石油、天然气、油田水.ppt

第1章石油、天然气、油田水,第1节石油Petroleum第2节天然气NaturalGases第3节油田水OilfieldWaters,第1节石油,1石油的化学组成2石油的分类3海陆相石油的基本区别4石油的物理性质,石油是一种天然产出的、可以燃烧的有机矿产。石油是气态液态及固态烃类及其衍生物的混合物，在成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素。在相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气以及数量不等的固态烃类、非烃类物质。不同油气藏中组成石油的各种成分和相态的比例是因地而异的。因此，石油没有确定的化学成分和物理常数。,石油没有确定的化学成分，因而也就没有确定的元素组成。但其元素组成还是有一定的变化范围。（一）元素组成石油主要由碳carbonC）、氢hydrogen（H）、硫sulfur（S）、氮nitrogen（N）、氧oxygen（O）等元素组成（表）。,一、石油的化学组成,,原油的元素组成（重量百分比）,,原油中含硫量变化很大，从万分之几（克拉玛依，0.05）到百分之几（委内瑞拉，5.48）。根据含硫量可把原油分为高硫原油含硫量大于1）和低硫原油（含硫量小于1）。原油中的硫主要来自有机物的蛋白质和围岩的含硫酸盐矿物如石膏等，故产于海相环境的石油较形成于陆相环境的石油含硫量高。原油中含氮量在0.1-1.7之间，平均值0.094。90以上的原油含氮量小于0.2。原油的含氧量在0.1-4.5之间，主要与其氧化变质程度degreeof有关。,除上述5种主要元素majorelement之外，还从原油灰分（石油燃烧后的残渣）中发现有铁Fe、钙Ca、镁Mg、硅Si、铝Al、钒（V）、镍（Ni）、铜（Cu）、锑（Sb）、锰（Mn）、锶（Sr）、钡（Ba）、硼（B）、钴（Co）、锌（Zn）、钼（Mo）、铅（Pb）、锡（Sn）、钠（Na）、钾（K）、磷（P）、锂（Li）、氯（Cl）、铋（Bi）、铍（Be）、锗（Ge）、银（Ag）、砷（As）、镓（Ga）、金（Au）、钛（Ti）铬（Cr）、镉（Cd）等30多种元素。这些元素虽然种类繁多，但总量仅占石油重量的万分之几，在石油中属traceelement，亦或称之为灰分元素。,在石油微量元素中，以钒、镍两种元素含量高、分布普遍，且鉴于其与石油成因有关联，最为石油地质学家所重视。V/Ni比值可做为区分是来自海相环境还是陆相环境沉积物的标志之一。一般V/Ni1被认为是海相环境；V/NiC4者较少见。Inmostsituation，含量随碳数增加而减少；但在有的气藏中也可见C3H8和C4H10异常高的现象。重烃气中C4-C7除正构烷烃外，有时还有少到微量环烷烃和芳烃。一般常根据重烃气的含量将天然气划分为湿气和干气wetgasesanddrygases。但不同学者所用的参数、量值及具体的划分方案不尽相同。在天然气地质学上常用重烃气含量5作为划分干气和湿气的界限，C2≥5称为湿气，C2＜5称为干气。典型的湿气和干气以及欧、非、美洲若干有商业价值的天然气烃类组成如表所示。,,,Thehydrocarbonconstituentsoftypedrygas、wetgasandnaturalgasesinsomeareaofEurope、Africa、America,天然气的烃类组成变化很大（Thehydrocarbonconstitutionsofnaturalgaseschangelargely，如我国柴达木盆地聂中的气藏气，甲烷含量为99.5，重烃（C2H6）含量仅0.035，C1/C2为2843，H/C原子比为3.999；而俄罗斯格罗兹尼的石油伴生气，甲烷含量仅30.8，重烃（C2H6-C5H12）含量却高达69.2，且其中C3H8-C5H12各占20左右，相应地，C1/C2为0.445，H/C原子比为3.02。这两个例子可作为天然气烃类组成两个极端的代表，其差别是显而易见的。,影响天然气烃类组成的因素很多，成气原始有机质类型thetypeoforganicsourcematerialforgasoccurs、成气演化阶段theevolvementphaseofgasoccurs、产状类型themodeofoccurrence、保存条件thepreservecondition以及次生变化thesecondarychange等都能影响其烃类组成。