石油化學(xué)第二章市公開課獲獎?wù)n件

1、一、石油普通性質(zhì)、元素構(gòu)成、餾分構(gòu)成及分類1. 普通性質(zhì)外觀、相對密度、蠟含量、庚烷瀝青質(zhì)等及我國原油一些特點。2. 元素構(gòu)成C、H、S、N、O及微量元素。3. 餾分構(gòu)成4. 原油分類我國原油分類辦法二、石油烴族構(gòu)成1. 烴族構(gòu)成表示辦法2. 石油氣體及石油單體烴構(gòu)成 石油煉廠氣構(gòu)成： 石油輕餾分單體烴構(gòu)成： 原油中正構(gòu)烷烴含量分布 石油中間餾分及高沸點餾分中環(huán)烷烴及芳香烴化合物第1頁第1頁3. 石油烴族構(gòu)成 汽油餾分烴族構(gòu)成 煤柴油餾分及減壓餾分烴族構(gòu)成 減壓渣油族構(gòu)成4. 石油餾分結(jié)構(gòu)族構(gòu)成 石油高沸點餾分結(jié)構(gòu)族構(gòu)成 減壓渣油結(jié)構(gòu)族構(gòu)成。第2頁第2頁三、石油中非烴化合物1. 石油中含硫化合

2、物 石油及其餾分中硫分布 石油及其餾分中含硫化合物構(gòu)成 含硫化合物對石油加工及產(chǎn)品應(yīng)用影響2. 石油中含氮化合物 石油及其餾分中氮分布石油及其餾分中含氮化合物構(gòu)成3. 石油中含氧化合物 石油及其餾分中酸性氧化物分布 石油中含氧化合物構(gòu)成第3頁第3頁4. 石油中微量元素5. 石油中膠狀瀝青狀物質(zhì) 膠質(zhì)與瀝青質(zhì)基本概念 膠質(zhì)與瀝青質(zhì)元素構(gòu)成和平均分子量 膠質(zhì)及瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)特性：基本結(jié)構(gòu)單元、平均分子構(gòu)成結(jié)構(gòu)、似晶結(jié)構(gòu) 石油膠體分散體系分散相、分散介質(zhì)、膠體分散體系穩(wěn)定條件 膠質(zhì)、瀝青質(zhì)性質(zhì)第4頁第4頁第一個問題：石油是什么？ 第一章 石油化學(xué)構(gòu)成第二個問題：石油從哪里來？ 第二章 石油成因第5頁第5

3、頁由于石油價值越來越被注重，石油需求量與日俱增，尋找新油田已成為當(dāng)務(wù)之急，而石油成因研究可認為找礦提供理論指導(dǎo)，因此這一課題一向為國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家所關(guān)注。第二章 石油成因第6頁第6頁石油成因研究必須處理三個問題：什么是生成石油原始物質(zhì);原始物質(zhì)轉(zhuǎn)變成石油原因和過程;石油運移和富集過程。第7頁第7頁關(guān)于石油生成原始物質(zhì)，有兩大學(xué)派： 無機成因認為:石油由自然界中無機物質(zhì)形成;有機成因認為:石油由地質(zhì)時期中生物有機質(zhì)形成。第8頁第8頁在石油工業(yè)發(fā)展早期，人們從純化學(xué)角度出發(fā)，認為石油是無機成因。無機生成說主要依據(jù):試驗室中，無機物能夠合成烴類；火山噴出氣體中有甲烷、乙烷等烴類成份;石油分布經(jīng)常與深大

4、斷裂相關(guān)（斷開地殼，作為通道）第一節(jié) 石油無機成因?qū)W說第9頁第9頁自門捷列夫1876年提出“碳化物說”以來，始終有研究者在不斷摸索，歸納起來可分2大類:泛宇宙說:宇宙說(索可洛夫，1889.10) 地慢脫氣說(T. Gold，1993)地球深部無機合成說: 碳化物說(門捷列失，1876) 巖漿說(庫得梁采夫，1949) 高溫生成說(切卡留克，1971) 蛇紋石化說(耶蘭斯基，1966，1971)第10頁第10頁一、碳化物說這是由俄國化學(xué)家門捷列夫于1876年創(chuàng)建。第11頁第11頁二、宇宙說這是由俄國學(xué)者索科洛夫于1889年提出，主張:在地球呈熔融狀態(tài)時，碳氫化合物就包括在它氣圈中；伴隨地球冷凝

