石油成因.doc
石油的成因江发世（jiangfashi@126.com）第一节 概念、成分与性质一、 石油（一）、石油的概念与成油作用1、石油的概念有机质经成油作用所形成的主要成分为烃的液态物质叫做石油。2、成油作用水生生物死亡后（或陆生生物及其它有机质被水覆盖），在水的参与下经还原条件所形成液态碳氢化合物即烃的过程叫做成油作用。成油作用与成煤作用的区别：①、形成的环境不同，石油的形成过程有水；煤的形成过程是脱水。②、物质来源不同，石油主要是由水生生物（包括水生植物和水生动物及其它有机质）转化而成的；煤主要是由陆生植物（包括低等植物和高等植物）遗体转化而成的。由于地质和生态环境的发展与变化，会形成石油和煤的各种过度产物如地蜡、重质油和沥青等，或这些产物共生在一起。（二）、石油的成分1、石油的化学成分石油是由各种碳氢化合物即烃与少量杂质组成的液态可燃物质，主要成分是液态烃，其元素、烃类和非烃类物质组成如下：（1）、石油的元素组成组成石油的化学元素主要是碳、氢，其次为硫、氮、氧。石油中碳的含量84—87%，氢的含量11—14% ，两者在石油中以烃的形态出现，占石油成分的 97—99％。剩下的硫、氮、氧及微量元素的总含量在1—3％。世界各地油田石油的物质成分及含量是不同的。各油田石油中硫的含量变化很大。多数油田石油的含硫量都不到1%，例如我国任丘油田为0.33—0.43 %，克拉玛依油田为0.05 %；但是有些油田石油的含硫量可高达5 %以上，如墨西哥石油就高达5.3％。石油中氮和氧的含量，一般低于1.5％。大多数石油的含氮量很少，只有万分之几到千分之几，但也有个别地区的石油，如美国加利福尼亚第三系石油分离出许多含氮有机化合物，氮含量高达2.2％。除上述五种元素外，在石油中还发现其他微量元素，构成了石油的灰分。由于石油的性质不同，灰分含量的变化很大，从百万分之几到万分之几。这些微量元素有：Fe、Ca、Al、V、Ni、Cu、Na、K、Mo、Pb、Sb、Mn、Sr、 Ba、B、Co、Zn、Sn 、P、Cl、Bi、Be、Ge、As、Gd、Au、Ti、Cr、Cd、Ga等。这些元素同自然界动物与植物的元素组成相近。（2）、石油的烃类组成由碳和氢两种元素所组成的有机化合物叫做烃。存在于石油中的烃为：烷烃、环烷烃和芳香烃。（3）、石油的非烃组成石油中的非烃化合物有含硫、含氮、含氧的化合物，它们对石油的质量、开采和炼制加工有着重要影响。2、含硫化合物硫在石油中的含量变化很大，从万分之几到百分之几，硫在石油中可以呈以下形态存在：元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚、环硫醚和二硫化物等。石油中所含的硫是一种有害物质，硫化氢是一种有毒气体，其它硫化物对机器、管道、油罐、炼塔等金属设备能造成严重腐蚀，所以含硫量常作为评价石油质量的一项重要指标。3、含氮化合物石油中的含氮量一般在万分之几至千分之几。4、含氧化合物石油中的含氧量一般只有千分之几，个别石油可高达3％。氧在石油中均以有机化合物状态存在，可分为酸性氧化物和中性氧化物两类。前者有环烷酸、脂肪酸及酚，总称为石油酸；后者有醛、酮等，含量极少。碳、氢、硫、氮、氧这五种主要元素在石油中形成了众多的化合物。（三）、石油的物理性质石油的物理性质，取决于它的化学组成。不同地区、不同层位、甚至同一层位不同构造部位的石油，其物理性质也有差别。1、颜色石油的颜色变化范围很大，有无色、淡黄色、黄褐色、深褐色、黑绿色至黑色。如我国四川黄瓜山和华北大港油田有的井产无色石油，塔里木盆地和克拉玛依石油呈褐至黑色，大庆、胜利、玉门石油均为黑色。