① 石油原油是固體還是液體
石油是混合物,所以沒有固定的凝固點,在不同狀態下不一樣,比如高凝油就是固態的,加溫情況下變成液體開采出來,到地面之後又變成固態。有的凝析油,開採的時候是氣態,到地面之後又變成液態。
但是常見的一般是液態的。粘度因含烴類和碳氫比的不同而不同~~
② 科學家給石油分家的辦法就是加熱,即「蒸餾」,能分出哪些物質
甲烷、乙烷、丙烷、丁烷在常溫下呈氣體狀態,所以一蒸餾,它們就從蒸餾塔頂跑出來。
當加溫到40~150攝氏度時,就會從蒸餾塔上部流出戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷等化合物來,它們在這個溫度下呈液態。這部分液體油就是汽油。它是石油家庭中的老大。
再加溫150攝氏度以上,至300攝氏度時,在蒸餾塔中部會流出癸烷、十一烷至十五烷等化合物的混合物。這部分化合物也是液態,叫煤油。它是石油家庭中的老二。
再繼續加溫,從200攝氏度加到350攝氏度時,則會在蒸餾塔下部流出另一種液體——柴油來。它是石油家庭中的老三。
再加溫,從300攝氏度開始,則會在蒸餾塔底部流出沸點很高的重油來,它是石油家庭中的老四。
重油的沸點很高,到400攝氏度也不蒸發,所以不能再用一般加熱的方法來給石油「分家」了。科學家採用減壓加熱法,使重油又「分家」了,又得到了柴油,還有潤滑油、石蠟、瀝青等許多有用的東西。
③ 石油的物理性質
石油的化學成分將決定它的物理性質和經濟價值,而石油沒有固定的成分,因此也就沒有固定的物理常數。但通過對分布廣泛的石油大量相關數據資料的分析整理,能歸納出反映石油總體特徵的物理性質或相關物理性質的變化范圍。了解這些性質對認識石油、進行石油地質研究和評價石油品質及經濟價值是有益的。
( 一) 顏色
在透射光下石油的顏色可以呈淡黃、褐黃、深褐、淡紅、棕色、黑綠色及黑色等。原油顏色的深淺主要取決於膠質、瀝青質的含量,其含量愈高,則顏色愈深。
( 二) 相對密度和密度
石油的相對密度,在我國和前蘇聯是指在105Pa 下,20℃ 石油與 4℃ 純水的密度比值,用 d204表示。歐美各國則是用 105Pa 下,60℉ ( 15. 55℃ ) 石油與 4℃ 純水的密度之比,通常稱之為 API 度。在國際石油貿易中常以 API 度為單位。API 度與 60℉石油相對密度的關系可用下式換算:
石油與天然氣地質學
石油的相對密度一般介於0.75~0.98之間。通常把相對密度大於0.9的稱為重質石油,小於0.9的稱為輕質石油。世界各國的原油大多為輕質石油;重質石油居次要地位。相對密度最大的可達1.0以上,這種石油用一般方法難以開采。
石油的相對密度主要取決於化學組成。就烴類而言,相對密度隨碳數增加而增大,碳數相同的烴類,烷烴相對密度小些,環烷烴居中,芳烴相對密度較大。與膠質、瀝青質相比,烴類較之為小。
密度是單位體積物質的質量。密度單位一般用g/cm3。石油的密度與其本身的成分和體積變化相關。液體石油的體積,在常壓下隨溫度升高而增大。溫度每增加1℉,單位體積所增加的體積數稱為膨脹系數。它不是一個固定的常數,而是隨相對密度的減小而增大(表2-5)。壓力對石油的體積也有影響,隨壓力增大體積將因被壓縮而減小。壓力每增加105Pa,單位體積被壓縮的體積數稱為壓縮系數。壓縮系數也不是一個常數。
表2-5 不同相對密度的石油的膨脹系數
顯然,溫度和壓力是影響石油體積的兩個主要因素。原油是氣、液、固三相物質的混合物,以液態烴為主體的石油中含有不同數量的溶解氣態烴、固態烴及非烴。實際上,在地下油氣藏中,溫度和壓力不僅影響石油的體積,而且還影響到石油本身的物質組成,從而影響其質量。一方面,溫度的增加有使溶解氣逸出液態石油的趨勢; 另一方面,壓力的增加,將使原油中溶解氣量增加。在地下油氣藏中,溫、壓同時增加時,壓力增加使溶解氣增加的效應遠大於溫度增加使溶解氣逸出的效應; 與此同時,溶解氣量增加引起體積增加的效應,遠遠超過隨壓力增加而使體積減小的效應。因此出現壓力增加時石油體積不是縮小而是增大,直至達到飽和壓力為止 ( 圖 2 -12) 。
