凝析气藏及非常规气藏

凝析气藏及非常规气藏第一页，共六十页，2022年，8月28日一凝析气藏的形成（一）基本概念

地下：单一气相（油逆蒸发气化或分散于气相中），为凝析气地面：气、油同产，产气为主，液态烃称为凝析油

凝析气是指地下温度、压力条件下呈气态,随温度、压力降低呈反凝析现象的一种特殊类型的天然气。反凝析过程中析出的液态烃类称为凝析油。在地下深处较高温、高压条件下的烃类气体，采到地面后，温度、压力降低，凝结出部分液态烃，这种含有一定数量凝析油的气藏称为凝析气藏。第二页，共六十页，2022年，8月28日逆凝结:压力减小气体变为液体,或液相增加,与正常凝结刚好相反。逆蒸发:压力增大液相反而减小,以至蒸发的现象,与正常蒸发刚好相反。泡点：温度（或压力）一定时，开始从液相中分离出第一批气泡的压力（或温度）。对于纯化合物，泡点也就是在某压力下的沸点。露点：温度（压力）一定情况下，单一气体或气体混合物处于开始冷凝成液体的温度（或压力）。

汽液平衡时，液相的泡点即为汽相的露点。饱和蒸汽压：在密闭条件中，在一定温度下，与液体或固体处于相平衡的蒸气所具有的压力。相图：也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡系统的组成与一些参数(如温度、压力)之间关系的一种图第三页，共六十页，2022年，8月28日1、纯物质的临界状态（二）凝析气藏的形成第四页，共六十页，2022年，8月28日表：若干物质的临界参数物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.633.332.940.029.927.024.621.219.018.5物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.633.332.940.029.927.024.621.219.018.5物质名称物质名称临界温度(℃)临界温度(℃)临界压力(atm)临界压力(atm)物质名称物质名称临界温度(℃)临界温度(℃)临界压力(atm)临界压力(atm)水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.6198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.633.332.940.029.927.024.621.219.018.533.332.940.029.927.024.621.219.018.5第五页，共六十页，2022年，8月28日71.171.1℃的℃的PP--VV曲线：曲线：（1）随P↑，V丙烷↓；（2）过A点后，V丙烷继续↓，但P保持不变；（3）过B点后，即使加极大压力，V也不变。87.887.8℃℃的的PP--VV曲线：曲线：随T↑，水平线段缩短（A’B’＜AB）。96.896.8℃的℃的PP--VV曲线曲线：水平线段缩成一点KK，在此温度以上的曲线，水平线段完全消失。第六页，共六十页，2022年，8月28日

气液两相共存的最高温度K1和最高压力B1，分别称为临界凝析温度和临界凝析压力。

临界点K为泡点线（DB1曲线）与露点线（BK1曲线）的交点。已经不再是两相共存的最高温度或压力。

K1为临界凝结温度（最高临界温度），代表气液两相并存的最高温度2、双组分烃类物系相图B1为临界凝结压力，高于该值，无论温度多高，体系也不能液化的压力。第七页，共六十页，2022年，8月28日

等温加压情况下：A→B→1→2→E，在A点物质为气相，加压至B点，开始出液滴（露点），压力继续增加至1点，液体数量逐渐增大；但从1到2点，加压反而使液体逐渐减少，气相增多，至2点物质全部气化。由1→2，等温增压出现气化特征，称为逆蒸发；由2→1，等温减压出现液化特征，称为逆凝结。第八页，共六十页，2022年，8月28日

等压升温情况下：C→D→4→3，C点为液体，升温至D点，开始出气泡（泡点），由D→4，气体数量逐渐增大；但从4→3点，升温反而使气体数量减少直至最终全部液化。由4→3，为逆凝结；由3→4，为逆蒸发。

逆凝结和逆蒸发现象出现于临界点与临界凝析温度点和临界凝析压力点之间，常称之为“逆行区”。这是凝析气藏形成的基本原因。第九页，共六十页，2022年，8月28日

某种多组分烃类物系的相图K-临界点(T=52.8℃)；K1-临界凝结温度；

1-压力超过泡点压力的油藏；2-压力超过露点压力的凝析气藏；3-单相气藏(纯气藏)；4-泡点曲线；5-露点曲线；6-物系中液体所占体积百分率；A-纯气藏；B-凝析气藏；C-油藏；D-油气藏

3、多组分烃类物系的相态与凝析气藏的形成

存液相存气相气液双相凝析气等温条件下开采开正常采地面（18.7MPa）（15.5MPa）第十页，共六十页，2022年，8月28日

凝析气藏以高气油比（>600~800m3气/m3油）和轻烃组分高度富集为特征。在一定温度、压力范围内，存在逆蒸发和逆凝结现象，使一部分液态烃反溶于气相形成单一气相。在地下烃体系呈气相，在地面同时有气和凝析油产出。

