1第一章石油天然气地层水

钒、镍含量低且V/Ni<1——陆相成因的原油
钒和镍含量较高且V/Ni>1——海相成因的原油
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一、石油的化学组成
（二）石油的化合物组成 烷烃
烃类
环烷烃
芳烃
饱和烃 不饱和烃
非烃类
含N、含S、含O化合物
目前石油中已鉴定出的烃类化合物超过425种。
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1.烃类化合物
（1）烷烃（ Paraffin alkane，石蜡烃，脂肪族烃，CnH2n+2 ）
常 温 常 压 下
C1-C4（甲烷–丁烷）——气态 C5-C16（戊烷–十六烷）——液态（直链烷烃） ≥C17——固态
正 构烷烃 ：—C— C—C —C— ；—C —C— C—C— C—C— C—C — C 异构烷 烃： — C—C— C—C — C ； — C—C— C—C —C— C
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•正烷烃分布曲线
济阳坳陷牛庄地区沙河街组沙三中亚段地面原油密度 与粘度关系图（数据点145个）
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4.石油的溶解性
石油在有机溶剂、水和天然气中的溶解性各有特点。
① 难溶于水 a.石油中各种成分在水中溶解度由大→小顺序是： 非烃→芳烃→环烷烃→烷烃 b.同族组分：分子量↑溶解度↓，故气态烃易溶 c.T↑或水中溶解CO2量↑，石油在水中溶解度↑。 d.若水中含盐度↑，烃溶解度↓。
和吸附剂，将原油分成若干部分，每一部分就是一个组分。
考虑到轻馏分部分具有较强的挥发性，在储存、运输过
程中常因保存条件不同，造成人为的较大误差，因此对石油
中的组分进行分离之前，要先对石油进行蒸馏，去掉沸点低 于210℃的轻馏分，一律取沸点大于210℃的馏分（即拔顶原
油）进行组分分离。
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原油 蒸 馏
（2）含氧化合物主要有石油酸（环烷酸、酚、脂肪酸）、 醛、酮等。其中环烷酸可与金属结合形成环烷酸盐，在油 田水中常见，可作为找油的一种标志。
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2.非烃化合物
（3）含氮化合物中的卟啉类与生物色素有亲缘关系，被作 为石油有机成因重要证据。高温（>250℃）或氧化条件下， 卟啉即被破坏、分解、所以一般石油中存在卟啉，说明石油 形成和经受的温度都不高于250℃，所以地层越老卟啉越少。
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石油的分馏
石油气 汽油 常 压 加 石油 200 ℃ 热 360℃ 炉 塔 重油 煤油 柴油 加 热 炉 减 压 塔 渣油 润滑油
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石油的馏分组成： 石油沥青类的馏分组成
馏分名称 轻 石油气 馏 汽油 分 中 馏 分 煤油 柴油 沸点 <35℃ 35-190℃ 190-260℃ 260-320℃ 碳原子数 C1-C4 C5-C12 化合物 烷烃、环烷烃
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第二节
天然气：
天然气
广义：指存在于自然界的一切天然生成的气
2，6，10，14-四甲基十六烷(植烷)： 2，6， 10，14 -四甲基十五烷 (姥鲛烷)： 2，6，10-三甲基十五烷(降姥鲛烷)： 2，6，10-三甲基十三烷(异十六烷)： 2，6，10-三甲基十二烷(法呢烷)：
常见类异戊二烯型烷烃结构示意图
类异戊二烯型烷烃：以姥鲛烷和植烷为最常用的生物标志化合物
轻馏分
＞210℃馏分 用正己烷溶解 可溶的 烃类＋胶质 沉淀的 沥青质 元素分析 红外光谱 核磁共振
原 油 族 组 成 分 析 流 程 图
气相色谱
液相色谱 色层柱（硅胶/氧化铝） （或 层析） 用正 庚烷或 石油 醚冲洗 饱和烃 气相色谱、质谱 色谱－质谱联机 用苯冲洗 芳烃 吸附中色层柱内，用 酒精 — 苯解析 非烃 液相色谱、氧化（或层析）
——汽油主要由低分子量的烷烃和环烷烃组成，易挥发。常用辛 烷值来表示汽油在内燃机中燃烧的抗爆性，辛烷值越大，抗爆性越 好，质量也越高。而正构烷烃的抗爆性最小，环烷烃和芳香烃的抗 爆性较大。
（二）石油的组分组成
原油化合物的不同组分，对有机溶剂和吸附剂具有选择 性溶解和吸附性能。根据这一特性，可以选用不同有机溶剂
生物能吸收紫外光中波长较短，能量较高的电子，
随后放出波长较长而能量较低的可见光，这种低能 量的可见光称作荧光。 石油在紫外光的照射下，由于不饱和烃及其
衍生物的存在而产生荧光的这种特性，被称作石油 的荧光性。
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石油的荧光性取决于它的化合物组成：
多环芳烃、油质发天蓝色荧光;
轻质油发浅蓝色荧光
胶质多的石油发绿-黄色荧光;
元素分析 红外光谱 核磁共振
正构烷烃 气相色谱
异构烷烃＋环烷烃 气相色谱、质谱 色谱－质谱联机
单环芳烃
双环芳烃
多环芳烃
气相色谱、质谱；色谱－质谱联机
→将石油分为饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质 等族组分
三、石油的物理性质
石油的化学成分极其复杂，没有确定的物理常数，但从整 体上认识石油的物理性质，对了解石油，进行石油地质研究，
C12-C14 烷烃、环烷烃为主，含有 C14-C18 芳烃和含S、N、O化合物。 C19-C25 高碳数大分子量环烷烃、 芳烃和含S、N、O化合物。 >C25
