第一节石油 、石油的概念 石油(又称原油)- crude oil:一种存在于地下岩石孔隙介质中的由各 种碳氢化合物与杂质组成的,呈液态和稠态的油脂状天然可燃有机矿产。 组成石油的成分非常复杂,根据其不同的特性,可分为元素组成、馏分组 成、组分组成和化合物组成,三者有相互关系:依据石油中各种结构类型化合物的含量 可对石油进行分类;不同环境下生成的石油,比如海陆相石油的特征有明显的区别:石油没 有固定的成分,因此石油没有确定的物理参数,石油的物理性质取决于它的化学组成。 二、石油的组成 (一)石油的元素组成: 组成石油的化学元素主要是碳、氢、氧、氮、硫。碳含量 为:84-87%,平均84.5%;氢含量为:11~14%,平均13%:两 元素在石油中一般占95~99%,平均为97.5%。剩下的硫、氮、 氧及微量元素的总含量一般只有1~4%,其中,氧:0.1~4.5%, 般小于0.5%;硫:小于1%,平均0.65%;氮:小于0.1%。含硫 量小于1%的为低硫原油,含硫量大于1%的为高硫原油。常以0.25% 作为贫氮和高氮石油的界线。石油中还发现微量元素,构成了石 油的灰分。 已发现的33种微量元素按其含量多少和常见程度列举如下:铁(Fe)、钙(Ca)、镁 (Mg)、硅(Si、铝(Al)、钒(V)、 镍(Ni)、铜(Cu)、锑(Sb)、锰(n)、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)
第一节 石油 一、石油的概念 石油（又称原油）---crude oil：一种存在于地下岩石孔隙介质中的由各 种碳氢化合物与杂质组成的，呈液态和稠态的油脂状天然可燃有机矿产。 组成石油的成分非常复杂，根据其不同的特性，可分为元素组成、馏分组 成、组分组成和化合物组成，三者有相互关系； 依据石油中各种结构类型化合物的含量， 可对石油进行分类；不同环境下生成的石油，比如海陆相石油的特征有明显的区别；石油没 有固定的成分，因此石油没有确定的物理参数，石油的物理性质取决于它的化学组成。 二、石油的组成 （一）石油的元素组成： 组成石油的化学元素主要是碳、氢、氧、氮、硫。 碳含量 为：84-87%，平均 84.5%；氢含量为：11～14%，平均 13%；两 元素在石油中一般占 95～99%，平均为 97.5%。剩下的硫、氮、 氧及微量元素的总含量一般只有 1～4%，其中，氧：0.1～4.5%， 一般小于 0.5%；硫：小于 1%，平均 0.65%；氮：小于 0.1%。含硫 量小于 1%的为低硫原油,含硫量大于 1%的为高硫原油。常以 0.25% 作为贫氮和高氮石油的界线。石油中还发现微量元素，构成了石 油的灰分。 已发现的 33 种微量元素按其含量多少和常见程度列举如下：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)。构成了石油的 灰粉 在这些微量元素中,最引起石油地质学者重视的是V、Ni两种元素,它们含 量高,分布普遍并具有成因意义 近年来,石油灰分中的V、Ni含量及其比值(V/Ni)已被用来确定生油岩相、油源对比以及 研究油气运移等问题
镉(Cd)。构成了石油的 灰粉 在这些微量元素中，最引起石油地质学者重视的是 V、Ni 两种元素，它们含 量高，分布普遍并具有成因意义。 近年来，石油灰分中的 V、Ni 含量及其比值（V/Ni）已被用来确定生油岩相、油源对比以及 研究油气运移等问题
氧硫 氮 氢
(二)石油的馏分组成 石油的馏分:是利用组成石油的化合物具有不同沸点的特性,加热蒸馏,将石 油切割成不同沸点范围(即馏程)的若干部分,每一部分就是一个馏分。 石油的馏分组成 轻馏分 中馏分 重馏分 馏分 石油气汽油煤油柴油重瓦斯油润滑油渣油 温度(v)3535-190190-260260-320320360360-530>530(500 (三)石油的组分组成: 石油的组分:石油化合物的不同组分对有机溶剂和吸附具有选择性溶解和吸附 性能,选用不同有机溶剂和吸附剂,将石油分成若干部分,每一部分就是一个组分,分 别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质 油质:凡能溶解于中性有机溶剂,不被硅胶所吸附,浅黄色粘性油状物。 苯胶质:能溶解于中性有机溶剂,被硅胶所吸附,主要溶于苯,属暗色的油状 洒精苯胶质:溶于酒精和苯,同时也被苯所吸附 沥青质:用石油醚分离,得到一种不溶于石油醚的物质暗黑色-黑色沥青状无定 形的固体。 (四)石油的化合物组成 在近代实验室中,用液相色谱可将石油划分为烃类化合物:正构烷烃、异构烷 烃、环烷烃、芳烃和非烃化合物及沥青质
