第1章天然气基础知识

采气工程主讲教师：陈德春办公地点：工科楼B座333联系电话_mail:chendc@11.天然气天然气是从地下天然气矿床或石油天然气矿井中直接开采出来的可燃气体，以碳氢化合物为主的气体混合物。天然气组成：甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷，并含有少量的重碳氮化合物以及氮、氦、二氧化硫、硫化氢等。天然气主要类型：气田气、石油伴生气、凝析气田气、煤层气等。2气井完井、试井及生产测井、增产措施、天然气生产、井下作业与修井、地面集输与处理等工艺技术和采气工程方案设计的总称。2.采气工程研究内容围绕着两个方面：天然气的高效生产处理措施和工艺3①地质年代较老，埋藏较深；②大多属于中低渗透储层；③驱动类型以弱弹性水驱为主；④气田规模一般较小。3.采气工程的主要特点（1）地质和储层特性的特殊性4①水气在渗流通道和自喷管柱内形成两相流动，增大了气藏和气井的能量损失；②降低了气相渗透率，并分割气藏形成死气区，使气藏的采气速度和一次开采的采收率降低。3.采气工程的主要特点（2）气藏产水危害的严重性天然气二次开采技术5①气藏中地层水的矿化度高，且天然气中含有高腐蚀性的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。②硫化氢、二氧化碳酸性气体，可能严重危及人、畜的安全，严重腐蚀气井的设备和管线。3.采气工程的主要特点开县事故！（3）流体性质的高腐蚀性6天然气井特大井喷事故（1）2003年12月23日，重庆开县特大天然气井（罗16井）井喷事故

243人死亡。事故发生时，富含剧毒的硫化氢和二氧化碳的天然气喷至三十米高。这种浓烈的有毒气体是造成大面积中毒的重要原因。（2）1998年四川温泉4井（气井）特大天然气意外窜漏事故1998年3月22日17时，钻井至1869米左右时，发生溢流显示，关井后在准备压井泥浆及堵漏过程中，天然气通过煤矿采动裂隙于3月23日凌晨5时40分左右，自然窜入井场附近的四川省开江翰田坝煤矿和乡镇小煤矿，导致在乡镇小煤矿内作业的矿工死亡11人，中毒13人，烧伤1人的特大事故。（3）1992年赵48井（油井）井喷事故1992年9月28日，华北石油管理局井下作业公司20队，在位于河北省赵县各子乡宋城北700米处的赵48井进行试油时，地层中大量含有硫化氢的气体喷出井口，造成周围居民死亡6人，中毒24人。7（4）天然气的可爆性和高压的危险性气藏一般具有较高的压力，天然气是一种易燃、易爆性气体，密度小，具有较大的可压缩性和膨胀性，使气井井口压力远远高于相同井深和井底压力的油井井口压力。防火、防爆。

3.采气工程的主要特点8第一章天然气基础知识

第一节天然气的组成和分类第二节天然气理化性质9

广义的天然气：包括可燃的烃类气体、二氧化碳、硫化氢、氦等可从地壳中取得的气体资源。

一般所指或狭义的天然气：仅指烃气。根据ISO标准（ISO14532天然气.词汇，2001），天然气是指以甲烷为主的复杂烃类混合物，通常也含很少量的乙烷、丙烷和更重的烃类，以及若干不可燃气体，如氮气和二氧化碳。众多国际权威机构和专家预言，21世纪中期将进入天然气时代。引言10一、天然气的组成天然气的主要成分为甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气体，并可能含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水蒸气等非烃类气体及少量氦、氢等惰性气体。石油工业范围内，天然气通常指从气田采出的气及油田采油过程同时采出的伴生气。第一节天然气的组成和分类11（1）甲烷：天然气的主要组成部分，在天然气混合物中所占比例变化范围广，根据油气藏类型的不同，甲烷所占比例为29%～99.9%（体积比）。在气藏中约为80%～99.9%；在凝析气藏中约为75.0%～94.4%；在油藏伴生气中约为20.0%～97.0%。纯甲烷无色、稍有蒜味。它比空气轻，在标准压力和15℃条件下，甲烷密度为0.667kg/m3。甲烷具有高的热稳定性和很高的热值含量。

第一节天然气的组成和分类一、天然气的组成

12（2）乙烷：无色气体，比空气稍重，在标准压力和15℃下，1m3乙烷重为1.270kg。它的热值介于60345～65946kJ/m3之间。在20℃时，加压至3.8MPa以上，可液化成相对密度为0.446的液体。在天然气混合物中其含量在0.05%～25%范围变化。（3）丙烷：无色气体，比空气重，在标准压力和15℃下，1m3丙烷重为1.9659kg。温度在20℃且压力在0.85MPa以上时呈液态。丙烷的热值介于86420.9～93888.9kJ/m3之间。在天然气混合物中其含量在0.005%～4.0%范围变化。一、天然气的组成

第一节天然气的组成和分类13（4）正丁烷：相对密度比空气大１倍，在标准压力和15℃下，1m3正丁烷重为2.454kg。在标准压力下，当温度高于0.6℃时，纯正丁烷才呈气态。在温度为15℃及压力为0.18MPa时，正丁烷呈密度为582kg/m3的液体。在天然气混合物中其含量在0.001%～2.0%范围变化。（5）异丁烷：是正丁烷的同分异构体，其物理性质与正丁烷也不一样。在标准压力下，当温度高于-11℃时呈气态，温度更低时才呈液态。丁烷的热值介于112294～121685kJ/m3之间。第一节天然气的组成和分类一、天然气的组成