5、，碳氫化合物被冷凝巖漿吸取，最后，它們凝結(jié)于地殼中而成石油。第12頁第12頁三、巖漿說 這是前蘇聯(lián)學(xué)者庫德梁采夫在1949年提出來，他認為碳和氫不但存在于太陽和星球中，并且也存在于地球巖漿中，在高溫高壓下它們形成各種烴類。第13頁第13頁無機成因致命弱點：脫離了地質(zhì)條件來討論石油形成，并且將宇宙中發(fā)覺簡樸烴類與復(fù)雜石油烴類等同起來。 當(dāng)前大家比較公認是能夠指導(dǎo)生產(chǎn)并正確反應(yīng)客觀規(guī)律有機成因?qū)W說。第14頁第14頁有機起源說創(chuàng)建于19世紀中葉，伴隨油田地質(zhì)和石油化學(xué)研究進一步，支持它證據(jù)越來越多。石油中含有“卟啉”與植物葉綠素和動物血紅素相同;石油含有成因于生物有機物質(zhì)才含有旋光性;石油中碳12豐

6、度高于碳13也能夠用生物光合作用來闡明等；尤其有力證據(jù)是，世界上99%以上油田都產(chǎn)生在與生物作用關(guān)系密切沉積巖中。因此，自50年代以來，有機起源說已被學(xué)術(shù)界公認。第二節(jié) 石油有機成因說第15頁第15頁早期成油說：認為石油烴類是地殼淺處，沉積物成巖作用早期，由沉積巖中分散有機質(zhì)在生物化學(xué)作用下生成。晚期成油說：認為石油是有機物質(zhì)被埋藏后，達到一定深度和溫度，在熱力和催化作用下，由有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來。第16頁第16頁生成石油及天然氣原始物質(zhì)：既有動物又有植物，而以低等水生生物為主；如:細菌、藻類、有孔蟲、介形蟲、葉肢介、珊瑚、軟體動物等，尤其以細菌和藻類最佳。 一、油氣生成原始物質(zhì)第17頁第17頁起

7、源于生物體有機質(zhì)在埋藏之前，多分布在沉積物上方水體中。在地表條件下，有機質(zhì)不穩(wěn)定，生物死亡后，遺體受到化學(xué)分解和細菌分解:大部分成為氣態(tài)或水溶成份而逸散;部分受到生物吞食；進入沉積物只是一小部分(0.8%)，但總量巨大。第18頁第18頁沉積有機質(zhì)是隨無機質(zhì)點一起沉積并保留下來生物殘留物質(zhì)，包括:生物遺體、生物排泄物和分泌物，又稱地質(zhì)有機質(zhì)。第19頁第19頁(1)類脂化合物(脂類):其化學(xué)構(gòu)成與石油化學(xué)構(gòu)成很相近；類脂化合物水解后成脂肪酸，碳數(shù)大多在C12- C18 之間，是形成石油主要有機組分之一。(2)蛋白質(zhì):由各種氨基酸構(gòu)成，氨基酸脫羧基和氨基可轉(zhuǎn)化為烴類也許是油氣中低碳烴起源之一。第20

8、頁第20頁(3)碳水化合物:也許是石油中芳烴和天然氣母質(zhì)之一(4)木質(zhì)素和丹寧:木質(zhì)素不易水解；在缺氧水體中，分解，可與其它化合物生成腐殖質(zhì)；丹寧組織及特性介于木質(zhì)素與纖維素之間。也許是石油中芳烴和天然氣母質(zhì)之一第21頁第21頁第22頁第22頁生物有機質(zhì)并非是生油直接母質(zhì)。生物死之后,與沉積物一起沉積下來，構(gòu)成了沉積物分散有機質(zhì)。這些有機質(zhì)經(jīng)歷了復(fù)雜生物化學(xué)及化學(xué)改變，通過腐泥化及腐殖化過程才形成一個結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜生油母質(zhì)干酪根，成為生成油氣直接先驅(qū)。第23頁第23頁沉積巖 中 有機質(zhì)瀝青：溶于有機溶劑干酪根：沉積巖中不溶于堿、非氧化型酸和有機溶劑分散有機質(zhì)。干酪根約占總有機質(zhì)8090%，是沉積