但从统计的角度来看，纯气藏的重烃气含量一般较低，多数不超过10，石油伴生气的重烃气含量相对较高，凝析气居中。前苏联学者А.М.МaМИДОВ（1967）曾对巴库及邻近地区大量天然气烃类组成作过统计石油伴生气C2平均含量为10.2，凝析气为5.47，气田气为2.25。,（二）、Thenon-hydrocarbonconstituentsofnaturalgases在以烃类为主的天然气聚集中，一般将非烃气体成分视为杂质impurity。但有的非烃气体含量达到一定的品位也具有很高的经济价值，应予以足够的重视；同时，研究非烃气体，对了解天然气的形成、运移等也有重要意义。因此我们有必要对天然气中的非烃气体有所认识。天然气（主要是气藏气）中常见的非烃气有N2、CO2、H2S、CO、SO2、H2、Hg蒸气及惰性气体，有时还有少量含硫、氮、氧的有机化合物。非烃气的含量一般小于10，但亦有少量气藏非烃气体含量可超过10，极少数是以非烃气体为主的气藏，如N2气藏，CO2气藏，H2S气藏。,1.Carbondioxide（CO2）CO2是一种无色、无臭、略带酸味、有一定毒性的气体。大多数气藏几乎总含有CO2，我们总希望CO2含量越低越好。但CO2可以为主形成气藏。聚集起来的CO2也有其经济意义。世界上已发现的CO2气藏，大部分在地史上或近代为火山活动地带。在美国、俄罗斯、保加利亚、匈牙利、罗马尼亚、巴基斯坦等国，都有CO2含量很高的天然气藏。我国松辽盆地、华北盆地、苏北盆地、三水盆地都碰到有以CO2为主的气井，其中以三水盆地沙头圩气藏（水深9井）CO2含量最高，达99.55。此外，在云南滕冲、禄丰县青豆冲和利乌场以及楚雄盆地还发现多处CO2气苗，CO2含量在76-98之间。,2.Nitrogen（N2）N2是一种无色、无臭、无味、不活泼的气体，是地球大气圈的主要成分，占大气圈的75.51（重量）。N2在地壳中只有0.002，在以烃气为主的天然气中N2含量一般在少量到20。在地下也存在以N2为主的气藏。在美国、加拿大、俄罗斯都有这样的气藏，其中以加拿大西加拿大盆地巴伊尔德克特-希尔斯气田N2含量最高，达96.6。我国主要见于鄂尔多斯盆地、汾渭盆地以及鄂西、江汉等地区，其中以鄂尔多斯盆地保1井N2含量最高，达95.6。云南也发现有N2气苗，其中滕冲县大塞子水池和罗汉冲刘家寨气苗，N2含量分别为98.906和99.35。,3、Sulfuretedhydrogen（H2S）H2S是一种具有腐蛋臭味的有毒可燃气体。常与烃类气体伴生，是一种在开采烃类气体中有较高经济价值的副产品。一般油、气藏中含量很低。国外H2S含量较高的有如法国的拉克气田H2S含量为17；西加拿大盆地的某些气田（克罗斯非尔德气田、瓦捷尔顿气田、哈尔马坦气田），H2S含量高达20-53；还有土库曼、乌兹别克、墨西哥、伊朗等国的某些气田中，也发现有H2S含量较高的天然气。国内外研究均较为一致地认为，含H2S高的气藏多出现在碳酸盐岩储层中，且多与硫酸盐-碳酸盐岩组合的地层有关。我国H2S含量大于1的天然气全产在碳酸盐岩储层中，如卧龙河气田、中坝气田等。,4、Hydrogen（H2）H2是一种具有很高热值（23,000-33,900千卡/kg），也是所有已知气体中最轻的（8.5g/m3）气体。在地下天然气中H2含量很少超过3。自然界纯H2气藏罕见，高浓度的H2气藏主要见于俄罗斯，如俄罗斯地台西部耶尔斯克和克列斯捷茨井，产出气体全由氢气组成；还有勒拿河中游一口钻至寒武纪灰岩的井中，溶解气含98的H2；其它还有一些地点含H2量在15-87.4之间。,5、Carbonmonoxide（CO）CO是一种无色、无臭的可燃气体（热值不超过2418千卡/kg）。CO一般与高温析出气伴生，含CO的气藏多与火山或泥火山爆发喷出的气体加入有关。在自然界未遇到过单独或为主存在的CO气藏。,6、Sulfurdioxide（SO2）SO2也存在于与火山活动有关的气体中。若天然气中含SO2，也当与火山活动有关。如埃特纳火山（为一硫质喷气孔），在1956年析出气体中含SO2高达94.1（还有5.9为N2）。,7、Hydrargyrumsmoke汞蒸气（Hg）汞是常温下唯一的液态金属，俗称“水银“。内聚力很强，比重大（20℃时为13.546g/cm3）。