相比深色石油占绝大多数，几乎遍布于世界各含油气盆地。石油的颜色与胶质—沥青质含量有关，含量越高，颜色越深。2、相对密度石油的相对密度变化较大。在20℃时，一般介于0.75—1.00之间。如大庆原油相对密度为0.857—0.860，胜利原油0.90—0.93，克拉玛依原油0.86，大港原油0.84—0.86，塔里木盆地原油0.81—0.88。少数石油相对密度大于1.00和小于0.75。石油的密度与颜色有一定关系，浅色石油的密度小，深色石油的密度大。石油的密度决定于其化学组成：胶质、沥青质的含量、石油组分的分子量以及溶解气的数量。密度小而颜色浅的石油常为石蜡性质的，含油质多，加工后能获得较多汽油和润滑油；密度大而颜色深的石油则富含高分子量的沥青质。3、粘度粘度是对流体流动性能的逆测定。流体粘度愈大，就愈难流动。液体在外力作用下，阻止其质点相对移动的能力，就是该液体的粘度。各油田石油粘度不同。石油粘度的变化受温度、压力和石油的化学成分的影响。温度升高，粘度降低，所以石油在地下深处比在地面粘度小，易流动。压力加大，粘度随之增加。石油中溶解气量的增加则会使粘度降低。总之，粘度大的石油往往呈暗色，密度也较大，因而轻质石油的粘度比重质石油的低。石油粘度是一个很重要的物理特性，它直接影响石油流入井中及在输油管线中的流动速度，所以在油田开采和石油运输方面都有重要意义。4、荧光性石油及其大部分产品，除轻汽油和石蜡外，无论其本身或溶于有机溶剂中，在紫外线照射下，均可发光，称为荧光。石油的发光现象非常灵敏，只要溶剂中含有十万分之一的石油或沥青物质，即可发光。因此在油气勘探工作中，常用荧光分析来鉴定岩样中是否含油，并可粗略确定其组分和含量。这个方法简便快速，经济实用。5、旋光性凡具有能使偏光面发生旋转的特性，称为旋光性。当偏光通过石油时，偏光面会旋转一定角度，叫旋光角。引起石油旋光性的原因，在于其有机化合物分子结构中具有不对称的碳原子。不对称碳原子的存在造成不对称的分子结构，使化合物本身具有旋光的性能。6、溶解性石油是各种碳氢化合物的混合物。由于烃类难溶于水，因此，石油在水中的溶解度很低。若以碳数相同的分子进行比较，烷烃溶解度最小，芳香烃最大，环烷烃居中。除甲烷外，各族烃类在水中的溶解度均随分子量增大而减小。外界条件对石油在水中的溶解度有很大影响：当温度由150℃降低到25℃时，石油的溶解度会降低70％石油易溶于许多有机溶剂，如氯仿、四氯化碳、苯、石油醚、醇等。二、 天然气（一）、天然气的概念天然气有广义和狭义之分。广义的天然气是指自然界一切天然生成的气体，它们常为各种气体化合物或气态元素的混合物，其成因复杂，状态多样。根据气体存在的环境将广义天然气分为：大气、表层沉积物中的气体、沉积岩中的气体、海洋中的气体、变质岩中的气体、岩浆岩中的气体、地幔排出气、宇宙气等。狭义的天然气是指与油田和气田有关的可燃气体，成分以气态烃为主，本教材所指天然气是狭义的天然气。（二）、天然气的化学成分天然气的主要成分是气态烃，其中以甲烷为主。非烃气为氮气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氢气及微量惰性气体。（三）、天然气的产出状态地壳中的天然气，依其分布特征可分为分散型和聚集型两大类，依其与石油产出的关系可分为伴生气和非伴生气。分散型天然气属非常规天然气，主要包括以溶解于石油或水形式存在的溶解气，以吸附或游离状态存在于煤层中的煤层气，以及由甲烷等气体分子被封闭冻结在水分子的扩大晶格中而形成的固态气水合物等类型。