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石油知识简介
文章来源:科技馆   发布者:zslzjnu   发布时间:2011-12-16   阅读:2050
石油和天然气

        对石油这个名字,大家都熟悉,但究竟什么是石油?回答恐怕就不那么确切了。对于这个问题,这里不妨用一句话来表达,那就是,石油是在地下岩石中生成的、液态的、以碳氢化合物为主要成分的可燃性矿产。

        顾名思义,石油形成于地下,有多深?几百以至几千米。它经历了数百万年甚至几亿年的演化过程,不同年代的石油生成地质环境不同,生成石油的物理性质也不同。不同油田所产石油的密度、粘度、熔点、初馏点都不相同。

        原油的物理性质最直观的就是丰富多彩的颜色,有浅至深有白色、褐色、黑绿色和黑色。我们常见的石油一般都是黑色的,颜色的深浅与其中含有的非烃类物质的多少有关,含量愈高则颜色愈深。

        石油是一种复杂的天然有机物,主要成分是碳(C)和氢(H),碳含量一般为80%-88%,氢为10%-14%,同时含有少量的氧(O)、硫(S)、氮(N)等元素。有这些元素组成的化合物称烃类化合物。天然气也是以碳氢化合物为主要成分,以气体状态从地下岩石中来到地面的。与石油一样,天然气所含烃类主要是烷烃(饱和烃)。一般含1-4个碳的烷烃从气体状态被称为天然气;含5-10个碳的烷烃为液体状态,就是石油;含17个以上碳的烷烃为固体状态,如石蜡沥青等。

石油、天然气的来源

        对石油、天然气(以下简称油气)生成的来源,科学家主要有两种观点:一种认为是生物死亡后转变成的,及有机生成学说。另一种是无机生成学说,认为石油天然气来源于无机物的合成。有机生成学说观点的依据是:几乎所有的油田都是在沉积岩中发现的,而沉积岩中可以见到丰富的生物遗迹(如化石等);通过实验,生物体中三大组成部分的蛋白质、碳水化合物、脂肪在一定条件下可以形成与石油中碳氢化合物类似的物质;在石油中发现的血红素和叶绿素等有机物质,前者是来自动物的血液,后者则来自植物的叶绿素。石油是生物死亡后转变而成的观点所提出的理由是如此之多,并且比较充分,使有机生成学说得到大多数人的认同,现在油气生成的研究方法和内容都是建立在这种观点的基础上的。

        虽然有机学说占了绝对优势,但在有机层油的大前提下,还存在着是海洋生物生成石油,还是陆上河流、湖泊中生物生成石油的争论。现实中,中东地区的沙特、科威特等国家的大油田都是海相地层生油,而我们国家的打多数油田则是陆相地层生油。

        早在10多亿年前,地球上就出现了生物,随着历史的发展,生物的数量和种类越来越多,生物大量地繁殖和死亡,其中一个藻类植物在适宜的条件下,8天内就可以繁殖到1036个后代,重量可以达到1.4×1017吨。大量的生物,主要是海洋和湖泊中的浮游生物,在它们死后一部分有机质被氧化变成二氧化碳逸散掉了,一部分则随作泥沙沉积下来,成为生成油气的物质来源。

石油、天然气的生成条件

        生成石油的基础条件是沉积物中存在大量的有机物,水是有机物运移的动力,泥沙和有机物在水的携带下,从高处往低处流动,寻找一个“沉积地”,就是寻找一个低洼地带。这种低洼地带,根据它的规模大小,分别被称为盆地、坳陷、凹陷等,但这种低洼地形不是固定不变的,在各个地质历史时期中随着地壳的运动继续下沉或上升。若能继续下沉,则保持低洼的地形,可以继续接受沉积物,使地层厚度不断增大;若随着地壳运动上升,则低洼幅度就逐渐变小,接受沉淀物就少;如果继续上升至水面上,则有几质就不再沉积,早先沉积的有机质也暴露在氧气中,会被风化剥蚀掉。

        虽然低洼地带不断下降对有机质的沉积有利,但也不是绝对的,如果地壳下沉速度大于沉积物沉积速度,就会使洼地内水的深度相对增大,使有机质下沉到水底的距离变长,沉积物受水中氧作用时间也就增长了,有机质被氧化的机会增多了。有了丰富的有机质沉积,还是不能生成石油,还必须具备缺氧环境、温度、压力、时间、催化剂等因素。缺氧环境就是没有氧气或者氧气少的环境,如果有氧气存在,有机物就会被氧化生成二氧化碳和水。温度也是有机质向石油转化的重要条件,达到一定温度,有机质才能大量向石油转化,一般最适宜有机质转化的温度范围为60℃-210℃。有机质生成石油的速度很慢,所需的时间以百万年计,一般来说,温度越高,有机质转化成石油所需的时间越短。

        地层的温度与地层深度有关系,地层越深则离地核越近,温度越高,利于有机质在一定的温度下生油,这也可以说是在一定的深度下利于生油。地层的深度越深,不光温度升高,而且压力增大,对生成石油也有利。细菌和粘土岩中的粘土矿物是加速有机质生成石油的催化剂,含有这种粘土矿物的地层也有利于石油的生成。