由于其特有的高挥发性，因而有很高的蒸气压，在自然界绝大部分（高达99.98）呈分散状态，仅有0.02聚集成为矿藏；加之腐殖质对汞有很强的吸聚力，所以天然气中普遍含有汞蒸气。我国天然气中含汞量在0.004-39.2μg/m3，平均为0.47μg/m3。高含汞的天然气主要为煤成气。,8、Inertgases惰性气体在空气（大气）中含量很低，在地下没有形成游离气聚集。它们通常以掺和物形式存在于气藏中，其含量很少超过1。氦气例外，某些气藏He含量可高达百分之几。,天然气是多种烃类和非烃的气态混合物。在常温常压下以气态存在的烃类有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷及新戊烷；非烃类有氢、氮、二氧化碳、硫化氢和惰性气体（Naturalgasesaremanifoldgaseitymixturesofhydrocarbonsandnon-hydrocarbons。Innormaltemperatureandpressure,gaseityhydrocarbonshavemethane、hexane、propane、butane、isobutaneandneopentane;non-hydrocarbonshaveH2、N2、CO2、H2Sandinertgases.。在地下高温高压下，C5-C7烷烃和部分环烷烃、芳烃及有机硫化物也可以呈气态存在。,三、Physicalpropertiesofnaturalgases,一、Specificgravitiesanddensitiesofnaturalgases天然气的密度定义为单位体积气体的质量。在标准状况（101325Pa，15.55℃）下，天然气中主要烃类成分的密度为0.6773kg/m3（甲烷）-3.0454kg/m3（戊烷）。天然气混合物的密度一般为0.7-0.75kg/m3，其中石油伴生气特别是油溶气的密度最高可达1.5kg/m3甚至更大些。天然气的密度随重烃含量尤其是高碳数的重烃气含量增加而增大，亦随CO2和H2S的含量增加而增大。天然气的相对密度（relativedensities是指在相同温度、压力条件下天然气密度与空气密度的比值，或者说在相同温度、压力下同体积天然气与空气质量之比。天然气烃类主要成分的相对密度为0.5539（甲烷）-2.4911（戊烷），天然气混合物一般在0.56-1.0之间，亦随重烃及CO2和H2S的含量增加而增大。,Instandardcondition，天然气的比重与密度、相对比重与相对密度在数值上完全相同。天然气中常见组分的密度和相对密度值如下表所示。,,,,,,,天然气在地下的密度随温度的增加而减小，随压力的增加而加大（Thedensitiesofnaturalgasesdecreasewithenhancingoftemperatureandincreasewithaddingofpressure。但鉴于天然气的压缩性极强，在气藏中，天然气的体积可缩小到地表体积的1/200-1/300，压力效应远大于温度效应，因此地下天然气的密度远大于地表温压下的密度，一般可达150-250kg/m3；凝析气的密度最大可达225-450kg/m3。,（二）、Criticaltemperatureandcriticalpressure在自然（地面或地下）条件下Innaturalconditiongroundorunderground，气体是否以气态存在取决于温度和压力。这就涉及到临界温度和临界压力criticaltemperatureandcriticalpressure的概念。纯物质的临界温度系指气相物质能（通过加压）维持液相的最高温度。高于临界温度时，无论加多大压力，都不能使气态物质变为液态。在临界温度时，气态物质液化所需要的最低压力称为临界压力。高于临界压力时，无论多少温度，气、液两相不可能共存。天然气常见组分的临界温度和临界压力如表所示。,Criticaltemperatureandcriticalpressureofordinarycomponentsofnaturalgases,对于各烃类组分来说，甲烷的临界温度为-82.57℃，乙烷为32.37℃。因此它们在地下除溶于石油和水或形成气水合物之外，均以气相存在。丙烷临界温度为96.67℃，在低于该温度时，在适当的压力下即可液化。因此丙烷及碳数更高的烷烃，在地下大多以液相存在，仅有少量与甲烷、乙烷呈气态或溶于石油或溶于水（数量更少）存在。