天然气的产出状态有：气藏气、气顶气、溶解气、凝析气等。1、气藏气气藏气是不与石油伴生，单独聚集成纯气藏的天然气。甲烷含量在气体成分中占95％以上，重烃气含量极少，不超过4 %。这种纯气藏在世界上发现的数量与日俱增。气源多样，不同成因的可燃气体都可能聚集成纯气藏。此外，有时可见纯气藏是与下伏或侧向分布的油气藏或油藏有关，这是在特定地质条件下，油气运移作用的结果。2、气顶气气顶气是与石油共存于油气藏中，分布在油层顶部的天然气。它在成因和分布上均与石油关系密切，重烃气含量可达百分之几至几十，仅次于甲烷。随着地层压力的增减，气顶气可溶于石油或析出。3、溶解气溶解气是溶于石油或地下水中的天然气。因此，可区分为油内溶解气和水内溶解气。油内溶解气常见于饱和或过饱和油藏中，其主要特点是重烃气含量高，有时可达40％。油内溶解气的数量不等，少则每吨几至几十立方米，多则每吨可达几百一上千立方米。油内溶解气含量高时，采出后可收集回注油藏以保持油层能量。水内溶解气的主要成分是甲烷和氮，重烃气和二氧化碳，含量一般不超12%。 4、凝析气凝析气是指当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发而形成的气体。凝析气采出后，由于地表压力、温度降低而逆凝结为轻质油，即凝析油。凝析气在地下聚集成凝析气藏。它们通常埋藏深度较大，多分布在地下深处。（四）、天然气的物理性质天然气一般无色，可有汽油味或硫化氢味，可燃。由于其化学组成变化大，致使物理性质也变化甚大。1、相对密度指在标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的质量之比。天然气的相对密度一般与相对分子质量成正比。2、粘度天然气的粘度与其化学组成及所处环境有关，天然气的粘度，一般随相对分子质量增加而减小，随温度和压力增高而增大。3、蒸气压力将气体液化时所需施加的压力，称为该气体的饱和蒸气压力。蒸气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，因此甲烷比其同系物的蒸气压大得多，这也正是在天然气的组成中往往甲烷等轻质碳氢化合物含量较多的原因。随着油田开发，地层压力逐渐下降，天然气的组成也会随之改变。一般在自喷阶段，轻分子的碳氢化合物是天然气的主要成分；随着地层压力下降，较重分子的碳氢化合物蒸气就随之进人天然气中，因此天然气的密度也会随着油田开采期的延长而略有增加。4、溶解性天然气能溶于石油和水，在相同条件下，在石油中的溶解度远远大于在水中的溶解度，例如甲烷在石油中的溶解度比在水中的大10倍。在石油中溶有天然气时，可以降低石油的相对密度、粘度及表面张力。5、热值单位体积（或单位质量）的天然气燃烧时所产生的热量，称为热值，单位为kJ/m3 。三、 重质油（一）、重质油的概念是指用常规原油开采技术难于开采的具有较大的粘度和密度的原油。重质油与常规油相比包含了数量较多的高分子烃和杂原子化合物，在物理性质上，具有密度大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点低的特点。（二）、重质油的成分和性质1、重质油元素组成特征常规原油一般氧、硫和氮等元素含量低，而重质油的氧、硫、氮等元素含量高。2、重质油微量元素重质油与常规原油相比，一般均富含微量元素，高于常规原油几倍至几十倍。四、 沥青（一）、沥青的概念主要由碳氢化合物组成的棕黑色或黑色有机固态物质。有天然产的，也有从分馏石油或煤焦油而获得的。（二）、沥青的成分、特征和分类天然沥青多为深褐色至黑色的有机物质，化学成分不稳定，也无一定晶形，彼此之间常呈过渡形式，因此鉴定比较困难。