第1章天然气基础知识.ppt

1现在学习的是第1页，共32页1.1.天然气天然气 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，以采出来的可燃气体，以碳氢化合物碳氢化合物为主的气体混合物。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：天然气主要类型：气田气、石油伴生气、凝析气田气、煤层气等。气田气、石油伴生气、凝析气田气、煤层气等。现在学习的是第2页，共32页 气井完井、试井及生产测井、增产措施、天然气生产气井完井、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、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。程方案设计的总称。2.2.采气工程采气工程研究内容围绕着两个方面：研究内容围绕着两个方面：l天然气的高效生产天然气的高效生产l 处理措施和工艺处理措施和工艺现在学习的是第3页，共32页 地质年代较老，埋藏较深；地质年代较老，埋藏较深；大多属于中低渗透储层；大多属于中低渗透储层；驱动类型以弱弹性水驱为主；驱动类型以弱弹性水驱为主；气田规模一般较小。气田规模一般较小。3.3.采气工程的主要特点采气工程的主要特点（1 1）地质和储层特性的特殊性）地质和储层特性的特殊性现在学习的是第4页，共32页 水气在渗流通道和自喷管柱内形成两相流动，增大了气藏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；和气井的能量损失；降低了气相渗透率，并分割气藏形成死气区，降低了气相渗透率，并分割气藏形成死气区，使气藏使气藏的采气速度和一次开采的采收率降低。的采气速度和一次开采的采收率降低。3.3.采气工程的主要特点采气工程的主要特点（2 2）气藏产水危害的严重性）气藏产水危害的严重性天然气二次开采天然气二次开采技术技术现在学习的是第5页，共32页 气藏中地层水的矿化度高，且天然气中含有气藏中地层水的矿化度高，且天然气中含有高腐蚀性高腐蚀性的的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。硫化氢、二氧化碳等酸性气体。硫化氢、二氧化碳酸性气体，可能严重危及人、畜硫化氢、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。的安全，严重腐蚀气井的设备和管线。3.3.采气工程的主要特点采气工程的主要特点开县开县事故事故 ！（3 3）流体性质的高腐蚀性）流体性质的高腐蚀性现在学习的是第6页，共32页天然气井特大井喷事故天然气井特大井喷事故（1 1）20032003年年1212月月2323日，日，重庆开县特大天然气井（罗重庆开县特大天然气井（罗1616井）井喷事故井）井喷事故 243243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。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 2）19981998年年四川温泉四川温泉4 4井（气井）特大天然气意外窜漏事故井（气井）特大天然气意外窜漏事故 19981998年年3 3月月2222日日1717时，钻井至时，钻井至18691869米左右时，发生溢流显示，关井后在准备压米左右时，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井泥浆及堵漏过程中，天然气通过煤矿采动裂隙于3 3月月2323日凌晨日凌晨5 5时时4040分左右，自然窜分左右，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业的矿工死亡1111人，中毒人，中毒1313人，烧伤人，烧伤1 1人的特大事故。人的特大事故。（3 3）19921992年年赵赵4848井（油井）井喷事故井（油井）井喷事故 19921992年年9 9月月2828日，华北石油管理局井下作业公司日，华北石油管理局井下作业公司2020队，在位于河北省赵县各子队，在位于河北省赵县各子乡宋城北乡宋城北700700米处的赵米处的赵4848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，造成周围居民死亡周围居民死亡6 6人，中毒人，中毒2424人。人。现在学习的是第7页，共32页 气藏一般具有较高的压力，天然气是一种易燃、易爆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。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。防火、防爆。3.3.采气工程的主要特点采气工程的主要特点现在学习的是第8页，共32页第一章第一章 天然气基础知识天然气基础知识 第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质现在学习的是第9页，共32页 广义的天然气广义的天然气：包括可燃的烃类气体、二氧化碳、硫化氢：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。