,烃类混合物的相图以甲烷-乙烷双组分混合物的相图为例加以说明。,,,Thephasechartofmethane-hexanemixtures,甲烷-乙烷混合物的相图曲线1，10分别代表甲烷和乙烷为100的气体，曲线2，3，4，5，6，7，8，9则分别代表具不同混合比例的甲烷-乙烷的混合物。可见混合物的临界压力大大高于参与混合各组分的临界压力。,烃类混合物的相图以甲烷-乙烷双组分混合物的相图为例加以说明。,,,Thephasechartofmorecomponentsofhydrocarbons,Intheationofunderground，当气层温度处于K与K1之间，如图中温度在82.5℃时，低压下物系以气态为主，气-液两相平衡，随压力上升液相逐渐增多，符合正常凝结的概念（增压凝结）；当压力增加达到B2后，压力继续增加液相（油相）反而减少，待达B1点则完全气化（更确切地说是气液两相界限完全消失，成为非气非油的凝析油气流体）。这与正常蒸发概念完全相反（增压蒸发），称之为逆蒸发现象retrogradeevaporation。反之，从B1到B2点的过程，与正常凝结现象呈反向（减压凝结），称之为逆凝结retrogradeevaporation。凝析（油）气藏的形成就是逆蒸发之相态转变所致。而气藏开采时凝析物（油）由逆凝结而析出。,从上面的叙述可以得出如下概念等温压缩过程的蒸发现象叫做逆蒸发retrogradeevaporation，也可称之为反溶解。在一定条件下轻液态烃表现出在烃气介质中被蒸发（溶解）的特性，从而在自然界形成一种含溶解状态液体的气体，这种气体叫做凝析气condensategas，这种气体的地下聚集就是凝析气藏condensategasdeposits。气体混合物等温膨胀时形成凝析液的现象叫做逆凝结retrogradeevaporation。,（三）、Solubilityofnaturalgases天然气能不同程度溶于水和石油两类溶剂中。1、Solubilityofnaturalgasesinwater天然气和水是属于不易互溶的气-液系统。天然气在水中的溶解度常用享利公式来表述RgCP式中Rg--溶解度，表示单位体积水中溶解的气体体积数（m3/m3）；Ｃ--溶解系数或享利系数（m3/m3.atm）Ｐ--气体压力（对混合气体计算各组分的溶解度时，为各组分的分压，atm）。享利公式表明，solubilityandsolutioncoefficient和气体压力的乘积成正比。不同成分的气体其溶解系数有相当大的差别，在常温常压下天然气常见组分在水中的溶解系数如表所示。,,Thesolutioncoefficientofordinarycomponentsofnaturalgasesinwater（20℃，1atm）,,,天然气在水中的溶解系数不仅取决于气体组分与水的互溶能力（这是本质的），还与温度和含盐度有关。压力是直接影响溶解度更为重要的因素，溶解度随压力增加而增大，在低压（10MPa）时，溶解度随压力呈线性增加，而压力较高时，溶解度增加呈一条上升的曲线。此外，烃气在水中的溶解度还与水中CO2含量有关，当地层水被CO2饱和时，烃气溶解度会明显增大。,,,Thesolubilityofmethaneandnaturalgasesindifferencetemperaturesalinityandpressinwater,2、Solubilityofnaturalgasesinpetroleum天然气与石油具有互溶性，因此天然气在石油中的溶解度比在水中大得多。比如甲烷，在标准状况下石油中的溶解系数为0.3，比其在水中的溶解系数大9倍（甲烷在水中的溶解系数为0.033）。影响天然气在石油中溶解度的因素很多，考虑在地层条件下，其中最重要的是ationpressure、componentofnaturalgasesandthecontentoflightcomponentincrudeoil.首要因素是压力，天然气的溶解度随压力升高增大.在高压下，石油可溶解数倍于自身的天然气体积。,●天然气的组分上，重烃气特别是碳数较高的重烃气含量愈高，溶解度愈大。●原油组分方面，在相同温度、压力条件下，天然气在低碳数烃类含量高的轻质原油中比重质原油中的溶解度要高得多。●温度对天然气溶解度的影响是随油层温度的升高溶解度降低，但其影响效应远低于压力的效应。