9、有機質(zhì)主體。二、成油原始物質(zhì)干酪根第24頁第24頁1干酪根成份和結(jié)構(gòu)高分子聚合物，沒有固定化學(xué)成份，分子式可用C12H12ON0.16S0.43x表示。五種元素重量百分比平均為：C76.4%，H6.3%，O11.1%，S3.65%，N2.02%。干酪根在結(jié)構(gòu)上是一個復(fù)雜三維大分子，它有諸多結(jié)構(gòu)單元(核)，多個核通過橋鍵相聯(lián)結(jié)，在橋和核上都也許含有官能團。第25頁第25頁第26頁第26頁干酪根宏觀分類：腐泥型和腐殖型（2）干酪根類型 干酪根腐泥型：H/C為1.31.7，呈富集狀態(tài)時形成油頁巖，而呈分散狀態(tài)時形成生油巖。 腐殖型：H/C小于1.0；呈富集狀態(tài)時形成煤，而呈分散狀態(tài)時分布于沉積巖中，

10、最后形整天然氣。 第27頁第27頁腐殖物質(zhì)：起源于高等植物，以酚結(jié)構(gòu)為主，脂肪結(jié)構(gòu)較少。腐泥物質(zhì)：起源于水生生物，富含脂鏈、脂環(huán)、肽鏈。第28頁第28頁不溶于NaOH水溶液胡敏素 腐殖(泥)物質(zhì)溶于NaOH水溶液腐植酸伴隨埋藏深度增長，最后完全轉(zhuǎn)化成胡敏素，與周圍礦物質(zhì)絡(luò)合，穩(wěn)定保留下來，它們就是干酪根前身物。伴隨埋藏深度進一步增長，胡敏素縮合，官能團損失，演變成干酪根。 第29頁第29頁Tissot和Durand依據(jù)H/C原子比和O/C原子比將干酪根分成型、型、型、型?；瘜W(xué)分類第30頁第30頁三種類型干酪根特性對比表有機第31頁第31頁型：H/C原子比在0.50.6之間，O/C原子比不小于0

11、.25，無生油能力。 第32頁第32頁反應(yīng)三種類型干酪根結(jié)構(gòu)概念性模型（均處于未成熟階段）型型型第33頁第33頁1.成巖作用階段成巖作用是在淺埋條件下使(大量水、礦物、死亡有機質(zhì)和活著微生物構(gòu)成不平衡)體系趨于平衡，并在正常條件下促使其固結(jié)一個作用。涉及深度較淺(幾百米)，溫度較低，稱未成熟階段。三、有機質(zhì)成巖演化與油氣生成階段性第34頁第34頁 “生物聚合物” “地質(zhì)聚合物”最主要烴類：甲烷。結(jié)束標(biāo)志：沉積物中可抽提腐殖酸已減小到最小量，并失去大多數(shù)羧基。分解蛋白質(zhì) 碳水化合物 木質(zhì)素 類脂CO2、CH4、NH3、H2S、H2O氨基酸、糖、 酚、脂肪酸第35頁第35頁2.深成熱解作用階段 礦

12、物組分和結(jié)構(gòu)方面，主要是粘土礦物發(fā)生一些改變(如：蒙脫石-伊利石)。有機質(zhì)方面，本來作為地質(zhì)聚合物干酪根開始向低分子地質(zhì)單體物轉(zhuǎn)化，干酪根通過演化首先生成液態(tài)石油，在晚期又生成濕氣和凝析油。 石油在性質(zhì)上更為成熟。 當(dāng)干酪根中脂肪族C鏈完全消失時，就標(biāo)志著深成熱解作用結(jié)束。第36頁第36頁3.后成作用和變質(zhì)作用階段 后成作用階段：由于溫度升高，有機質(zhì)熱裂解反應(yīng)快速進行，氫過量消耗，干酪根H/C原子比已經(jīng)很低，生油潛力逐步枯竭。有機質(zhì)僅由甲烷和C質(zhì)不溶殘渣構(gòu)成，一些結(jié)晶序列開始發(fā)育，同時，先期形成液態(tài)烴和濕氣也會被裂解成熱力學(xué)上最為穩(wěn)定甲烷。 變質(zhì)作用階段：殘余干酪根成份轉(zhuǎn)變成石墨。第37頁第3