并不是地下所有气体采到地面都变成了凝析油。凝析气藏特征：第十一页，共六十页，2022年，8月28日凝析气藏的形成条件：烃类物系中气体数量多于液体数量,才能为液相反溶于气相创造有利条件；地层埋藏较深，地层温度介于烃类物系的临界温度与凝析温度之间，地层压力超过该温度的露点压力，这种物系才可能发生显著的逆蒸发现象。

因此，随着埋深增加，地层温度和压力会增加。当地层温度达到油-气物系的临界温度时，地层压力越大，油气物系越容易转化为单相气态，大大促进地下储集层内油气的运移，形成凝析气藏。第十二页，共六十页，2022年，8月28日说明：石油和天然气都是成分非常复杂的混合物，其临界条件非常复杂。石油-甲烷物系必须加压到100MPa以上，才能变成单相气态。但实验证明，流体性质和外界条件等因素都可以改变油-气物系的临界压力（1）在石油-甲烷物系中，存在甲烷最近的同系物时，可以大大降低其临界压力，便于石油向气相过渡（2）石油密度越小，临界压力越低；重质高含硫石油在50MPa时也不可能转化为气态（3）用CO2代替CH4，可以降低油-气物系的临界压力（4）岩石的存在可以降低油-气物系的临界压力，特别是对高胶质石油（5）岩石中含水时，会增大油-气物系的临界压力第十三页，共六十页，2022年，8月28日（三）地下油气藏相态的识别收集地层压力、地层温度及地层条件下油-气物系的烃类组分百分含量,编制烃类物系的相图。2、根据油气成分的经验预测法Z=A+B+++BCCCCC=12345+Z>450纯气藏80<Z≤450凝析气藏15<Z≤80带油环凝析气藏7<Z≤15凝析气油藏Z≤7油藏A=C2/C31、编制油—气物系的相图第十四页，共六十页，2022年，8月28日二非常规气藏的形成及特征第十五页，共六十页，2022年，8月28日

指在特殊地质条件下形成的，具有特殊圈闭机理和分布规律的非常规天然气藏，因分布在盆地深部或构造底部，故称为深盆气藏

它不是一种特殊天然气,也不是赋存于盆地某一深度线以下的天然气深盆气藏主要是在毛细管压力的作用下，存在于具有低孔，低渗特征储层的构造下倾方向上的天然气聚集体，向储层的构造上倾方向,虽然孔渗性变好,但却通过气水过渡带向上形成含水饱和带。具有典型的“气水倒置”特征

（一）深盆气藏（DeepBasinGasPools）第十六页，共六十页，2022年，8月28日

研究开发历程

深盆气藏最早于1927年发现于圣胡安盆地

20世纪50年代初最早投入开发

1976年在加拿大西部阿尔伯达盆地发现牛奶河、艾尔姆华士和霍得利等巨型深盆气藏，探明储量1.9×1012m3

1979，Masters提出了深盆气藏的概念。指分布在盆地深部的天然气，由于深盆气常常储集在致密低孔渗岩层中，Spencer等（1986）又称其为致密储层气（Tightgasreservoirs）。认为气水相对渗透率的变化可以为深盆气的成藏提供遮挡条件，即当地层含水饱和度达到60%时，致密储层就对天然气形成了几乎完全的遮挡，从而形成了水堵封闭

20世纪80年代，美国相继在12个大型盆地（例如圣胡安、尤因塔—皮申斯、丹佛、大绿河、粉河、风河等盆地）发现巨大的深盆气资源，并投入开采和利用第十七页，共六十页，2022年，8月28日气源岩的大面积高效生排烃：煤及煤系地层第十八页，共六十页，2022年，8月28日北美的深盆气藏多位于向斜盆地轴部或构造下倾部位，多属前陆盆地或山间盆地。盆地多紧靠物源区，碎屑沉积活跃，沉降快速，海陆交互环境的含煤地层发育，成岩作用又加快了致密储层的形成，因此特殊的构造沉积环境成为深盆气形成的有利场所。按发育的构造背景,分为：斜坡型；前渊型；深凹型