,无论是溶于地层水还是原油中的天然气，在条件发生改变时，其中的溶解气都有可能脱离地层水或原油成为游离气，并在适当的条件下聚集成为气藏。特别是在油（气）藏中，当压力降低时，天然气会自石油中析出，且各组分的析出与其溶解度相对应，甲烷最先开始析出，然后是乙烷、丙烷、丁烷等同系物依次析出。,（四）、Visciditiesofnaturalgases前已述及，粘度是指流体分子间相对运动所产生的内摩擦力的大小。天然气的粘度就是天然气分子间内部摩擦力的一种量度。天然气粘度是研究天然气运移、开发和集输的一个重要参数。天然气的粘度很小，在地表常温常压下，只有n10-2-10-3MPa.s。远比水（1MPa.s）和油（1-n10MPa.s）粘度为低。天然气粘度与气体组成、温度、压力等因素有关。在接近大气压的低压条件下，压力对粘度的影响很小（可忽略），粘度随温度增加而变大，随分子量增大而减小；而在较高压力下，天然气的粘度随压力增加而增大，随温度升高而减小，随分子量增加而增大。此外，天然气粘度还随非烃气体增加而增加。,（五）、Absorbedandabsorptionfunctionsofnaturalgases气体与固体表面接触所发生的关系，可以有吸收作用，也可以只有吸附作用，亦或兼而有之。吸附作用与吸收作用是有区别的，气体与固体表面接触并渗入固体物质内部（直至饱和）的现象叫做吸收作用absorbedfunction；而气体被固体吸收的初步过程是气体分子被固体表面分子所吸引，这一现象叫做吸附作用absorptionfunction。由于常常不能确定是吸附作用还是吸收作用，故把气体（或液体）在固体表面发生的作用笼统称之为吸着作用。,（六）、Diffusionsofnaturalgases气体扩散是自然界常见的一种物理化学现象。按引起扩散的主导因素可分为浓度扩散和温度扩散。按扩散介质可分为气体在气体中扩散（自由扩散）、气体在液体中扩散和气体在固体（岩石）中扩散。,浓度扩散是由物质的浓度差而引起，气体由高浓度处向低浓度方向流动，分子的相互运动趋向于拉平相互接触的容器内物质的浓度。随着温度升高，分子的热运动加速，扩散加快。,扩散系数diffusioncoefficient是浓度梯度等于1时1秒钟内通过截面积为1厘米2的扩散气体量。扩散系数反比于气体压力，因为随着压力增加，分子自由行程的长度减小，相应地压缩气体的扩散进行得比稀薄气体慢。一般气体的自由扩散系数（气体在气体中扩散）大部分在0.08-0.23厘米2/秒之间。氢具有最大的扩散系数，如氢通过氮或氦气的扩散系数为0.7厘米2/秒。,,Diffusioncoefficientsofgasesinwater,气体在液体中的扩散，从气体在液体表层溶解（吸收作用）开始，然后由于在各液体层中存在气体浓度差而进一步扩散。气体在水中的扩散系数一般随分子量和分子大小的增加而减小，随压力和温度的升高而增大。气体在岩石中的扩散比在自由空间进行得慢，也比在水中进行得慢。因为在岩石中气体是沿充满流体、结构复杂的孔道进行扩散。与自由空间扩散相比，在砂中较之慢2-3倍，在砂岩中慢9-14倍，在致密砂岩中要慢100倍。,气体通过没有孔隙的岩石（矿物质）的扩散比通过孔隙岩石小10-100倍，但随着气体的温度和压力升高，扩散速度将大大加快。热扩散（温度扩散）是由于存在温度差而产生，热扩散使轻分子或小分子气体趋向于在高温区集中，而重分子或大分子气体在低温区聚集。天然气的扩散不可小视，扩散可使气田中的气大量散失。在漫长的地质历史中，甚至可使整个气藏消失。,（七）、Thermalvaluesofnaturalgases热能是天然气主要经济价值所在。天然气的热值与组成天然气的成分有关，含烃气比例越高，热值越高；含非烃气，特别是含CO2、N2等气体比例越高，热值越低。天然气中主要烃气成分的热值如表所列。,,ThemainhydrocarbonofThermalvaluesinnaturalgases（fromprojecthandbookofnaturalgasesinAmerica，1959）,*原统计以Btu/ft3计，经换算成SI单位,,表中可见，就烃气而言，以体积论，含重烃比例越高，特别是含较高碳数烃气越多，热值越高；以重量论，相同重量的天然气则是含甲烷比例越高，热值越高。,（八）、Crystallinehydratesofnaturalgases在自然界存在的低温高压条件下，天然气（氦、氖、氢除外）能够与水结合形成结晶水合物（固体气）。