重瓦斯油 320-360℃ 重 润滑油 360-530℃ 馏 渣油 >530℃ 分
典型中性石油的馏分和化合物的关系图(据Bestougeff，1967；转自陈荣书，1994)
占原油体积%
不同碳原子数 的正烷烃相对含 量呈一条 连续的 曲线，称为正烷 烃分布曲线。
主峰碳
2.0 1.5 1.0 0.5 0 1 5 10 15 20 25 30 碳数 35
正烷烃分布曲线
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《不同类型的石油的正烷烃分布曲线图》
异构烷烃（Isoalkane，以≤C10为主）
石油中的异构烷烃以≤C10为主，高碳数者以类异戊二烯 型烷烃最受重视，其特点是在直链上每四个碳原子有一个 甲基支链。
（2）环烷烃（Cycloalkane；Naphthene）
石油中的环烷烃多为五员环或六员环及其衍生物，以单环和双 环为主。多环中以四环甾烷和五环萜烷较为重要，是重要的生 物标志化合物，广泛应用于烃源岩成熟度分析和油源对比中。
四环甾烷和 五环萜烷结 构示意图
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2.非烃化合物
主要是含硫、氮、氧化合物，主要存在于重组分中。 （1）含硫化合物：硫在石油中可以呈元素硫(S)、硫化氢 (H2S)、、硫醚(RSR’)、二硫化物(RSSR′)、噻吩及其同系 物等形态出现。
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4.石油的溶解性：Solubleness
② 可溶于气（烃气）
地下较高T、P下，部分低分子量液态烃可溶于烃气中。
③选择性溶解于有机溶剂
不同化合物选择性溶解于氯仿（CHCl3）、苯、CCl4， 石油醚等有机溶剂中。
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5.石油的荧光性
（ Fluorescence of petroleum） ◇石油在紫外光的照射下，其中的不饱和烃及其衍
难易程度、原油的储存、运输以及炼制。
粘度分为动力粘度、运动粘度和相对粘度三种表示方式。
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动力粘度又称绝对粘度。在国际计量 单位SI制中，单位为帕斯卡秒（Pa· s）和毫 斯卡秒（m Pa· s），其定义为：当压差为 1Pa的切力作用于液体，使之在相距1m、面
积为1m2的两液层间发生相对恒速流动，如
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“石漆水” “石蜡水” “魔鬼的汗珠” “发光的水” “岩石油” 希腊字PETROS（岩石） + 罗马字OLEUM（油） ↓↓↓
PETROLEUM（石油）
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第一节
一、石油的化学组成 （一）元素组成
石 油
1、主要元素：碳、氢、氧、硫、氮 重量百分比 C：84-87% ；H：10-14%；O+N+S：1-4%
沥青质多的石油发褐色荧光。
石油中的饱和烃不发光。
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6.石油的旋光性
当偏振光通过石油时，石油能使其振动面旋转一个 角度，石油的这种特性称旋光性。
◇偏振光振动面的旋转角度称旋光角。石油的旋光角一般几 分之一度-几度，且多数右旋，顺时针方向旋转。
源于生物体的某些有机化合物分子结构不对称，具有 手征性（即：含有手征性碳原子）。
果流动的速度恰为1m/s，则该液体的粘度
为1Pa· s；1Pa· s＝1000 m Pa· s。
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500
地面原油粘度mPa.s
400 300 200 100 0 0.84 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 y = 8E-17e R2 = 0.845
45.985x
地面原油相对密度（d420）
N、O含量： 石油中含氮量一般小于0.2％，少数样品达0.5％ 以上。 石油中氧的含量分布在0.1～4.5％，均是以结合 氧的形式存在。
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2.微量元素
除上述5种主要元素外，通过对石油的灰分进行分析，还识 别出50多种微量元素，其含量变化从十万分之几到万分之几， 它们与自然界有机物的微量元素组成十分接近，被作为石油有 机成因的证据之一。 其中，钒（V）和镍（Ni）两元素分布普遍并具成因意义。
141.5 API度＝ d 60 F 131.5 4
（60°F＝15.5℃）
——API度和波美度越大，d420越小，油质越轻。
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3.粘度μ：Viscosity
石油受力发生流动时，其内部分子间有一种内摩擦力阻止分 子间的相对运动——石油的粘滞性。 粘滞性大小用粘度（μ）来度量。石油粘度大，即不易流动。 粘度大小是一个很重要油的凝固点
由于温度下降，由液态石油开始凝固为固态时 的温度称为凝固点。
石油的凝固点变化范围很大，从-50℃～30℃。如大庆 原油为25℃左右。
石油凝固点的高低与石油中重质组分的含量有 关，特别与石蜡的含量有关，石蜡含量多，凝固点 高；相反石油中轻质组分含量高，凝固点低。
采油过程中常见的结蜡现象就是原油的凝固现象。
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