第十九页，共六十页，2022年，8月28日2、深盆气系统的基本特征1）天然气聚集呈连续性巨大规模地分布在盆地深凹区、构造下倾部位或斜坡部位2）天然气区常为异常高压或异常低压3）气水倒置，常缺少底水和边水4）聚气储层致密、低孔渗，但其中含有高孔渗体5）含气层厚度可从几米厚的单层到数千米厚的多层叠置6）气区上方和上倾方向无传统意义上的盖层和封闭条件7）为热成因气，运移驱动力为天然气生成增压形成的异常高压即高压气体驱替储层中的毛细管水。天然气聚集区上方和上倾方向为毛细管力封闭第二十页，共六十页，2022年，8月28日3.深盆气藏主要特征（1）气水倒置同一储层中“上水下气”，没有明显的气水界面（2）源—藏伴生：源岩多位于紧邻致密储层的下方（3）异常地层压力：异常高压或异常低压（4）缺乏边－底水，气藏边界不受构造等深线控制（5）气藏是盆地储层下倾方向的天然气聚集体，不存在常规意义的圈闭（6）储层多为致密砂岩。主要源岩为煤系地层第二十一页，共六十页，2022年，8月28日甜点：深盆气藏的致密砂岩中孔渗性较好的岩体部分。主体上表现为各类砂体分布，也可以体现为裂隙发育带，它是深盆气藏内具有工业勘探价值的基本目标。1一气源岩(如煤层等)；2一深盆气藏内部甜点；3一深盆气的饱含气带；4一深盆气藏气水过渡带；5一饱含水带(区域含水储层)；6一岩性圈闭气藏；7一构造(背斜)圈闭气藏第二十二页，共六十页，2022年，8月28日4.深盆气藏形成的地质条件（1）源岩面积大、供气充足，供气速率高。（2）低孔、低渗、大面积发育的、与源岩联系紧密，具有成因联系的储集层；煤层与砂体的组合是深盆气藏形成的最有利组合，煤层→大量气，保证砂岩层有充足的气源

（3）水动力条件要弱，区域构造稳定，断裂发育弱且小；（4）深盆气顶部盖层作用主要是减少天然气的扩散作用，也可不存在，完全由储层中气水界面处的力平衡界面来维持深盆气藏的存在。但是，该情况下天然气的扩散速率可能要明显大于盖层存在条件下的扩散速率，只有下伏源岩供气量较大（供气量≥散失气量）时才能维持深盆气藏的存在。第二十三页，共六十页，2022年，8月28日1）力学平衡机理

在盆地深凹陷部位，储层演化达到一定程度，下伏源岩排出的天然气进入储层后，其生排烃膨胀力+浮力＜储层毛细管力+静水压力，因此天然气不能靠在储层中的浮力作用发生运移。随着储层进入气体的增多，天然气承受的孔隙压力加大，气体整体排替储层中的孔隙水，推动气水界面不断向上方推进，上方的水不能在重力的作用下向下流动，从而形成气水倒置现象的深盆气藏。5、深盆气藏形成机理第二十四页，共六十页，2022年，8月28日深盆气藏形成的力学平衡机理第二十五页，共六十页，2022年，8月28日静水柱压力(浮力)及其对天然气运移的作用分析示意图(a):当水介质连续时，物体顶底面上的水柱压力差(即浮力)使物体上浮或产生上浮趋势(A);当水介质不连续时，物体不产生浮力(B).(b):常规储层条件下，地层孔隙水的连续性导致天然气产生浮力。由于气水之间的毛细管压力各处相等，浮力成为天然气运移的主控因素.(c):在致密储层条件下，天然气的充注将地层水整体排开(深盆气成藏)，破坏了地层孔隙水分布的连续性，因此天然气不受浮力作用第二十六页，共六十页，2022年，8月28日第二十七页，共六十页，2022年，8月28日2）物质平衡机理

深盆气藏的存在是一个气体动态物质平衡，储层物性、厚度和倾角一定且满足深盆气藏形成条件时，气藏存在的最小埋深和最大分布范围也亦确定。

实际上气藏的分布范围要受到源岩供气量、储层内深盆气气水边界处扩散气量、储层上方盖层扩散气量大小的制约：

气藏气水边界＜最小埋深。当供气量＞扩散量，气水边界将不断向上推移，气藏范围不断扩大；供气量＜扩散气量，则深盆气将达不到其最大分布范围，且不断缩小，直至深盆气藏消亡。

气藏达到其力学平衡所确定的最小埋深和最大分布范围。当供气量＞扩散气量，部分天然气在热膨胀力和浮力作用下沿储层向上进行常规二次运移，在上方圈闭形成常规天然气藏，深盆气藏范围维持不变；供气量＜扩散气量，深盆气藏范围将不断缩小，直至消亡。第二十八页，共六十页，2022年，8月28日1、基本概念煤层气指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的气体，其成分以甲烷为主，往往将其简称为煤层甲烷。瓦斯

