烃类物质

发布网友 发布时间：2022-04-25 16:04

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热心网友 时间：2023-10-15 19:27

一、烃类物质的组成

烃类物质是指碳氢化合物以及伴生或共生有机物，其主要成分为碳、氢，次要成分为硫、氮、氧等。

烃类物质的矿产种类主要有天然气、石油、煤、油页岩等。

1.天然气的组成

实际研究与应用中，天然气是指沉积岩石中以烃类为主的气藏中的天然气和可为工业所利用的二氧化碳气、硫化氢气、氮气等。

气藏中的天然气从成分上分为两种:一种是以烃类物质为主的天然气，主要是甲烷气，一般情况下甲烷含量达80%以上;其次为重烃，约占10%;微量气体有氮气、二氧化碳气、硫化氢气等;另一种是非烃气为主的天然气，主要有氮气、二氧化碳气、硫化氢气等。

根据雅库琴尼(1976)，烃类天然气藏占世界气藏总数的95%以上，而非烃类天然气藏占世界气藏总数的5%以内。图1-2显示出世界上2000个气藏约15000个分析数据构制的三角变化图，它有力地说明了天然气藏的主要成分分布状况。

2.石油的组成

石油是以液态形式存在于地下岩石孔隙中，具有不同结构的碳氢化合物，是可燃的有机矿产。

石油的元素组成主要为碳、氢，其次为硫、氮、氧等。对于平均元素组成，不同学者的估算不同。亨特的统计结果是碳占质量的84.5%，氢占13.0%，硫占1.5%，氮占0.5%，氧占0.5%。据潘钟祥(1986):中国、美国、苏联的石油元素含量列于图1-3中，与亨特的统计结果相似。

石油的化合物，可分为烃类与非烃类，前者包括正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳烃和环烷芳烃等，后者主要有氮、硫、氧的化合物、有机金属化合物等。

图1-2 世界气藏成分图

正构烷烃的碳数为C₁～C₆₀。根据主峰碳数的位置及形态，正构烷烃曲线(图1-4)分为3种基本类型:①主峰小于C₁₅，且主峰区较窄;②主峰大于C₂₅，主峰区较宽;③主峰区在C₁₅～C₂₅之间，主峰区宽。

异构烷烃的碳数以小于C₁₀为主，环烷烃也以小于C₁₀低分子量环烷烃为主。芳烃和环烷芳烃的基本类型有苯、萘、菲，分子量一般较大。

图1-3 石油的元素组成(据潘钟祥，1986)

图1-4不同类型石油的正构烷烃分布曲线(据MartinRLetal.，1986)

石油中的非烃类物质，一是含氮、硫、氧化合物，主要有硫酸、硫醚、噻吩和二硫化物等，低分子量者存在于石油的轻、中馏分中，分子量大者存在于胶质、沥青质中;二是有机金属化合物，主要是汞、铅等的化合物。

3.煤的组成

煤是由地质时期植物遗体在地下经复杂的生物、物理、化学作用而变质形成的固体可燃的有机矿产。

煤的组成元素，主要为碳与氢，其次为氧、氮、硫、磷和其他元素。碳与氢占有机可燃物质量的70%以上。挥发分根据煤的变质程度不同而异，一般在5%～55%之间(图1-5)。

煤中的碳和氢，多以凝胶化组分(包括木煤、木质镜煤、结构镜煤、无结构镜煤、凝胶化基质)、丝炭化组分(包括丝炭、木质镜煤丝炭、镜煤丝炭、丝炭化基质)、稳定组分(包括木柱层、角质层、孢子和花粉、树脂体)等组成，以固态形式存在，在显微镜下可以观察到。煤中的无机物，主要有与有机质同时沉积的陆源矿物、化学或(和)生物成因的矿物(如黄铁矿、粘土、菱铁矿等的结核)，以及后生矿物(如裂隙中的黄铁矿、方解石、高岭土等)，它们也以固态形式存在。

图1-5 煤的主要组成成分(据陆春元，1987)

含碳页岩也是烃类有机质的重要存在形式，与煤相似，碳以固态存在。

总体上，煤是固态的烃类物质，分子量很大;石油是液态的烃类物质，分子量中等;