这是天然气的重要性质。这一性质具有实际意义。固体气为密度在0.88-0.90g/cm3的固体结晶物质，象雪或冰，1m3气体水合物中含0.9m3的水和70-240m3的气，含气量的多少取决于气体的组分。尽管甲烷、乙烷、丙烷、CO2等气体均可形成气水合物，但固体气中的天然气还是以甲烷占优势，即常见为甲烷水合物methanehydrates。,甲烷水合物是在冰点附近的特殊温度和压力条件下形成的,,,其开始出现的条件是温度低于0℃，压力小于2.5Mpa；温度0-20℃，压力为2.5-25Mpa。温度达21-27℃时，甲烷水合物将被分解。因此，气水合物主要存在于冻土、极地和深海沉积物分布区。,,Thephasechartofgas-waterhydrateingseawaterandmethanepsi6894.8Pa（accordingtoKatz，1959）,气水合物是天然气（主要是甲烷）被俘获在水分子的笼型结构中，即水分子的笼型化合物（Clathrate）。在这种化合物中，水的冰晶体格架扩展为包含气体分子的晶体。,Theingconditionofhydratesofnaturalgasescomponents（accordingtoН.Л.ЩeРШУКΟВ,1973）,在一定温度、压力条件下，气和水相互作用形成气水合物。除甲烷、氮和惰性气体以外的所有其它气体，都具有高于某一温度就不形成气水合物的临界温度。形成气水合物的条件必须低温高压，在地层条件下，只有在深潜的“永久“冻土带（厚层冰岩带）发育区（一般在极地），低温高压才能得以兼备。在现代沉积物中，前苏联科学家发现，海洋底下是天然气水合物形成的最佳场所，海洋总面积的90具有形成气水合物的温压条件。气体水合物可以视之为固体溶液，其中“溶剂“是由水分子构成的立方晶系的结晶骨架，其中分布着溶解气分子。即气体分子“溶解“于由水分子组成的结晶骨架“溶剂“中形成的“固体溶液“。目前，对天然气水合物的研究已成为一个热点，也是当今地质界的前沿课题之一。,四、Distinctionsofnaturalgasesandpetroleumincludingcomponentsandphysicalproperties一）Distinctionsofcomponents总体上看，天然气和石油都是产出于地下岩石孔隙中的以烃类为主体的可燃有机矿产,成分都可分为烃类和非烃两大类，且均以烃类为主。因此从组成成分的大类上看，二者是相似的。但恰恰是在组成成分的主体部分，天然气与石油存在着显著的差别。众所周知，烃类是一大类有机物质的总称，其成员众多，结构复杂。天然气中仅包含少数几个最简单的成员，主要是甲、乙、丙、丁烷，戊烷以上所占比例甚微。总的趋势是随碳数的增加，其所占比例显著降低。石油则不同，石油几乎囊括了烃类的所有成员，至少是大部分成员。,天然气成分的分子量较小（平均分子量＜20），分子结构简单；而石油的分子量从从小到大均有（平均分子量＞75-275），结构也复杂得多。此外在次要组分非烃成分上差别更为显著，天然气中非烃成分主要是CO2、H2S和N2。显然无论从分子量还是分子结构上与石油中含O、S、N及其它杂元素的非烃有机化合物相较，前者都要简单得多。,分子量和分子结构的差别表现在分子大小上的差别如表中所列。,,Allkindscompoundsmolecularlengthingpetroleumandnaturalgases（units10-10m）（accordingtoWelte,1972;Hunt,1979）,Theefficiencydiameterdatasheetofnaturalgases、water、liquid-solidhydrocarbonaswellasnon-hydrocarboncompounds（units10-10m）（fromTissot2.2区为混合成因气；3,4,5区为热降解和热裂解成因气,（三）、Thestableisotopesofinertgasesinnaturalgases目前对以烃气为主狭义天然气中惰性气体的稳定同位素研究较少，其中只有He和Ar的研究积累了一定数量和较为系统的资料。,ThestableisotopeofheliumHe有3He和4He两种稳定同位素。地球上的4He除部分是在地球形成时捕获的外，主要是由铀、钍在α衰变过程中产生的。