盆地的沉積水、大氣的滲入水、粘土礦物的初生水和地球深處的深層水。三、油田水組成及特征1．油田水的組成（1）無機(jī)組成常用組分：6種陰陽離子HCO3－、SO42－、Cl－、Ca2+、Na+、Mg2+微量組成：碘（I）、溴（Br）、硼（B）、鋇（Ba）等幾十種。指示特殊條件，CaCl2+高Br指示封閉環(huán)境。（2）有機(jī)組成油田水中含有氣態(tài)烴、液態(tài)烴、苯、酚及環(huán)烷酸皂等有機(jī)組分。（3）溶解氣溶解有ONCOH2S、CHHe。2．油田水的特征油田水的總礦化度：即水中各種離子，分子和化合物的總含量，以水加熱至105℃蒸發(fā)后所剩殘?jiān)亓炕螂x子總量來表示，單位ml/l、g/l或ppm。特征及分布：①油田水具有高礦化度①海相沉積油田水礦化度比陸相高②碳酸鹽巖儲層油田水礦化度比碎屑巖儲層高③保存條件好的儲層水礦化度比開啟程度高的儲層高⑤埋藏深的比埋藏淺的地層水礦化度高，但是，由于地質(zhì)條件變化大，有些地區(qū)由于外來水的滲入或水力梯度增大，與油氣有關(guān)的地下水礦化度也很低。四、油田水的類型（本節(jié)重點(diǎn)）在各種分類方案中，以蘇林（Sulin）分類較為簡明，以Na/Cl、(NaCl)/SO4和(ClNa)/Mg這三個(gè)成因系數(shù)，把天然水劃分為四種基本類型。蘇林認(rèn)為，油田水的水化學(xué)類型以氯化鈣型為主，重碳酸鈉型次之，硫酸鈉型和氯化鎂型較為罕見。Sulin的油田水成因分類表（據(jù)Sulin,1946)水的類型成因系數(shù)（濃度比）Na/Cl(NaCl)/SO4(NaCl)/Mg大陸水硫酸鈉型110重硫酸鈉型110海水氯化鎂型101深層水氯化鎂型101五、油田水的物理性質(zhì)（簡介）1．比重2．粘度3．透明度、顏色4．氣味5．導(dǎo)電性第四節(jié)油氣碳、氫穩(wěn)定同位素一、同位素的概念及碳穩(wěn)定同位素分餾機(jī)理（簡介）同位素：指元素周期表中原子序數(shù)相同，原子量不同的元素。穩(wěn)定同位素：指原子核的結(jié)構(gòu)不是自發(fā)的發(fā)生改變。同位素分餾機(jī)理：1．同位素的交換反應(yīng)2．光合作用的動(dòng)力效應(yīng)3．熱力和化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力效應(yīng)4．同位素的物理化學(xué)效應(yīng)二、穩(wěn)定同位素在自然界的分布、比值符號和標(biāo)準(zhǔn)自然界中碳、氫穩(wěn)定同位素的符號、豐度、比值及標(biāo)準(zhǔn)見下表：原子序數(shù)同位素豐度（%）同位素比比值標(biāo)準(zhǔn)及符號比值符號11H2H2H/1H104標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水縮寫號SMOWδD（‰，SMOW）612C13C13C/12C102南卡羅來納州白堊系皮狄組美洲擬箭石縮寫號PDBδ13C（‰，PDB）同位素比值的的計(jì)算：Rs:為樣品的同位素比值；Rr：為標(biāo)準(zhǔn)的同位素比值。標(biāo)準(zhǔn)之間的換算公式：式中：：為求取對B標(biāo)準(zhǔn)的δ值；：為測得對A標(biāo)準(zhǔn)的δ值；RAr、RBr：為A、B標(biāo)準(zhǔn)的比值。三、油氣中碳同位素的組成1．原油：一般：22‰～33‰；平均值：25‰～26‰。①海相：值較高：27‰～22‰；陸相：值偏低：29‰～33‰。②隨年代變化，微變低。③隨組分分子量的增大，急劇增大。2．天然氣隨天然氣成熟度的不同而不同：生物成因氣：≤60‰～95‰低熱解成因氣：：50‰～20‰高以上兩種氣的混合氣：：50‰～60‰天然氣成份中：，分子量增加，增大。3．有機(jī)質(zhì)和沉積物腐泥型有機(jī)質(zhì)：值偏低；腐殖型有機(jī)質(zhì)：值偏高。植物：值一般在24‰～34‰；水生植物：6‰～19‰海泥有機(jī)質(zhì)：20‰；淡水有機(jī)質(zhì)：25‰；湖泥有機(jī)質(zhì)：‰～‰四、氫同位素在油氣中的組成原油：一般在80‰～160‰δD:飽和烴芳烴非烴，δD與值沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。天然氣：δD：105‰～270‰，δD與存在不很明顯的關(guān)系。第二章 油氣生成與烴源巖(Chapter2 hydrocarbon generation and source rock)學(xué)時(shí)：8學(xué)時(shí)基本內(nèi)容：①油氣生成的原始有機(jī)質(zhì)—干酪根的形成、結(jié)構(gòu)、類型。②有機(jī)質(zhì)成烴演化的階段性及成烴模式。③油氣生成理論的進(jìn)展④影響油氣生成的因素及地質(zhì)環(huán)境。⑤ 天然氣的成因類型及特征。⑥烴源巖及其地球化學(xué)研究。⑦ 油氣地球化學(xué)對比教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：①有機(jī)質(zhì)成烴演化的階段性及成烴模式。②影響油氣生成的因素及地質(zhì)環(huán)境。③烴源巖及其地球化學(xué)研究教學(xué)內(nèi)容提要：第一節(jié)油氣生成的原始物質(zhì)一、油氣生成的原始物質(zhì)的來源油氣生成的物質(zhì)主要來源于生物的四大原始生物化學(xué)組成，它們是脂類化合物、蛋白質(zhì)、碳水化合物、纖維素（木質(zhì)素）。其中脂類化合物的元素組成和分子結(jié)構(gòu)與石油的最接近，是形成石油的主要組成，而纖維素，尤其是木質(zhì)素的組成與泥炭接近，是成煤的主要組成。天然有機(jī)質(zhì)與石油平均元素組成C%H%S%N%O%碳水化合物44650木質(zhì)素635蛋白質(zhì)53711722類脂761212石油13二、油氣生成的原始物質(zhì)的形成沉積有機(jī)質(zhì)：通過沉積作用進(jìn)入沉積物中并被埋藏下來的那部分有機(jī)質(zhì)稱為沉積有機(jī)質(zhì)。沉積有機(jī)質(zhì)的形成：生物死亡之后，大部分氧化成簡單的分子，只有一小部分由于沉積在乏氧環(huán)境中被泥沙埋藏起來而被保存下來，成為沉積有機(jī)質(zhì)（%左右）。三、干酪根（本節(jié)重點(diǎn)）干酪根：沉積巖中所有不溶于非氧化型酸、堿和非極性有機(jī)溶劑的分散有機(jī)質(zhì)（亨特，1979年）。（一）干酪根的形成1.微生物降解作用階段2.腐殖質(zhì)的形成階段3.