油层物理1-1第一节石油的组成与性质.ppt
第一章,油层流体的物理性质The Physical Properties of Reservoir Fluids,储层流体(reservoir fluids):是指储存于地下储层中的石油(Crude oil or oil)、天然气(Natural gas)地层水(Formation water or oilfield water)。储层流体的特点：(1)处于高温、高压状态(2)地层油中溶解有大量的天然气(3)地层水中溶解有大量的盐类物质,第一节 石油的组成与性质,石油与天然气从化学组成上讲为同一类物质。现已确定石油中烃类主要是由烷烃、环烷烃和芳香烃这三种饱和烃类构成。原油中一般未发现非饱和烃类，如烯烃、炔烃。烷烃又称石蜡族烃，其化学通式为CnH2n+2。烷烃由于其分子量大小不同，存在的形态也不同。在常温常压下，C1C4为气态，它们是构成天然气的主要成分；C5C16是液态，它们是石油的主要成份；而C17以上的烷烃为固态，即所谓石蜡。石油中固态烃能以溶解或结晶状态存在于石油中。因此，石油与天然气在化学结构上说均为烃类，只是分子量不同而已。,第一节 石油的组成与性质,一、石油的组成 石油中主要含碳、氢元素，也含有硫、氮、氧元素以及一些微量元素。表l1是国内外一些原油的碳、氢元素含量。,一、石油的组成,我国大部分原油的硫含量都比较低，例如，大庆和大港原油含硫量仅为0.12%，即使是我国含硫较高的原油(孤岛和江汉原油)其含硫量与世界各地的高含硫原油相比较也不算很高（表12）。,一、石油的组成,从化学组成来看:石油可分为两大类，即烃类和非烃类。烃类和非烃类的相对含量，因石油的产地不同，差别也很大。有的石油(轻质石油)，烃类含量可达90以上，但有的石油(重质石油)烃类含量甚至低到50左右。1.1 石油中烃类化合物1、石油中的烷烃在石油中带有直链或支链，但没有任何环结构的饱和烃，称之为烷烃（或链烃）。烷烃的化学性质很不活泼，在一般条件下不易发生反应。但在加热或催化剂以及光化学作用下，烷烃能起各种反应，例如卤化、磺化、氧化以及裂化等反应。,1.1 石油中烃类化合物,2、石油中环烷烃环烷烃是环状的饱和烃，其性质也比较稳定，并且是石油主要的组成之一。有机化学家曾经合成各种碳数的环烷烃。但是，在石油中大量存在的却只有含五碳环的环戊烷系和六碳环的环己烷系。3、石油中的芳香烃 苯系芳香烃在石油中普遍存在，根据资料介绍，曾从美国产石油中分离出带有不同碳数烷基侧链的苯同系物40余种，侧链可以是烷基的，也可以是环烷基的。我国大庆、胜利、任丘、新疆等地原油的汽油馏分中(l60)，已定量测定的百多种单体烃，其中苯系芳香烃约有10余种。,一、石油的组成,1.2 石油中的非烃类化合物构成石油的主要是烃类，而硫、氮、氧这些元素则以各种含硫、含氧、含氮的烃类化合物的形态以及兼含有硫、氮、氧的胶状、沥青状物质的形态存在于石油中，因为已不是纯粹的碳氢化合物，所以被统称非纯烃类化合物，俗称非烃类。显然，它们都是极性物质。1、含氧化合物：环烷酸、苯酚和脂肪酸等；2、含硫化合物：硫化氢、硫醇、硫醚和噻吩等，此外石油中还含有元素硫。3、含氮化合物：吡咯、吡啶、喹琳、吲哚和咔唑等杂环化合物。4、胶质和沥青质：石油中的胶质-沥青质亦属于非烃化合物，它们多是高分子杂环的氧、硫、氮化合物，具有较高的或中等的界面活性，它们对石油的许多性质，诸如颜色、比重、粘度和界面张力等都有较大的影响，了解这类化合物的性质对提高原油采收率尤为重要。,一、石油的组成,1.3石油的分子量、含蜡量及胶质沥青质含量1、石油的分子量：原油中最小的分子是分子量为16的甲烷。最大的分子是沥青质，其分子量可达几千。2、含蜡量：含蜡量是指在常温常压条件下原油中所含石蜡和地蜡的百分比。3、胶质含量：胶质是指原油中分子量较大(约3001000)的、含有氧、氮、硫等元素的多环芳香烃化合物，通常呈半固态分散状溶解于原油中。4、沥青质含量：沥青质是一种高分子量(1000以上)、具有多环结构的、呈黑色固态的烃类化合物。5、含硫量：指原油中所含硫(硫化物或单质硫)的百分数。,二、石油的物理性质,石油物理性质上的差异是其化学组成不同的一种反映。天然石油通常是淡黄色到黑色的、流动或半流动性的液体。世界各地所产的石油在性质上差异很大。从颜色看，绝大多数石油都是黑色的，但也有暗黑、暗绿、暗褐色的，更有一些石油呈赤褐、浅黄色。以相对密度论，绝大多数石油的相对密度介于0.800.98之间，但也有个别例外，如伊朗某地石油相对密度高达1.016，而美国加里福尼亚洲某地石油相对密度低到0.707。,二、石油的物理性质,1.