        天然气虽然在组成上与石油一样,都是以碳氢化合物为主要成分,但它的生成条件要比石油更为多样化。石油要达到一定深度才能大量生成,而天然气从浅到深都能生成。

        天然气根据其生成条件,大致可以分为以下几种类型:生物气-现代沉积淤泥中,有机质在细菌作用下,生成以甲烷为主的天然气。例如在一些和沟中生成的沼气。油型气-有机质进入生成石油深度以后,除大量地生成石油外,同时伴随着生成天然气。随着埋藏深度的不断增加,石油受高压、高温影响,强烈分解,生成天然气。煤型气-含有煤层的沉积岩层叫做煤系地层,煤型气是指煤系地层在时间和温度的作用下生成的天然气,其主要成分也是甲烷。无机成因气-在岩浆和岩石变质作用下生成的气体,如二氧化碳、甲烷。

沉积岩

        地球是一个近似椭圆的球形体,半径约为6300千米。地球由表及里分为地壳、地墁和地核三个部分。它们的分界面在不同地区深度不同,地壳厚度为5千米-65千米,地墁介于地壳底面到约2900千米深度之间,从2900千米直到地心称地核。地壳是由三大类岩石(通常叫石头)组成的,即岩浆岩、变质岩和沉积岩,其中沉积岩覆盖地表面积60%以上,我们通常见到的泥土或砂砾,就是岩石风化形成的表层风化壳,或者是新沉积的松散物质。石油分布于沉积盆地中,沉积盆地在一定的地质时期,接受沉积物的沉降形成较厚的沉积岩。

地层的档案-地质年代划分

        在40多亿年前,地壳就形成了,此后每个时期都有沉积岩形成。如果没有强烈的构造运动影响,一个地区先沉积的地层在下面,后沉积的地层在上面。不同地质时期形成的沉积岩,其生物化石和构造特征不同。据此,将组成地壳的岩石划分为不同单元,每个单元对应一定的地质时期。地层划分是以“界”为单位,按由老到新的顺序分为五个界:太古界、元古界、古生界、中生界、新生界。

流动的油气-石油、天然气的运移

        石油和天然气是一种流体矿床,他们与一般矿床的区别在于:它具有流动性,它先进存在的位置与其生成位置有时相距很远。生成的油气从生成的位置向有缝孔隙、裂缝的地层流动,储集成将分散的星星点点的油气初步集中起来,就好像涓涓溪流汇入大河一样。这种流动的动力来自于地层的压力,也可以说来自于沉积物本身的重量,地层在沉积过程中逐渐加厚,重量也逐渐加大,因此产生的压力也越来越大,已生成的油气,就随同水一起,被挤出去。到达“大河”后,油气并没有停下来,而是继续流动,这种流动的主要动力则来自油气本身的浮力。因为油、气密度比水小,当油气进入含水的地层后,油气在浮力的作用下向着高处流去。因为油气不易溶于水,在水中大部分都是以“油滴”和“气泡”的形式在含水的地层中流动的。它们走着曲曲弯弯的道路,克服许多阻力,艰难地前进着,运移的速度相当缓慢。

油气在地下的流动空间-储集层

        我们经常听到“油湖”和“油海”的说法,容易使人联想到石油就象湖泊和海洋一样在地下分布着,甚至有人担心,生怕我国边境油田的石油会流到外国去。其实,情况并不是这样,。那么油气在地下怎么存在的呢?石油生成后,储存在有孔隙、洞穴和裂缝的岩石之中,这种既可以储存液体又可让其从中流动的岩石,叫做储集层。油层是一种带孔隙的岩层,人的肉眼看不见孔隙,当可以在显微镜下看到,也可通过实验方法测得孔隙体积, 一般油层孔隙体积可战岩石体积的10%-35%。专业人员主要用孔隙度和渗透率两个因素来衡量储集层的优劣,孔隙度的数值大,可以容纳更多的石油。渗透率的数值高,表示孔隙、缝洞之间的年同性好,石油容易流动,容易开采。

油气在地下的保护层-盖层

        油气如果无限制地向上移动,一旦到了地表就会逸散掉。为了使储集层中的油气不逸散掉,在储集层的上方需要有一层致密的、不渗透的地层间储集层中的油气盖起来,这种岩层就叫做盖层。 适合做盖层的岩石有页岩、泥岩等,致密的泥灰岩和石灰岩有时也可以充作盖层。盖层要有一定的厚度,太薄了就承受不住油气对它的压力,不能阻止油气逸散,起不到“盖”的作用。盖层的分布要稳定,即厚度的变化不能太悬殊,更不能有的地方有盖层,有的地方没有盖层,否则,就会在储集层的上方出现“漏洞”,油气从“漏洞”处逸散出去。

石油在地下的仓库-圈闭

        在地下,凡是能阻止油气流动并将分散的“油滴”、“气泡”储集起来的地质构造就叫地质圈闭,简称圈闭。它就好像是一个地下的储油仓库,能把油气储藏起来。因此,圈闭就是油气运移的终点站,是油气藏的所在地,当然也是有工作者要寻找的目标。圈闭是储集岩与盖层的统一体,储集岩被盖层遮挡起来,油气就储存在储集岩的孔隙中。油气进入圈闭以后,因为油、气、水的密度不同,在圈闭内分为三个层次,最轻的天然气在上面,较重的油在中间,最重的水在下面。至此,石油从生成、运移到进入圈闭,完成了油气形成的全过程。


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