14（6）戊烷：与丁烷一样有两个同分异构体，即正戊烷和异戊烷。在标准压力下，正戊烷在36℃以上、异戊烷在28℃以上时为气体。后者为汽油的组成部分，在凝析气藏中含有较多的该类组分。（7）氮气：在天然气中的体积含量一般不超过10%。是无色无味的惰性气体，在标准压力和20℃时，1m3氮气重为1.183kg。在标准压力下，当温度低于-195℃时氮气开始液化。第一节天然气的组成和分类一、天然气的组成

15（8）硫化氢：是极臭有毒的可燃气体。在标准压力和20℃时，密度为1.438kg/m3。在20℃时，单位体积水中可溶解2.582单位体积的H2S气；由于H2S气易溶解于水，故一般气藏中含量甚微或不含，但国内外也都存在一些含H2S较高或很高的气藏。（9）二氧化碳：无色，具有微弱气味。1m3CO2在标准状态下重为1.85kg，在15℃和压力超过5.65MPa时，CO2气转化为液态。CO2气在水中有很高的溶解度。CO2与水在一定条件下可形成水合物，并对井下设备及集输设备等产生腐蚀作用。第一节天然气的组成和分类一、天然气的组成

16（10）氦气：属稀有惰性气体，无色，无味，微溶于水，不可燃，也不能助燃。氦是除氢气以外密度最小的气体，其密度是氢气的1.98倍。它是最难液化的气体之一。氦气是贵重的稀有气体，天然气中含量甚微，不超过1%（体积比）。天然气中含量超过0.1%（体积比）时，就有提氦的工业价值。此外，天然气中还可能含有多硫化氢（H2Sx），以及以胶溶态粒子的形态存在于气相中的沥青质，还可能微含水银。

第一节天然气的组成和分类一、天然气的组成

17二、天然气组成的表示方法第一节天然气的组成和分类摩尔组成质量组成体积组成18二、天然气组成的表示方法第一节天然气的组成和分类对于理想气体：摩尔组成和体积组成表示值相等，且与质量组成表示值之间存在一定的关系。19三、天然气的分类第一节天然气的组成和分类1.按烃类组分关系分类（1）干气（2）湿气（3）贫气（4）富气指在地层中呈气态，采出后在一般地面设备和管线中不析出液态烃的天然气。按C5界定法是指1m3井口流出物中C5以上液烃含量低于13.5cm3的天然气。指在地层中呈气态，采出后在一般地面设备的温度、压力下即有液态烃析出的天然气。按C5界定法是指1m3井口流出物中C5以上液烃含量高于13.5cm3的天然气。指丙烷及以上烃类含量少于100cm3/m3的天然气。指丙烷及以上烃类含量大于100cm3/m3的天然气。202.天然气按矿藏特点分类（1）纯气藏天然气：在开采的任何阶段，矿藏流体在地层中呈气态，但随成分的不同，采到地面后，在分离器或管系中可能有部分液态烃析出。（2）凝析气藏天然气：矿藏流体在地层原始状态下呈气态，但开采到一定阶段，随地层压力下降，流体状态跨过露点线进入相态反凝析区，部分烃类在地层中即呈液态析出。（3）油田伴生天然气：在地层中与原油共存，采油过程中与原油同时被采出，经油、气分离后所得的天然气。

第一节天然气的组成和分类三、天然气的分类213.按硫化氢、二氧化碳含量分类

酸性天然气指含有显著量的硫化氢甚至有可能含有有机硫化合物、二氧化碳，需经处理才能达到管输商品气气质要求的天然气。

第一节天然气的组成和分类三、天然气的分类硫含量酸气≥1g/m3净气<1g/m322分子式、相对分子质量、密度、相对密度、比定压热容、气体粘度、临界常数（临界压力、临界温度、临界容积）、沸点、等温压缩系数等等。第二节天然气理化性质23一、天然气的视相对分子量和相对密度1.天然气的视相对分子量(平均相对分子量)标准状况下1摩尔天然气的质量。2.天然气的相对密度在标准状态下,天然气密度与干燥空气密度的比值。第二节天然气理化性质24二、天然气的临界参数临界点临界压力临界温度第二节天然气理化性质25关于相图：第二节天然气理化性质四区三线六点等液量线泡点线露点线26关于相图：第二节天然气理化性质四区三线六点气相区气液两相区液相区反常凝析区27关于相图：第二节天然气理化性质四区三线六点第二露点露点泡点临界点临界凝析温度点临界凝析压力点28关于相图：第二节天然气理化性质饱和油藏凝析气藏纯气藏未饱和油藏过饱和油藏各类油气藏的开发特点29三、天然气的状态方程理想气体的假设条件：1.气体分子无体积，是个质点2.气体分子间无作用力3.气体分子间是弹性碰撞理想气体状态方程天然气是处于高温、高压状态的多组分混合物，不是理想气体压缩因子第二节天然气理化性质30实际气体状态方程压缩因子方程压缩因子的定义：一定温度和压力条件下，一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。第二节天然气理化性质31Z<1实际气体较理想气体易压缩Z>1实际气体较理想气体难压缩Z＝1实际气体成为理想气体压缩因子的物理意