天然气主要是气态的烃类物质，分子量很小。下面讨论这3类烃类物质的形成过程以及相互关系。

二、烃类物质的形成

天然气、石墨、煤的形成过程以及相互关系见图1-6。烃类物质共同的主要物质来源是地表存在的生物有机质。生物有机质主要是动物、植物的遗体。由于地表及近地表的生物作用，特别是细菌活动的活跃，动物、植物的遗体一大部分经生物降解作用等过程形成生物成因的天然气，很少的部分则经沉积掩埋，进入地下。

图1-6 天然气、石墨、煤形成过程示意图

在地下一定深度，生物作用减弱。再进入到更大的深度，压力增大，地温增高，热压作用增强，沉积有机质经热催化、热裂解，有机质开始成熟。①高丰度的腐殖型有机质向煤方向转化，依次形成泥炭、褐煤、长阳煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤，同时形成大量的以甲烷为主的煤系天然气。②腐泥型有机质和一部分腐殖型有机质，进入到生油门限温度后，形成石油与石油气。如果有机质进入到更高温高压的地层埋深，所形成的煤、石油、天然气则向石墨方向转化。石油与煤的形成过程，均伴随着有机烃气体的形成。其成因早期以微生物作用为主，晚期则以热动力作用为主。

三、烃类物质的赋存状态

气态的天然气、液态的石油、固态的煤，它们在地下的赋存形式，特别是能为工业应用的赋存形式，存在很大的差异。这种差异，往往决定了勘探方法的不同。

1.天然气的赋存状态

天然气赋存状态见表1-1。目前具广泛工业意义的有气顶气、气藏气、凝析气、煤层气。

表1-1 天然气的赋存状态表

气顶气与石油共存，位于油气藏的顶部，乙烷以上的重烃含量较高，成因上属石油气。气藏气是单一天然气聚集的气体，可以是石油气、煤系天然气，或其他成因类型的天然气。凝析气是一种特殊的气藏气，是在较高的温度、压力下由液态烃蒸发而形成，一旦温度、压力降低则逆凝结而形成轻质油。

煤层气是吸附在煤层中的煤系天然气。

2.石油的赋存状态

石油主要呈液态存在于岩石孔隙中。根据是否发生运移分两种形式:一种是自生自储型，生油的地层即是储油的地层;另一种是下生上储或上生下储型，指生油层不是储油层，而是石油经运移储集在有效孔隙度大的岩石或构造中。

3.煤的赋存状态

煤是以天然的固体形式存在于煤系地层中。如不经特殊的构造运动的破坏，煤层是没有明显运移的。

四、烃类物质的运移

相对于母岩地层而言，煤以固相“原地”存在。石油呈液态可能“原地”存在，也可能经运移而“异地”存在。天然气中煤层气可能以“原地”存在为主，其他天然气则主要以“异地”存在。因此，烃类中，石油与天然气存在着运移的情况。

石油的运移分初次运移和二次运移，以及再次运移。

初次运移指石油从细粒的生油岩中向外排出的过程。初次运移的发生，可能是在压实作用、热力作用、粘土脱水作用等控制下，生油岩(主要是泥岩)受到较大的应力作用，发生强烈的变形，导致体积减小，这时必然驱动塑性物质(包括气体、液体及硬度小的粘土矿物等)的流动。在初次运移中，石油可能呈油相、乳油液、胶体溶液、气体溶液等相态运移，但多数学者认为初次运移以油相为主。初次运移是与石油生成有密切关系的过程，运移距离较短，一般限于生油岩系中。

二次运移是初次运移的接续，是石油脱离成油母岩向储集岩内部传导的过程，主要的传导层是颗粒较粗的砂岩层、张性或张扭性的非紧闭的断层、不整合面等。二次运移的驱动力主要是浮力、水动力，运移多呈游离相进行。运移的距离不等，最远达到数十千米，甚至上百千米。多数情况下，二次运移的结果使石油聚集成油藏。

再次运移是在二次运移的基础上发生的，与二次运移的性质相似。

一些地区，石油可能只经初次运移，而另一些地区由于构造活动的多期性导致石油发生二次运移，甚至再次运移。

按运移方向，石油的运移可分为水平运移和垂直运移，或分为顺层运移或穿层运移等。运移方向取决于驱动力条件，不同地区可能不一样，但共同遵循的原则是沿阻力最小的方向运移。

与石油的运移情况比较，煤可以认为是不存在运移的，而天然气的运移强度则更强烈，运移得更远。

热心网友 时间：2023-10-15 19:27