现在，一般是根据化学成分、密度、硬度、稠度、熔点、溶解度、可燃性、燃烧火焰及地质产状等特征来研究和鉴定天然固体沥青。天然固体沥青种类繁多，逾100种。根据它们的成因和物理化学特征，将天然固体沥青分为下列类型：表13-1-1天 然 沥 青 分 类 表成 因类 型特征相对密度硬度熔点（℃）溶解性物理分异产物地蜡0.9—0.94固—半固态65—85溶于有机溶剂高氮沥青土状溶于水贫胶地蜡0.5—2溶于有机溶剂风化产物软沥青0.5—280—100溶于有机溶剂地沥青1—1.20.5—2100溶于有机溶剂石沥青硬沥青1.0—2.00.5—380—320选择性溶于有机溶剂脆沥青1.0—1.90.5—380—320选择性溶于有机溶剂腐殖化产物酸性碳质沥青土状溶于苏打水腐殖碳质沥青土状溶于苏打水变质产物碳质沥青黑沥青1.0—1.42—3不熔化溶于有机溶剂焦性沥青2—3不熔化溶于有机溶剂碳沥青2.5—3不熔化不溶解次石墨3.0—4.53—4.5不熔化不溶解第二节 油气藏一、 油气藏的概念石油和天然气所在的地质空间或者说石油天然气所在的地质“库房”叫做油气藏。油气藏是由油气和地质空间组成的，有的教材将油气藏叫做油气聚集的单元。油气藏的上覆地质体叫做盖层，下伏地质体叫做底层或基底，四壁起遮挡作用的地质体叫做围层。盖层弯曲形成围层，如褶皱构造形成的油气藏，盖层和围层为一体。如果是平卧或倒转褶皱，该油气藏的盖层、一侧围层和底层均为一体。油气藏存在于特定的地质体中，它可以是单纯的空间，也可以是具有孔隙或裂隙的地质体。油气藏的形态和大小各异，类型很多。只有石油的地质空间叫做油藏；只有天然气的地质空间叫做气藏；二者同时都有的地质空间叫做油气藏。具有开采价值的叫做商业性油气藏，没有开采价值的叫做非商业性油气藏。什么样的和多大的油气藏才有开采价值，取决定于政治、技术、经济等各方面的条件。过去认为没有开采价值的非商业性油气藏，由于开采技术及工业条件的发展，或者由于对石油的特别需要，油气的市场价格提高了，有利可图，可以成为有开采价值的商业性油气藏。商业性油气藏是随时间、条件和市场价格的改变而变化的。二、 油气藏的类型依据不同的分类标准，油气藏可以分为很多类型。1、按照地质空间和油气形成的关系分为：共生油气藏和客生油气藏。共生油气藏是油气形成时所在的地质空间，油气是在该空间所生成的；客生油气藏是油气形成后运移到的地质空间，油气是后来的。2、按照油气藏的构造类型分为：褶皱油气藏和断层油气藏。褶皱油气藏可以分为：向斜油气藏、背斜油气藏、单斜油气藏等；断层油气藏可以分为正断层油气藏、逆断层油气藏、平移断层油气藏等。3、按照地质空间性质可以分为：原生油气藏和次生油气藏。原生油气藏是指岩体在形成过程中产生的孔隙和裂隙，如碎屑岩颗粒间的孔隙、层面裂隙、岩浆岩的原生节理、喷出岩的孔隙等；次生油气藏是指地层或岩体形成后所产生的地质空间，如构造运动所形成的地质空间、灰岩所形成的溶洞等。4、按照油气藏形成后是否发生变化可以分为：原形油气藏和变形油气藏。油气藏形成后没有发生形态变化的叫做原形油气藏；发生了形态变化的叫做变形油气藏。在构造运动、岩浆活动、地下水活动等的作用下，绝大多数油气藏的形态、大小、埋藏深度等都发生变化，而且变化可能是多次的。以上是本教材关于油气藏的分类。不同的研究者和不同的教材有不同的分类，如有的教材将油气藏类型分为：构造油气藏、地层油气藏、岩性油气藏、水动力油气藏和复合油气藏等五大类。三、 油气藏的成因与油气的运移1、共生油气藏的成因不同类型的油气藏有不同的成因。石