（二）石油的馏分组成 石油的馏分：是利用组成石油的化合物具有不同沸点的特性，加热蒸馏，将石 油切割成不同沸点范围（即馏程）的若干部分，每一部分就是一个馏分。 （三）石油的组分组成： 石油的组分：石油化合物的不同组分对有机溶剂和吸附具有选择性溶解和吸附 性能，选用不同有机溶剂和吸附剂，将石油分成若干部分，每一部分就是一个组分，分 别为油质、苯胶质、洒精苯胶质及沥青质。 油质：凡能溶解于中性有机溶剂，不被硅胶所吸附，浅黄色粘性油状物。 苯胶质：能溶解于中性有机溶剂，被硅胶所吸附，主要溶于苯，属暗色的油状 物。 洒精苯胶质：溶于酒精和苯，同时也被苯所吸附。 沥青质：用石油醚分离，得到一种不溶于石油醚的物质暗黑色-黑色沥青状无定 形的固体。 （四）石油的化合物组成 在近代实验室中，用液相色谱可将石油划分为烃类化合物：正构烷烃、异构烷 烃、环烷烃、芳烃和非烃化合物及沥青质
石油组分分析流程表 原油」 蒸馏 匚轻镅分 >210℃馏分 气相色谱 可溶的 用正已烷沉 烃类+胶质 匚沥青 想鲁 硅胶柱 元素分析、红夕 (或层析 (正庚烷冲洲 (笨冲况物囗 (吸附 饱和烃 芳烃 胶质 气相色谱、质 元素分析 色谱一质谱联有 气相色 红外光谱 5×101°m分子 筛(或尿素络钅 液相色谱、氧化(或层析 正构烷烃 异构烷烃+环烷烃 单环芳烃〖双环芳烃 气相色谱 气相色谱、质谱、色一质联机 气相色谱、 正构烷烃 属饱和烃,在常温常压下,1~4个碳原子(C1~C4)的烷烃为气态,5~16 个碳原子(C5~C16)的烷烃为液态,17个碳原子以上(C17十)的高分子烷烃皆呈固态。 石油中已鉴定出的正烷烃有C1~C45,个别报导曾提及见到C60正烷烃,但大部 分正烷烃碳数≤C35。石油中多数占15.5%(体积),轻质石油可达30%以上,而重质石油可 小于15%。其含量主要取决于: 生成石油的原始有机质的类型:陆相原油含量多,海相原油含量少 2.原油的成熟度:可用正烷烃分布曲线来判断原油的成熟度。 石油中正构烷烃的来源 现代生物:如细菌、藻类。含脂类的植物或蜡质(主要在髙等植物的叶、孢子花粉 果实)。有机质的演变、分解
正构烷烃 属饱和烃，在常温常压下，1～4 个碳原子（C1～C4）的烷烃为气态，5～16 个碳原子（C5～C16）的烷烃为液态，17 个碳原子以上（C17＋）的高分子烷烃皆呈固态。 石油中已鉴定出的正烷烃有 C1～C45，个别报导曾提及见到 C60 正烷烃，但大部 分正烷烃碳数≤C35。石油中多数占 15.5%（体积），轻质石油可达 30%以上，而重质石油可 小于 15%。 其含量主要取决于： 1.生成石油的原始有机质的类型：陆相原油含量多，海相原油含量少。 2.原油的成熟度：可用正烷烃分布曲线来判断原油的成熟度。 石油中正构烷烃的来源： 现代生物：如细菌、藻类。含脂类的植物或蜡质（主要在高等植物的叶、孢子花粉、 果实）。有机质的演变、分解
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正烷烃分布曲线 在石油中,不同碳原子数正烷烃相对含量呈一条连续的分布 曲线,称为正烷烃分布曲线。不同类型原油的正烷烃分布特点不 未成熟的石油,主要含大分子量的正构烷烃; 成熟的石油中,主要含中分子量的正构烷烃 降解的石油中,主要含中、小分子量的正构烷烃 根据主峰碳数位置及形态,可将正烷烃分布曲线分为三种基本 类型 A、主峰小于C15,且主峰区较窄,表明低分子正烷烃高于高分 子正烷烃,代表高成熟原油 B、主峰大于C25,主峰区较宽,奇数和偶数碳原子烃的分布很 有规律,二者的相对含量接近相等,代表未成熟或低成熟的原油 C、主峰区在C15~C25之间,主峰区宽,代表成熟原油。正烷 烃分布特点与成油原始有机质、成油环境和成熟度有密切关系,因 此这些特征已被广泛用于鉴别生油岩和研究石油的成熟度 2、异构烷烃 石油中的异构烷烃以≤C10为主,且以异戊间二烯烷烃最重要。 其特点是在直链上每4个碳原子有一个甲基支链。在沉积物和原油 中以植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。研 究和应用最多的是植烷和姥鲛烷 来源:有人认为是植物的叶绿素的侧链一植醇或色素演变而来, 为生物标志化合物。因此,同源的石油所含异戊间二烯类烷烃类型 和含量都十分接近。因此,常用于油源对比标志(指纹化合物)