13、7頁干酪根成熟干酪根原 油甲 烷H/C增長過程H/C減少過程石 墨干酪根裂解過程中H/C改變規(guī)律第38頁第38頁四、生油環(huán)境 沉積有機質(zhì)要向石油轉(zhuǎn)化必須經(jīng)歷一個碳、氫不斷增長而氧不斷減少過程即去氧、加氫、富集碳過程。1、大地結(jié)構(gòu)條件 當(dāng)代板塊將地球巖石圈劃分為六大板塊: 歐亞板塊、美洲板塊、 非洲板塊、太平洋板塊、 印度-澳大利亞板塊、南極洲板塊。第39頁第39頁板塊邊沿活動帶，板塊內(nèi)部裂谷、坳陷，以及造山帶前陸盆地、山間盆地等大地結(jié)構(gòu)單位，是在地質(zhì)歷史上曾經(jīng)發(fā)生長期連續(xù)下沉區(qū)域，是地殼上油氣資源分布主要沉積盆地類型。第40頁第40頁2、巖相古地理環(huán)境 無論海相或者陸相，均可具備油氣生成巖相古

14、地理條件一關(guān)鍵在于: 是否有助于生物繁殖，有機質(zhì)埋藏、保留、轉(zhuǎn)化。海相環(huán)境中:普通認為淺海區(qū)最有助于油氣生成;而濱海區(qū)和深海區(qū)不利于有機保留和油氣生成。第41頁第41頁深水半深水湖泊相是陸相烴源巖發(fā)育有利區(qū)域: 有一定深度、一定面積穩(wěn)定水體， 能夠匯聚周圍河流帶來大量陸源有機質(zhì)， 深水二分之一深水湖區(qū)水體底部具備還原環(huán)境，尤其近海深水湖盆，由于地勢低洼、沉降較快，是陸表水匯集地域，容易長期積水而形成深水湖泊，保安靜還原環(huán)境，更是最有利生油坳陷。第42頁第42頁海陸過渡相區(qū) 三角洲：陸源有機質(zhì)源源搬運而來，原地海相生物，致使沉積物中有機質(zhì)含量尤其高;沉積速率較高，有機質(zhì)被快速埋藏;三角洲區(qū)域是極

15、為有利生油區(qū)域。第43頁第43頁據(jù)油源環(huán)境分:海相油、陸相油 海灣及瀉湖:有半島、群島、沙堤或生物礁與大海相隔，該半閉塞無底流環(huán)境對有機質(zhì)保留有利。第44頁第44頁3、古氣候條件古氣候條件也直接影響生物發(fā)育;年平均溫度高、日照時間長、空氣濕度大都能明顯增強生物繁殖能力。因此，溫暖、濕潤氣候有助于生物繁殖和發(fā)育，是油氣生成有利外界條件之一。第45頁第45頁 適宜地質(zhì)環(huán)境為有機質(zhì)大量繁殖、堆積和保留創(chuàng)造了有利地質(zhì)條件，但有機質(zhì)向石油及天然氣演化還必須具備適當(dāng)物理、化學(xué)及生物化學(xué)條件，如: 溫度與時間、細菌、催化劑、放射性等近些年來研究結(jié)果證實，溫度與時間是在油氣生成全過程中至關(guān)主要一對原因。其它原

16、因，如細菌、催化劑、放射性物質(zhì)等也有一定影響。第46頁第46頁第三節(jié) 天然氣成因（自學(xué)）一、生物成因氣二油型氣三煤型氣四無機成因氣第47頁第47頁油氣水：流體礦產(chǎn)蓋層： 制止逸散烴源巖：生烴儲集巖：儲存和滲入圈閉：容留場合匯集成藏油 氣 運 移（hydrocarbon migration）第四節(jié) 石油運移與富集第48頁第48頁 油氣運移能夠造成石油和天然氣在儲集層適當(dāng)部位 (圈閉)富集，形成油氣藏，這叫做油氣匯集。也能夠造成油氣分散，使油氣藏消失，此即油氣藏被破壞。第49頁第49頁烴源巖(生油氣母巖)-能夠生成石油和天然氣巖石。烴源巖層(生油層)-由能夠生成石油和天然氣巖石構(gòu)成巖層。抱負生油巖

17、主要為粘土巖類和碳酸鹽巖類，普通是暗色、細粒巖石，富含有機質(zhì)和微體古生物化石，常含批示還原環(huán)境黃鐵礦，偶見原生油苗，為低能環(huán)境下產(chǎn)物。 第50頁第50頁儲集巖和儲集層含有一定儲集空間，能夠儲存和滲濾流體巖石稱為儲集巖。由儲集巖所構(gòu)成地層稱為儲集層，簡稱儲層。儲集層(巖)中含有工業(yè)價值油(氣)流油(氣)層第51頁第51頁一、地下油氣運移證據(jù) 1.地表滲出油氣苗（闡明從地下地表運移）；克拉瑪依：黑油山 油泉第52頁第52頁2.采油時很小井孔能夠流出大量油氣（闡明至少在開采時是四周八方匯集結(jié)果）； 3.采出石油中能夠找到比儲層時代老孢粉（由老生油層儲層）； 注水井與采油井分布三角形開發(fā)井網(wǎng)第53頁第