、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一般所指或狭义的天然气：仅指烃气。：仅指烃气。根据根据ISOISO标准（标准（ISO14532 ISO14532 天然气天然气.词汇，词汇，20012001），），天然气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，、丙烷和更重的烃类，以及若干不可燃气体，如氮气和二氧化如氮气和二氧化碳。碳。众多国际权威机构和专家预言，众多国际权威机构和专家预言，2121世纪中期将进入天然气时世纪中期将进入天然气时代。代。引引 言言现在学习的是第10页，共32页一、天然气的组成一、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。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。同时采出的伴生气。第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 现在学习的是第11页，共32页 （1 1）甲烷：天然气的主要组成部分，在天然气混合物中所占）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%29%99.9%99.9%（体积比）。在气藏中约为（体积比）。在气藏中约为80%80%99.9%99.9%；在凝析气藏中约为；在凝析气藏中约为75.0%75.0%94.4%94.4%；在油藏伴生气中约为；在油藏伴生气中约为20.0%20.0%97.0%97.0%。纯甲烷无色、稍有蒜味。它比空气轻，在标准压力和纯甲烷无色、稍有蒜味。它比空气轻，在标准压力和1515条件下条件下，甲烷密度为，甲烷密度为0.667kg/m0.667kg/m3 3。甲烷具有高的热稳定性和很高的热值含。甲烷具有高的热稳定性和很高的热值含量。量。第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 一、天然气的组成一、天然气的组成 现在学习的是第12页，共32页 （2 2）乙烷：无色气体，比空气稍重，在标准压力和）乙烷：无色气体，比空气稍重，在标准压力和1515下，下，1m1m3 3乙乙烷重为烷重为1.270kg1.270kg。它的热值介于。它的热值介于603456034565946kJ/m65946kJ/m3 3之间。在之间。在2020时，加时，加压至压至3.8MPa3.8MPa以上，可液化成相对密度为以上，可液化成相对密度为0.4460.446的液体。在天然气混合物的液体。在天然气混合物中其含量在中其含量在0.05%0.05%25%25%范围变化。范围变化。（3 3）丙烷：无色气体，比空气重，在标准压力和）丙烷：无色气体，比空气重，在标准压力和1515下，下，1m1m3 3丙烷丙烷重为重为1.9659kg1.9659kg。温度在。温度在2020且压力在且压力在0.85MPa0.85MPa以上时呈液态。丙烷的热值以上时呈液态。丙烷的热值介于介于86420.986420.993888.9kJ/m93888.9kJ/m3 3之间。在天然气混合物中其含量在之间。在天然气混合物中其含量在0.005%0.005%4.0%4.0%范围变化。范围变化。一、天然气的组成一、天然气的组成 第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 现在学习的是第13页，共32页 （4 4）正丁烷：相对密度比空气大倍，在标准压力和）正丁烷：相对密度比空气大倍，在标准压力和1515下，下，1m1m3 3正正丁烷重为丁烷重为2.454kg2.454kg。在标准压力下，当温度高于。在标准压力下，当温度高于0.60.6时，纯正丁烷才时，纯正丁烷才呈气态。在温度为呈气态。在温度为1515及压力为及压力为0.18MPa0.18MPa时，正丁烷呈密度为时，正丁烷呈密度为582kg/m582kg/m3 3的液体。在天然气混合物中其含量在的液体。在天然气混合物中其含量在0.001%0.001%2.0%2.0%范围变化。范围变化。（5 5）异丁烷：是正丁烷的同分异构体，其物理性质与正丁烷）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，当温度高于也不一样。在标准压力下，当温度高于-11-11时呈气态，温度更低时呈气态，温度更低时才呈液态。丁烷的热值介于时才呈液态。丁烷的热值介于112294112294121685kJ/m121685kJ/m3 3之间。之间。第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 一、天然气的组成一、天然气的组成 现在学习的是第14页，共32页 （6 6）戊烷：与丁烷一样有两个同分异构体，即正戊烷和异戊烷）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。在标准压力下，正戊烷在3636以上、异戊烷在以上、异戊烷在2828以上时为气体。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。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 7）氮气：在天然气中的体积含量一般不超过）氮气：在天然气中的体积含量一般不超过10%10%。