正烷烃分布曲线 在石油中，不同碳原子数正烷烃相对含量呈一条连续的分布 曲线，称为正烷烃分布曲线。不同类型原油的正烷烃分布特点不 同： 未成熟的石油，主要含大分子量的正构烷烃； 成熟的石油中，主要含中分子量的正构烷烃； 降解的石油中，主要含中、小分子量的正构烷烃； 根据主峰碳数位置及形态，可将正烷烃分布曲线分为三种基本 类型： A、主峰小于 C15，且主峰区较窄，表明低分子正烷烃高于高分 子正烷烃，代表高成熟原油； B、主峰大于 C25，主峰区较宽，奇数和偶数碳原子烃的分布很 有规律，二者的相对含量接近相等，代表未成熟或低成熟的原油； C、主峰区在 C15～C25 之间，主峰区宽，代表成熟原油。 正烷 烃分布特点与成油原始有机质、成油环境和成熟度有密切关系，因 此这些特征已被广泛用于鉴别生油岩和研究石油的成熟度。 2、异构烷烃 石油中的异构烷烃以≤C10 为主，且以异戊间二烯烷烃最重要。 其特点是在直链上每 4 个碳原子有一个甲基支链。在沉积物和原油 中以植烷、姥鲛烷、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量最高。研 究和应用最多的是植烷和姥鲛烷。 来源：有人认为是植物的叶绿素的侧链—植醇或色素演变而来， 为生物标志化合物。因此，同源的石油所含异戊间二烯类烷烃类型 和含量都十分接近。因此，常用于油源对比标志（指纹化合物）
近来也用于沉积环境研究
近来也用于沉积环境研究
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3、环烷烃 由许多围成环的多个次甲基(-CH2-)组成。组成环的碳原子数可以是大于3的 任何数,相应称为三员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。 其含量与成熟度有关:成熟度低→高,由多环→单、双环。一般,单、双环占 环烷烃的50.5%;三环占环烷烃的20%;四、五环占环烷烃的25%。 原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性,所以没成熟的原油旋光性高。 多环环烷烃与四环的甾族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似,被作为有机成因的主 要证据之 4、芳香烃 芳香烃其特征是分子中含有苯环结构,属不饱和烃。根据其结构不同可分为单 环、多环、稠环三类芳香烃。 单环芳烃是指分子中含有一个苯环的芳香烃,包括苯及其同系物;多环芳烃是 指分子中含两个或多个独立苯环的芳香烃:稠环芳香烃是指分子中含两个或多个苯环, 彼此之间共用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。 在石油的低沸点馏分中,芳香烃含量较少,且多为单环芳香烃,如苯、甲苯和 二甲苯。随沸点升高,芳香烃含量亦增多,除单环芳香烃外,岀现双环芳香烃,如联苯。 在重质馏分中还可能出现稠环芳香烃,如萘和菲,蒽的含量较少。 5、非化合物 主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物,主要集中在石油的高沸点馏分中。 含硫化合物:最重要的非烃化合物,存在于中、重馏分中。主要有硫醇(-SH)、 硫化物(-S-)(包括硫醚R-S-R、环 硫醚)、二硫化物(-SS-)以及噻吩衍生物。此外,还有元素硫、硫化氢。硫来自有 机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等
3、环烷烃 由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组成环的碳原子数可以是大于 3 的 任何数，相应称为三员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。 其含量与成熟度有关：成熟度低→高，由多环→单、双环。一般，单、双环占 环烷烃的 50.5%；三环占环烷烃的 20%；四、五环占环烷烃的 25%。 原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性，所以没成熟的原油旋光性高。 多环环烷烃与四环的甾族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有机成因的主 要证据之一。 4、芳香烃 芳香烃其特征是分子中含有苯环结构，属不饱和烃。根据其结构不同可分为单 环、多环、稠环三类芳香烃。 单环芳烃是指分子中含有一个苯环的芳香烃，包括苯及其同系物；多环芳烃是 指分子中含两个或多个独立苯环的芳香烃；稠环芳香烃是指分子中含两个或多个苯环， 彼此之间共用两个相邻碳原子稠合而成的芳香烃。 在石油的低沸点馏分中，芳香烃含量较少，且多为单环芳香烃，如苯、甲苯和 二甲苯。随沸点升高，芳香烃含量亦增多，除单环芳香烃外，出现双环芳香烃，如联苯。 在重质馏分中还可能出现稠环芳香烃，如萘和菲，蒽的含量较少。 5、非烃化合物 主要是含硫、氮、氧三种元素的有机化合物，主要集中在石油的高沸点馏分中。 含硫化合物：最重要的非烃化合物，存在于中、重馏分中。主要有硫醇（-SH）、 硫化物（-S-）（包括硫醚 R-S-Rˊ、环 硫醚）、二硫化物（-S-S-）以及噻吩衍生物。此外，还有元素硫、硫化氢。硫来自有 机物的蛋白质和围岩的含硫矿物石膏等