原油的物理性质指颜色、密度、粘度、凝固点、含蜡量、溶解性、发热量、荧光性、旋光性等。本节所讲的内容，侧重于地面商品原油的物理性质。1、颜色：一般呈棕褐色、黑褐色、黑绿色，也有黄色、棕黄色和浅红色石油,2、原油的密度与相对密度：原油的密度是指单位体积原油的质量，其数学表达式为：(11)式中：o 原油的密度，kgm3；mo原油的质量，kg；Vo原油的体积，m3。相对密度:o=o/w美国常用API度来表示石油的密度 API=141.5/oAPI度与国际通用的密度在数值上相反，API度高的石油，实际上都是密度低的轻质石油。,1.原油的物理性质,3、凝固点：原油的凝固点是指原油冷却由流动态到失去流动性的临界温度点，它与原油中的含蜡量、沥青胶质含量及轻质油含量等有关，影响因素十分复杂。4、原油的粘度：地层流体油、气、水均为粘性流体。粘度是粘性流体流动时内部摩擦而引起的阻力大小的量度，流体的粘度定义为流体中任一点上单位面积的剪应力与速度梯度的比值。流体的粘度还可以用运动粘度来表示，它是相同状态（P，T）下绝对粘度与密度之比：式中：运动粘度，m2/s v 动力粘度，Pa.S 流体密度，kg/m3,1.原油的物理性质,表13为我国一部分油田原油的性质。由表中可以看出，这些油田原油的相对密度都在0.86以上。美国油气杂志1976至1978年刊登的世界原油指南中102个原油相对密度数据，其中有44个原油相对密度0.86。因此单从相对密度看，这些原油属较重原油。,2.原油的分类,1)地面原油的分类（商品原油的性质）1、根据原油中硫的含量可把原油分成为：(1）低硫原油原油中硫的含量在0.5以下；（2）含硫原油原油中硫的含量在0.5%2.0%。（3）高硫原油原油中硫的含量在2.0%以上。2、根据原油中胶质-沥青质的含量可将原油分为：(1)少胶原油原油中胶质-沥青质含量在8以下(2)胶质原油原油中胶质-沥青质含量在825之间(3)多胶原油原油中胶质-沥青质含量在25以上。,1)地面原油的分类,3、根据原油中的含蜡量可将原油分为：(1)少蜡原油一原油中含蜡量在1以下；(2)含蜡原油一一原油中含蜡量在12之间（3）高含蜡原油一一原油中含蜡量在2以上。（大庆原油）4、按原油的关键组分划分为：（1）凝析油：密度0.93g/cm3（20）的原油。,1)地面原油的分类,5、根据地面脱气原油相对密度分类：表15是国际上按原油的品位质量的分类方法，我国大多数油田属于中质或重质品位。API度与国际通用的密度在数值上相反，API度高的石油，实际上都是密度低的轻质石油。,2）地层原油分类,6、粘度是地层油的主要物性之一，它决定着油井产能的大小、油田开发的难易程度及油藏的最终采收率。按粘度分为：,1,低粘油：指油层条件下原油粘度低于5mPa.S,2,中粘油：油层条件下原油粘度520mPa.S,高粘油：油层条件下原油粘度2050mPa.S,稠油：油层条件下原油粘度高于50mPa.S，相对密度大于0.920,3,4,2）地层原油分类,2）地层原油分类,7、根据相态分：凝析油：地层条件下为气相烃类，开采时当压力低于露点压力后凝析出的液态烃轻质油，一般相对密度1.75。高凝油：指凝固点40的轻质高含蜡原油。,三、油气藏的分类,按油气藏内流体组成级相对密度分：（1）气藏：以CH4为主，还含有少量乙烷、丙烷和丁烷。（2）凝析气藏：含有甲烷到辛烷(C8)的烃类，它们在地下原始条件是气态，随着流体压力下降，会凝析出液态烃。（3）挥发性油藏也称为临界油气藏：其特点是含有比C8重的烃类，构造上部接近于气、下部接近于油、但油气无明显分界面，原油具挥发性，相对密度为0.70.8。这类油气藏在我国吉林油区、中原油区、西部地区深层及英国北海、美国东部等均有发现。（4）油藏：油藏流体中以液相烃为主，油中都溶解一定量天然气，地面相对密度为0.80.94，国外常将此类常规油藏中的原油称为黑油(Black oil)。（5）重质油藏又称稠油油藏：原油粘度高，相对密度大是该类油藏的特点。,三、油气藏的分类,分类方法二,按地层流体性质划分的界限对油气藏分类,类,别,气油比,m,3,m,3,甲烷含量,凝析油含量,cm,3,m,3,地面液体密度,g,cm,3,天然气,凝析气,轻质油,黑,油,1,2,6,00,5501,26,00,250550,250,85,75,90,5575,60,33,551800,0,.,70,0.80,0.72,0.82,0.76,0.83,0.831.0,三、油气藏的分类,分类方法三根据油气层的埋藏深度小于1500m 浅层，15002800m 中深层，28004000m 深层，大于4000m 超深层。,