3He的成因还不是很清楚，可能与地壳深部及宇宙星球内部的天然核反应有关。根据加曼斯基（И.Л.КaΜССКИЙ，1971）的研究，大气中3He/4He约为1.3710-6；岩石圈的3He/4He为10-6-10-9。近来通过对相当数量来自地球内部和宇宙物质3He/4He比值数据的研究，发现温泉气、火山气、大洋中脊玄武岩气及洋隆热液喷出口的喷出气中，3He/4He比值一般较大气中3He/4He比值大6-30倍；而宇宙物质的3He/4He比值则一般要比大气中3He/4He比值高数百倍。因此，3He/4He比值高于大气3He/4He比值数倍到数十倍的天然气，常被认为是深部地壳乃至地幔内形成的深源无机成因气，亦或至少有部分深源无机成因气的加入。由此可见，3He/4He在油气成因的研究中是一个重要的参数。,2.ThestableisotopeofargonAr有36Ar、38Ar和40Ar三个稳定同位素，其比例分别0.337、0.063和99.6。地球上36Ar和38Ar大部分是原生的，即地球形成时捕获的，主要富集于大气中。核反应生成36Ar38Ar速度极慢，所占比例比原生的低得多。40Ar主要是由40K衰变来的。大气中40Ar/36Ar为295.5。由于40Ar主要是放射性衰变成因的，年代愈老的地层中累积的40Ar就愈多，40Ar/36Ar值就愈大。40Ar/36Ar值具有年代累积效应，因此可以利用天然气中40Ar/36Ar值为天然气形成的时代提供有用的信息。,四）、Theisotopeofsulfur、nitrogen、oxygen有关硫、氮、氧的稳定同位素研究，目前所见资料不多。对其在油、气中的研究和应用尚在探索之中，在此作一简介。1.Theisotopeofsulfur（δ34S-CD）油、气中的硫同位素研究目前多限于对H2S中的硫同位素。一般认为油、气中的H2S主要是由硫酸盐经微生物和热化学还原作用而来的。浅埋藏储集层中由微生物还原硫酸盐（SO42-离子）和有机质生物降解作用生成的H2S，其δ34S值比硫酸盐的δ34S值小。而深部碳酸盐-蒸发盐岩系中由硫酸盐热还原生成的H2S，其δ34S值几乎等于蒸发岩系中硫酸盐的δ34S值。Krouse（1989）认为这种硫同位素组成的差异归因于硫酸盐还原菌对硫同位素具有选择性还原的结果。硫酸盐还原菌将32SO42-还原成H2S的速度要比将34SO42-还原成H2S的速度快1.05倍，因此造成了剩余硫酸盐中相对富集了34S,一般认为生物成因的H2S硫同位素组成轻，δ34S＜20‰，明显比硫酸盐的硫同位素轻，Δδ34S[δ34S（SO42-）-δ34S（H2S）]＞22‰。而热化学成因的H2S具有重的硫同位素组成，与同源硫酸盐的硫同位素分馏小，其δ34S＞20‰；根据大量研究综合的结果，Δδ34S值作为深度一个指标，大约在2000m深处有一个转折带，该处的Δδ34S值从40‰下降到10‰以下；在3000m以下深度，Δδ34S值小于5‰，大多接近于0‰。H2S的硫同位素组成也可用于储层温度研究（图）。,图,,,,2.Theisotopeofnitrogen（δ15N）油、生物体作为一类自然界的载氮物质，是油、气中氮的主要来源。关于生物体中的δ15N，一方面，从营养氮的角度，对浮游生物而言，由于它们是以海水中的硝酸盐（溶解的NO3-）来制造自身细胞质的，故其δ15N值接近于海水中硝酸盐的δ15N，即为9‰，且海相沉积岩中有机质的δ15N也接近此值；对于陆生植物而言，由于它们所利用的氮是经微生物作用而固定在土壤中的大气氮，故其δ15N值接近于大气氮的δ15N，即2‰，且陆相沉积岩中有机质的δ15N值也接近该值。另一方面，生物体中的δ15N值也朝着食物链的延伸方向呈增加的趋势，陆生植物的δ15N值平均为1.2‰，陆生动物的δ15N值平均为6.5‰；海洋浮游植物的δ15N值平均为7‰，而海洋浮游动物的δ15N值平均为10‰，鱼则为15‰。这种变化反映氨基酸代谢作用的同位素效应。,在一定程度上有机质的氮同位素组成可能由其形成的油、气及煤等矿物所继承。尽管现存生物物质的δ15N值变化较宽，从-8‰-23‰，但有机质的氮同位素组成比大气氮重。原煤和泥炭的氮同位素组成比大气氮平均重8‰；腐泥煤的氮同位素组成比腐植煤要重些，这可能是由于海洋生物的δ15N较大的缘故；沉积物中分散有机质的δ15N值一般变化不大，约在9‰左右；石油的氮同位素组成约为3.4‰。