18、53頁4.生油巖多為細粒巖石如泥巖、頁巖，而當(dāng)前產(chǎn)油層多為粗粒砂巖等巖性（生儲）； 5.油藏中油氣水按比重分異，從上到下分別為氣、油、水（層內(nèi)運移結(jié)果）。第54頁第54頁二、油氣運移階段劃分 油氣運移油氣在地下流動，或在地下因自然原因所引起位置移動。按油氣運移所發(fā)生場合可分為初次運移和二次運移。 初次運移油氣自生油層向儲集層（運載層）中運移。第55頁第55頁二次運移油氣進入儲集層/運載層之后一切運移。初第56頁第56頁三、油氣運移基本方式擴散:分子運動，使?jié)舛忍荻冗_到均衡。 擴散方向從高濃度向低濃度。滲濾:機械運動，整體流動，遵守能量守恒定律， 流體由機械能高地方向機械能低地方流動。第57頁第

19、57頁油氣藏油氣田油氣匯集帶含油氣區(qū)含油氣盆地含油氣盆地:地殼中含有統(tǒng)一地質(zhì)發(fā)展史，發(fā)生過油氣生成、運移、匯集過程，并存在工業(yè)性油氣藏沉積盆地。第58頁第58頁西部含油氣大區(qū) 由于印度板塊向北推擠，擠壓聚斂作用明顯，造成地殼增厚，造成一系列北西西向擠壓造山帶與大型盆地相間排列，在造山帶前緣前陸盆地與中何地塊或陸塊構(gòu)成大型復(fù)合型盆地，油氣資源豐富，如準(zhǔn)葛爾、塔里木、柴達木及藏北羌塘等盆地，在造山帶內(nèi)部則形成山間盆地，如吐哈盆地、河西走廊盆地群。第59頁第59頁東部含油氣大區(qū)由于太平洋板塊向西俯沖和中國大陸仰沖，地殼減薄，地幔上拱，熱力結(jié)構(gòu)作用明顯，基性巖漿活動頻繁，形成一系列北北東向或北東向巖漿

20、弧為主擴張隆起帶和擴張沉降帶，在這些沉降帶中發(fā)育了松江、渤海灣、江漢等含油氣盆地及南黃海-蘇北、北部灣、鶯歌海、瓊東南、珠江口、東海、臺灣西部、南海中央、太平-禮樂灘等東南沿海大型沉積盆地。形成了大慶、勝利、遼河、大港、華北等大油田或主要含油氣區(qū)，是我國主要石油基地。第60頁第60頁中部含油氣大區(qū)自北向南有二連、陜甘寧、四川、楚雄等大型盆地，由于印度洋板塊向北推擠，在這些盆地西緣形成了一系列近南北向擠壓推覆結(jié)構(gòu)帶，如貧蘭山、龍門山、哀牢山等。發(fā)覺了陜甘寧中部大氣田和川東五百梯、外龍河等大氣田。是我國大氣田分布較多區(qū)域。第61頁第61頁問題：石油是如何開采？茫茫大地何處找石油？尋找盆地生油凹陷油氣聚積區(qū)圈閉探井油田第五節(jié) 油氣田開發(fā)和開采第62頁第62頁圈閉：適合于油氣匯集，形成油氣藏地質(zhì)場合。第63頁第63頁第64頁第64頁讓石油從地下流出來地質(zhì)勘探定井位鉆井電測射孔試油采油集輸煉制加工鉆前地質(zhì)錄井井下作業(yè)完井第65頁第65頁一、鉆井 石油鉆機是一部復(fù)雜聯(lián)動機械，通過40米高井架、天車等提升系統(tǒng)，由柴油機驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，帶動鉆桿、鉆頭鉆入地下，還要從鉆桿中心泵入泥漿進行循環(huán)，以冷卻鉆頭和帶回鉆碎巖屑。 第66頁第66頁 取心鉆井獲取地下巖心。通過它能夠測定巖石各種性質(zhì)，直觀地研究地下結(jié)構(gòu)和巖石沉積環(huán)境，理解其中流體性質(zhì)等。如油、氣層分布規(guī)律、厚度、巖性、孔隙度、滲入率