圖 2 -12 在有氣頂條件下,石油體積隨壓力增大而變化情況( 據 A. I. Levorsen,1954)①1psi = 6894. 8Pa。
由此可見,地下石油的密度不僅與溫度壓力有關,還與溶解氣量有關,且後者才是影響石油密度的本質因素。溶解氣量增加則密度降低。地表和地下溫、壓條件不同,不僅影響到石油的體積,而且使其中的溶解氣量有差異,導致石油物質組成的差異,實質上是改變了石油的質量。地下石油含有較多的溶解氣,是地下石油密度較地表石油密度低的根本原因。
(三)黏度
黏度是反映流體流動難易程度的一個物理參數。黏度值實質上是反映流體流動時分子之間相對運動所引起內摩擦力的大小。黏度大則流動性差,反之則流動性好。石油黏度是制定石油開發方案、油井動態分析及石油儲運時都必須考慮的重要參數。黏度分為動力黏度、運動黏度和相對黏度。
動力黏度又稱絕對黏度。在國際計量單位SI制中,單位為帕斯卡·秒(Pa·s)。其定義為:流體通過長度(L)為1m,橫截面積(F)為1m2,滲透率(k)為1m2的介質,當壓差(Δp)為1Pa,流量(Q)為1m3/s時,流體的黏度(μ)為1Pa·s。其表達式為:
石油與天然氣地質學
1Pa·s相當於C·G·S制的10P(泊),1mPa·s=10-3Pa·s=1cP(厘泊)。在105Pa,20℃時,水的動力黏度為1mP·s。不同溫度下的動力黏度用ηt表示。
動力黏度/密度,稱為運動黏度。其單位為m2/s,稱二次方米每秒。不同溫度下的運動黏度用Vt表示。
相對黏度又稱恩氏黏度,是在恩氏黏度計中200mL原油與20℃時同體積的蒸餾水流出時間之比。常用Et表示。根據實驗室測定的Et值,可以通過查換算表獲得運動黏度,並計算出動力黏度。
石油地質學上通常所說的黏度多指動力黏度。石油黏度大小主要取決於其化學組成,小分子的烷烴、環烷烴含量高,黏度就低;而石蠟、膠質、瀝青質含量高,黏度就高。
石油黏度隨溫度升高、溶解氣量增加而降低。因此,地下石油的黏度常低於地表。在地下1500~1700m處,石油的黏度通常僅為地表的一半。如我國克拉瑪依的原油,在地下溫度為50℃時,η50=19.2mP·s,在地表為20℃時,η20=64.11mP·s。
(四)溶解性
石油能溶於多種有機溶劑,如氯仿、四氯化碳、苯、醚等。石油是多種有機化合物的混合物,實際上各種化合物都可以看作是有機溶劑,也就是說,各成分之間具有互溶性。其中輕質組分對重質組分的溶解作用可能更明顯些,也更容易理解。有可能這種溶解作用正是重質組分得以實現運移的有效途徑。
石油在水中的溶解度一般很低,通常隨分子量的增加很快變小,但隨不同烴類化學性質的差異而有很大的差別。其中芳烴的溶解度最大,可達(數百到上千)×10-6;環烷烴次之,一般為(14~50)×10-6;烷烴最低,僅(幾個到幾十個)×10-6。在碳數相同時,一般芳香烴的溶解度大於鏈烷,如己烷、環己烷和苯分別為9.5、60和1750mg/L,差別是非常明顯的。苯和甲苯是溶解度最大的液態烴。
當壓力不變時,烴在水中的溶解度隨溫度升高而變大。芳香烴更明顯。但隨含鹽度和壓力的增大而變小。當水中飽和CO2和烴氣時,石油的溶解度將明顯增加。
(五)熒光性
石油在紫外光照射下可產生發熒光的特性稱為熒光性。石油中只有不飽和烴及其衍生物具有熒光性。這是因為它們能吸收紫外光中波長較短、能量較高的光子,隨後放出波長較長而能量較低的光子,產生熒光。飽和烴不發熒光。熒光性可能與存在雙鍵有關。
熒光色隨不飽和烴及含雙鍵的非烴濃度和分子量增加而加深。芳烴呈天藍色,膠質為黃色,瀝青質為褐色。利用石油具有的熒光性,可以用紫外燈鑒定岩石中微量石油和瀝青類物質的存在。在有機溶劑中只要含有10-5瀝青類物質即可被發現。
(六)旋光性
大多數石油都具有旋光性,即石油能使偏振光的振動面旋轉一定角度的性能。石油的旋光角一般是幾分之一度到幾度之間。絕大多數石油的旋光角是使偏振面向右旋移而成,僅有少數為左旋。石油的旋光性主要與組成石油的化合物結構上存在不對稱的甾、萜類生物成因標志化合物有關。因此旋光性可以作為石油有機成因的重要證據之一。