是无色无。是无色无味的惰性气体，在标准压力和味的惰性气体，在标准压力和2020时，时，1m1m3 3氮气重为氮气重为1.183kg1.183kg。在标。在标准压力下，当温度低于准压力下，当温度低于-195-195时氮气开始液化。时氮气开始液化。第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 一、天然气的组成一、天然气的组成 现在学习的是第15页，共32页 （8 8）硫化氢：是极臭有毒的可燃气体。在标准压力和）硫化氢：是极臭有毒的可燃气体。在标准压力和2020时，密时，密度为度为1.438kg/m1.438kg/m3 3。在。在2020时，单位体积水中可溶解时，单位体积水中可溶解2.5822.582单位体积的单位体积的H H2 2S S气；由于气；由于H H2 2S S气易溶解于水，故一般气藏中含量甚微或不含，但国内外也气易溶解于水，故一般气藏中含量甚微或不含，但国内外也都存在一些含都存在一些含H H2 2S S较高或很高的气藏。较高或很高的气藏。（9 9）二氧化碳：无色，具有微弱气味。）二氧化碳：无色，具有微弱气味。1m1m3 3COCO2 2在标准状态下重为在标准状态下重为1.85kg1.85kg，在，在1515和压力超过和压力超过5.65MPa5.65MPa时，时，COCO2 2气转化为液态。气转化为液态。COCO2 2气在水气在水中有很高的溶解度。中有很高的溶解度。COCO2 2与水在一定条件下可形成水合物，并对井下设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。备及集输设备等产生腐蚀作用。第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 一、天然气的组成一、天然气的组成 现在学习的是第16页，共32页 （1010）氦气：属稀有惰性气体，无色，无味，微溶于水，不）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，其密度是氢气的氢气的1.981.98倍。它是最难液化的气体之一。氦气是贵重的稀有气体倍。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，天然气中含量甚微，不超过1%1%（体积比）。天然气中含量超过（体积比）。天然气中含量超过0.1%0.1%（体积比）时，就有提氦的工业价值。（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（此外，天然气中还可能含有多硫化氢（H H2 2S Sx x），以及以胶溶态粒），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。子的形态存在于气相中的沥青质，还可能微含水银。第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 一、天然气的组成一、天然气的组成 现在学习的是第17页，共32页二、天然气组成的表示方法二、天然气组成的表示方法第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 摩尔组成摩尔组成质量组成质量组成体积组成体积组成%1001kiiiinny11kiiy%1001kiiiimmw11kiiw%1001kiiiiVVv11kiiv现在学习的是第18页，共32页二、天然气组成的表示方法二、天然气组成的表示方法第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 对于理想气体：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。示值之间存在一定的关系。kiiiiiiMwMwy1iivy kiiiiiiMyMyw1现在学习的是第19页，共32页三、天然气的分类三、天然气的分类第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 1.按烃类组分关系分类按烃类组分关系分类（1 1）干气）干气（2 2）湿气）湿气（3 3）贫气）贫气（4 4）富气）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。按析出液态烃的天然气。按C5C5界定法是指界定法是指1m1m3 3井口流出物井口流出物中中C5C5以上液烃含量低于以上液烃含量低于13.5cm13.5cm3 3的天然气。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。按力下即有液态烃析出的天然气。按C5C5界定法是指界定法是指1m1m3 3井井口流出物中口流出物中C5C5以上液烃含量高于以上液烃含量高于13.5cm13.5cm3 3的天然气的天然气。指丙烷及以上烃类含量少于指丙烷及以上烃类含量少于100cm100cm3 3/m/m3 3的天然气。的天然气。指丙烷及以上烃类含量大于指丙烷及以上烃类含量大于100cm100cm3 3/m/m3 3的天然气。的天然气。现在学习的是第20页，共32页2.2.天然气按矿藏特点分类天然气按矿藏特点分类（1 1）纯气藏天然气：）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，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。