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第二章油藏工程-5- 第二章油藏工程第一节油气水概述一、石油石油是一种成分十分复杂的天然有机化合物的混合物。主要成分为液态烃, 含有数量不等的非烃化合物及多种成分的微量元素。从地下采出的石油,在加工提炼之前称之为原油。 1 石油的成因就石油的成因学说而言,大体上可分成两派,即无机成因说和石油有机成因说。 无机成因无机成因说认为, 石油是地下深处( 地壳以下) 形成, 后来沿着较大断裂渗流到地壳上部或者在天体形成时形成。石油的生成是非生物成因,石油是由 C和H 在高温、高压条件下形成的。无机成因的证据: (1 )在实验室条件下,用 C、H 两种元素作实验可以形成烃类化合物; (2 )在岩浆岩(如方正老尖山的火山岩—玄武岩气孔中有轻质石油)中见有油苗。岩浆岩中曾也发现过石油沥青; (3 )在星球中(其它星际)也发现有碳氢化合物; (4 )在陨石中也发现有碳氢化合物和氨氢酸等 100 种以上的烃类化合物; (5 )碳化铁说:早期的门捷列夫提出,反应式为: Fe 3C n +H 2O→C nH m +Fe 2O 3; 无机成因代表人物有前苏联:库得涅采夫、克鲁泡特金等;美国的高契尔、戈尔得等人。 有机成因有机成因说认为: 石油是埋藏在地下深处的沉积岩内的生物残体( 有机质) 在一定的温度、压力和还原的条件下转化而成的,石油是由有机质转化而成的。其证据主要有: (1 )目前找到的石油中 % 分布在沉积岩内。只有极其少量的分布在岩浆岩和变质岩内。(2 )石油在地质剖面上各地质时期均有发现,而且与煤和有机质的分布具有一致性,主要是侏罗纪, 第三纪等地质时期。(3 )据目前对石油分布的研究,确认石油的分布不仅与一定沉积相带有关,而且受生油相带的控制。(4 )在石油成分中找到了与已知的生物分子结构有关的成分。如与植物的叶绿素和动物的血红素有关的卟啉类化合物,姥姣烷、植烷等。在 3000 m 以下的深度这些有机物质急剧减少。(5 )石油和生物体中碳的同位素成分具有明显的一致性。石油的元素组成和生物体的元素组也具一致性。第二章油藏工程-6- (6 )在化石的腔体内见到了石油及沥青物质。(7 )在实验室内,一定温度、压力条件用有机质实验,经过一定时间之后有烃生成。(8 )石油具有旋光性,这种特性是有机烃所特有的,而无机烃则无旋光性。(9 )石油中的某些成分如卟啉化合物在 250 ℃以上会被破坏。说明石油不可能是高温下形成的。有机和无机两大学派一直争论不休, 现在有机成因占主体地位, 而无机成因人数则少。在实际工作中是按着有机成因指导找油找气的。 2 石油的化学组成 石油的元素组成石油主要是由碳、氢及少量氧、硫、氮等元素组成。碳、氢两种元素约占石油元素的 97% — 99% ,氧、硫、氮及其它元素合计约占 1%— 4% ,个别情况可占 7% ,除上述 5 种元素外,还有 30 多种其它微量元素。如铁、钙、镁、镍、钒。但其仅占石油总质量的万分之几。 石油的化合物组成 石油中的烃类化合物石油中烃类化合物按其组织可分为三类: (1 )烷烃:也称为脂肪烃,其化学组成为—C—C—C—,这种烃类是饱和烃,其中 C 1—C 4 为气态; C 5— C 16 为液态。 C 17 以上为固态,这种烃类相对密度、熔点、沸点均随着分子量的增加而上升。所有烷烃其相对密度均小于 1; 通常的情况下难溶于水。按其是否有支链和直链分成为正构烷烃( 直链), 异构烷烃(侧链) —C—C—C—图 2-1 植烷和姥鲛烷结构式(2 )环烷烃,也是饱和烃,其为闭链结构,如环戊烷和环己烷等。石油中 C 5—C 10 环烷烃较多,为石油的重质成分。图 2-2 五员环、六员环结构式第二章油藏工程-7- (3) 芳香烃:它是一种不饱和烃,具有芳香味。其中主要特点是至少有一个苯环儿,石油中的低沸点成分中芳香烃很少,主要存在于高沸点中,主要为甲苯、苯等。图 2-3 联苯、三基甲烷结构式图 2-4 萘、蒽、菲结构图 石油中非烃化合物石油中除了 C、H 两种元素,还有 S、N 、和 O 等其它许多种元素。其中尤以 S、N、O 较多。(1 )含硫化合物:目前已知道石油中含 S 化合物达 100 种以上,如硫化氢( H 2S) 、硫醇( R· SH )等。个别情况下硫以小晶体形式出现, 石油中硫的含量多少对油品质影响较大。由于石油中的硫常与水结合生成硫酸和亚硫酸。这种酸对石油化工设备腐蚀很大。故石油中 S 的含量作为评价其质量的重要指数。通常将大于 2% 石油称为高硫石油。含量为 % 以下为低硫石油。含量 %— 2% 之间者为含硫石油。我国大多油田的含硫量较低, 大多为低硫石油。如玉门 % , 克拉玛依 % 。个别如山