天然气中氮同位素组成主要是指N2气的同位素。影响天然气中分子氮的同位素组成变化的主要因素有①氮气的母源物质类型；②氮气的形成过程；③天然气运移过程中氮气的渗流和扩散机理等。,鉴于氮气的多源性，有有机质经微生物分解和热裂解作用生成的N2；有地壳岩石脱气作用产生的N2；有硝酸盐脱氮作用生成的N2；地幔源的N2；大气源的N2等等。这些不同成因的N2，其δ15N值变化很大，如火山喷气的δ15N值从-30‰-30‰，还有些无机矿物的氮同位素组成变化范围更宽。天然气中N2实质上是这些不同成因N2的不同比例的混合物，因此天然气中氮同位素组成变化范围也很大，一般变化在-30‰-47‰之间。氮的同位素组成可提供N2的成因信息（Sweeneyetal.,1978；Hoefs,1980），同时也是天然气成因的一个信息源。有时也与He、Ar、H2、CO2等资料结合使用。,3.Theisotopeofoxygen（δ18O-SMOW）在石油及天然气地质中，氧同位素的应用主要是通过测定地下水（油田水）的氧同位素组成，用以了解油气田（层）的水文地质条件，即油气田的地下水与地表水交换（冲洗作用）的强弱。还可以通过地下水氧同位素组成了解地下水的来源，研究其可能对油气藏产生的影响。,,Section4OilfieldwatersWhywatersarefoundinoilfieldsWhyhavethehighmineralconcentrationWhatistheoriginofoilfieldwatersOilfieldwatersareclassifiedintoseveralgroups,,,,,,,,所谓油田水oilfieldwater，从广义上理解是指油气田区域（orthepetroleum端点BSO450,Na-Cl50;端点CSO40,Na-Cl50;端点DMg0,Cl-Na50;端点EMg50,Cl-Na50;端点FMg50,Cl-Na0;,苏林认为，裸露的地质构造中的地下水可能属于硫酸钠型Na2SO4，与地表大气降水隔绝的封闭水则多属于氯化钙型CaCl2，两者之间的过渡带为氯化镁型MgCl2。在油气田地层剖面的上部地层水以重碳酸钠型为主；随着埋藏加深，过渡为氯化镁型；最后成为氯化钙型。有时重碳酸钠型直接被氯化钙型所替代，缺少过渡型。油田水的水化学类型以氯化钙型为主，重碳酸钠型NaHCO3次之，硫酸钠型和氯化镁型较为罕见。,苏林分类存在的问题在于①把地下水的成因完全看成是地表水渗入形成的，没有考虑其它成因水的加入，还有自然界经常发生的水的混合作用以及由此而产生的水中成分的多种分异和组合；②将本来具有成因联系作为一个整体的大量无机组分，简化成仅是天然水盐类成分的分类，过于简单；③忽略了水中气体成分及微量元素等一些具有标型性质的组分，同时缺少作为区分油田水与非油田水的特征参数。随着油气勘探的进展和对油田水地球化学研究的深入，比较普遍的意见是应把矿化度和阴离子组合作为油田水化学分类的基础，再根据油田水的特征参数或标志，区分油田水和非油田水。但提出的分类方案大都过于复杂，应用不便，难于推广，未被普遍接受。,（一）、Colorsandtransparences含H2S者呈淡青绿色；含铁质胶状体（Fe2、Fe3）者带淡红色、褐色或淡黄色。油田水因含胶体和乳化物，一般不透明或成混浊状。（二）、Scentsandtastes当水中溶有较多重烃气及（或）少量液态烃时，往往具有汽油或煤油味；含H2S气体时常常有剌鼻的腐蛋味。溶有氯化钠者为咸味；含硫酸镁则使水带苦味。,五、Physicalpropertiesofoilfieldwaters,（三）、Specificgravities油田水比重一般大于1。含盐度越高的油田水比重越大。我国洒泉盆地的油田水比重为1.01-1.05，川中的油田水为1.132。（四）、Viscosities油田水中含盐份，粘度比纯水高。一般是溶解盐份越多，粘度越高。温度对油田水的粘度有明显的影响，温度越高，粘度越低。（五）、Conductions水是极性化合物，纯水是不导电的。油田水因含各种离子，能够导电，水中含离子越多，导电性越强。,Othercharacteristicsofoilfieldwaters,1.WaterSaturationTheamountofinterstitialwaterinapetroleumres