出。（2 2）凝析气藏天然气：）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，流体状态跨过阶段，随地层压力下降，流体状态跨过露点露点线进入相态反凝析区，部分烃线进入相态反凝析区，部分烃类在地层中即呈液态析出。类在地层中即呈液态析出。（3 3）油田伴生天然气：）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。被采出，经油、气分离后所得的天然气。第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 三、天然气的分类三、天然气的分类现在学习的是第21页，共32页3.3.按硫化氢、二氧化碳含量分类按硫化氢、二氧化碳含量分类 酸性天然气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、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。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。第一节第一节 天然气的组成和分类天然气的组成和分类 三、天然气的分类三、天然气的分类硫含量硫含量酸气酸气1g/m1g/m3 3净气净气1g/m1g/m3 3现在学习的是第22页，共32页 分子式、相对分子质量、密度、相对密度、比定压热容、气体粘分子式、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。系数等等。第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 现在学习的是第23页，共32页一、天然气的视相对分子量和相对密度一、天然气的视相对分子量和相对密度1.1.天然气的视相对分子量天然气的视相对分子量(平均相对分子量平均相对分子量)标准状况下标准状况下1 1摩尔天然气的质量。摩尔天然气的质量。2.2.天然气的相对密度天然气的相对密度在标准状态下在标准状态下,天然气密度与干燥空气密度的比值。天然气密度与干燥空气密度的比值。第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 现在学习的是第24页，共32页二、天然气的临界参数二、天然气的临界参数临界点临界点 kiciicTyT1 kiciicpyp1临界压力临临界压力临界温度界温度第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 现在学习的是第25页，共32页关于相图：关于相图：第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 四区四区 三线三线 六点六点等液量线等液量线泡点线泡点线露点线露点线现在学习的是第26页，共32页关于相图：关于相图：第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 四区四区 三线三线 六点六点气相区气相区气液两相区气液两相区液相区液相区反常凝析区反常凝析区现在学习的是第27页，共32页关于相图：关于相图：第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 四区四区 三线三线 六点六点第二露点第二露点露点露点泡点泡点临界点临界点临界凝析温度点临界凝析温度点临界凝析压力点临界凝析压力点现在学习的是第28页，共32页关于相图：关于相图：第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 饱和油藏饱和油藏凝析气藏凝析气藏纯气藏纯气藏未饱和油藏未饱和油藏过饱和油藏过饱和油藏各类油气藏的开发特点各类油气藏的开发特点现在学习的是第29页，共32页三、天然气的状态方程三、天然气的状态方程理想气体的假设条件：理想气体的假设条件：1.1.气体分子无体积，是个质点气体分子无体积，是个质点2.2.气体分子间无作用力气体分子间无作用力3.3.气体分子间是弹性碰撞气体分子间是弹性碰撞理想气体状态方程理想气体状态方程nRTpV天然气是处于高温、高压状态的多组分混天然气是处于高温、高压状态的多组分混合物，不是理想气体合物，不是理想气体压缩因子压缩因子第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 现在学习的是第30页，共32页实际气体状态方程实际气体状态方程压缩因子方程压缩因子方程ZnRTpV压缩因子的定义：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。相同条件下理想气体占有的体积之比。理想理想实际实际VVZpnRTV实际实际第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 现在学习的是第31页，共32页Z1Z1Z1实际气体较理想气体难压缩实际气体较理想气体难压缩Z Z1 1实际气体成为理想气体实际气体成为理想气体压缩因子压缩因子的物理意义：的物理意义：实际气体与理想气体的差别。实际气体与理想气体的差别。第二节第二节 天然气理化性质天然气理化性质 现在学习的是第32页，共32页