是赋存在煤层中的煤层气与采动影响带中的煤成（层）气、采空区的煤型气及采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。（二）煤层气藏第二十九页，共六十页，2022年，8月28日煤型气

是指煤系地层中煤和分散有机质，在成岩和煤化过程中形成的天然气，以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层和其它岩层内。其中赋存在煤层中，成分以甲烷为主的煤型气称为煤层气或煤层甲烷。第三十页，共六十页，2022年，8月28日第三十一页，共六十页，2022年，8月28日2.煤层气的化学组成

1）烃类气体

甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷。干气（贫气）：CH4>95%或C1%>95%

湿气（富气）：CH4<95%或C2+%>5%C1/C1~5值大于99%，为特别干的气体；

95%~99%为干气；

85%~95%为湿气；小于85%，为特别湿的气体。第三十二页，共六十页，2022年，8月28日2）非烃类气体有氮气、二氧化碳、

一氧化碳、硫化氢、氢及微量的惰性气体。3）控制煤层气成分的主要因素

1、煤的显微组分,特别是富氢组分的丰度；

2、储层压力，它影响煤的吸附能力；

3、煤化作用程度，即煤阶/煤级；

4、煤层气解吸阶段

5、水文地质条件第三十三页，共六十页，2022年，8月28日第三十四页，共六十页，2022年，8月28日3.控气地质因素第三十五页，共六十页，2022年，8月28日1）煤层气藏的概念主要观点有：（1）煤层气藏是煤中甲烷在具备适当外界条件时，相对集中在一定的围限内，围限内的气体富集程度、压力一般高于围限外。煤层气藏属流体压力圈闭气藏，可细分为水压、气压圈闭两种，对圈闭的要求不如常规气藏严格（李明潮等，1996）（2）指在压力作用下“圈闭”着一定数量气体的煤岩体，基于此出现了“有效煤层气藏”或“经济煤层甲烷气藏”的概念，指出有效煤层气藏是指具有商业开采价值的煤层气藏（钱凯等，1997）4、煤层气藏的概念及要素形成的地质条件第三十六页，共六十页，2022年，8月28日（3）地层中煤层气聚集的基本单元，是煤层气发生富集的压力圈闭，该压力圈闭是煤层气成藏要素优化配置的结果，其富气程度主要受控于煤层气成藏过程匹配关系的优化（桑书勋，2001）。（4）指在地层压力(水压和气压)作用下保有一定数量气体的同一含煤地层的煤岩体，并具有独立的构造形态，它是在煤层热演化作用过程中形成的，且在后期构造运动中未被完全破坏，呈层状产出（张新民，2002）第三十七页，共六十页，2022年，8月28日2）成藏要素分析

从成藏角度来看，煤层气要聚集成为具有商业开发价值的煤层气藏，同样需要生、储、盖、圈、运、保等基本成藏要素和过程。但煤层气生储同层，并具有以吸附状态为主的赋存特点，使煤层气藏形成具有独特的成藏要素要求。可以综合为煤层条件、压力封闭和保存条件3个方面（1）煤层条件作为源岩，要求煤层具有一定的厚度和一定热成熟度。煤层具有较大的厚度，是生气有机质在量上的保证作为储集岩的煤层需要一定的储集空间和渗透率。煤储层储集空间由煤基质孔隙和天然裂隙系统两部分组成第三十八页，共六十页，2022年，8月28日（2）压力封闭条件煤层气藏的实质是一个压力封闭系统。压力对煤层气富集成藏的作用主要表现在两个方面：

为煤层气藏提供一部分能量，增大煤层对甲烷的吸附维持煤层气藏能量平衡，阻止煤层气解吸、逸散

压力封闭系统主要由煤层埋深、煤层的顶底板岩层及煤层的水动力系统组成：

煤层埋深是压力的主要来源而顶板岩性的封闭能力、水动力受堵以及大量煤层生成产生的压力也对煤层气成藏起到重要作用

第三十九页，共六十页，2022年，8月28日（3）保存条件主要指封盖层、上覆地层有效厚度、水文和构造条件等。

良好的封盖层可以保持煤层压力，阻止地层水的交替，减少游离气和溶解气的散失。

上覆地层有效厚度越大，说明煤层气生成后，地壳抬升、剥蚀程度较弱，煤层向大气逸散的路径也就越长，保存条件越好。

水动力封闭及地层水超压有利于煤层气的吸附和富集；交替的水动力条件将打破吸附与溶解气和游离气之间的平衡，使吸附气量减少；

构造运动必然引起煤层升降，改变煤层的温压条件，打破原有的压力和气体之间的平衡，从而影响煤层气藏的保存。第四十页，共六十页，2022年，8月28日煤层气藏形成的主要条件：

1）煤层厚度和含气性

2）渗透性

3）保存条件

4）水文地质条件第四十一页，共六十页，2022年，8月28日四类煤层气藏：承压水封堵、压力封闭、顶板微渗漏封闭、构造封闭中国煤层气藏模式图第四十二页，共六十页，2022年，8月28日

吸附态煤层甲烷是煤储集天然气的主体。当煤处于一定的温度、压力等条件下时，吸附即达到一种平衡状态，吸附状态的天然气要能流动，必须打破这一平衡状态，使煤层甲烷解吸出来。第四十三页，共六十页，2022年，8月28日（三）天然气水合物n1、基本概念n是在特定的低温和高压条件下，甲烷等气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，形成似冰状的固态水合物。n自然界中存在的天然气水合物的天然气主要成分为甲烷，又称为甲烷水合物（MethaneHydrates）。n有时乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳及硫化氢也可与甲烷一起形成固态混合气体水合物，故又称固态气水合物(SolidGasHydrates）第四十四页，共六十页，2022年，8月28日天然气水合物是甲烷等气体和水分子组成的类似冰状的固态物质，其分子式为ＭｎＨ2Ｏ，其中Ｍ是以甲烷气体为主的气体分子数，ｎ为水分子数。天然气水合物实质上是一种水包气的笼形物。

其中的水结晶成等轴晶系，而不是象冰那样的六方晶系。由水分子形成刚性笼架晶格，每个笼架晶格中均包括一个主要为甲烷的气体分子。

标准状态下，1m3甲烷水合物可以产生164m3气和0.8m3的水。

第四十五页，共六十页，2022年，8月28日2）天然气水合物形成与分布第四十六页，共六十页，2022年，8月28日气体水合物的分布特征：多分布在极地、永久冻土带及大洋海底。全球甲烷水合物预测分布图（JamesBooth,1997）第四十七页，共六十页，2022年，8月28日（一）烃类来源比较天然气的形成具有多源性和多阶段性。多源性的体现：既有有机成因的天然气,也有无机成因气在各种类型的有机质都能形成天然气，既有油型气,又有煤型气。八气藏与油藏形成及保存条件的差异第四十八页，共六十页，2022年，8月28日

石油主要是由腐泥型和腐殖-腐泥型有机质生成的。天然气不仅与石油共生,也往往与煤系共生，聚油盆地和聚煤盆地都可以寻找天然气。有机成因天然气的生成具有多阶段性，各个阶段都伴随有天然气的生成；石油则大量生成于一定埋藏深度的“液态窗”范围内。第四十九页，共六十页，2022年，8月28日（二）对储、盖层条件要求的差异

天然气与石油性质的差异,对储、盖层条件的要求不同：

气藏对储层的要求低，对盖层的要求高；而油藏对储、盖层的要求与此相反

烃浓度封闭是天然气盖层特有的封闭机理第五十页，共六十页，2022年，8月28日（三）形成的运聚成藏方式的异同

与石油相比,天然气具有分子小、密度小、粘度小、溶解度大、压缩性和扩散能力强等特点这决定了气比油的运移活性强、运聚成藏方式多样，这也是造成天然气与石油的分布差异较大的重要原因之一第五十一页，共六十页，2022年，8月28日1、油气运移方式及天然气脱溶成藏

天然气扩散和水溶对流是两种有别于石油的重要运移机制天然气溶解于水中或油中沿地层上倾方向运移，或随地壳抬升，溶解于水中或油中的天然气由于温度升高和压力的降低而析离出来，在浅部地层中形成天然气藏，这是一种重要的成藏机制第五十二页，共六十页，2022年，8月28日2、天然气水溶对流运移成藏

水溶对流起因于地层水的密度和温度差异，地层水盐度和含气量的变化致使密度出现差异。因此，溶解有大量天然气的地层水经过对流，可使气体在温度、压力适宜的地方聚集成藏纵向通道多数是断裂，而横向通道往往沿地层不整合面或其它被封闭层遮档的连续性较好渗透层第五十三页，共六十页，2022年，8月28日碳酸盐岩层热对流系统的概念地质模型

第五十四页，共六十页，2022年，8月28日3、天然气多源复合成藏天然气形成具有多源、多阶连续的特点，运移活性强在气藏形成过程中往往是多种来源天然气的复合，单一圈闭中聚集的天然气可能是来自不同烃源岩、不同成因气体的混合物。

天然气藏形成的多