第一章油氣藏中流體

1、第一章第一章 油氣藏中的流體油氣藏中的流體1q第一節(jié) 石油q第二節(jié) 天然氣 q第三節(jié) 油田水第一章第一章 油油氣藏中的流氣藏中的流體體q第一節(jié) 石油一、石油的概念及組成一、石油的概念及組成二、石油的分類二、石油的分類三、石油的物理性質(zhì)三、石油的物理性質(zhì)四、海、陸相石油的基本區(qū)別四、海、陸相石油的基本區(qū)別第一章第一章 油油氣藏中的流氣藏中的流體體q（一）石油的概念（一）石油的概念 石油是存在于地下巖石孔隙中的以液態(tài)烴為主體的可燃有石油是存在于地下巖石孔隙中的以液態(tài)烴為主體的可燃有機(jī)礦產(chǎn)機(jī)礦產(chǎn)。地下油氣藏中的石油是。地下油氣藏中的石油是氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)烴類及其衍氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)烴類及其衍生物生物的

2、混合物，在成分上以烴類為主，含有數(shù)量不等的非烴化的混合物，在成分上以烴類為主，含有數(shù)量不等的非烴化合物及多種微量元素。合物及多種微量元素。在相態(tài)上以液態(tài)為主，溶有大量烴氣及在相態(tài)上以液態(tài)為主，溶有大量烴氣及少量非烴氣以和數(shù)量不等的固態(tài)烴類及非烴類物質(zhì)少量非烴氣以和數(shù)量不等的固態(tài)烴類及非烴類物質(zhì)。油氣藏中。油氣藏中組成石油的各種成分和相態(tài)的比例因地而異，因此，石油沒(méi)有組成石油的各種成分和相態(tài)的比例因地而異，因此，石油沒(méi)有確定的化學(xué)成分和物理常數(shù)確定的化學(xué)成分和物理常數(shù) 一、石油的概念及組成一、石油的概念及組成q（二）石油的元素組成（二）石油的元素組成 石油沒(méi)有確定的化學(xué)成分，因而也就沒(méi)有確定的元

3、素石油沒(méi)有確定的化學(xué)成分，因而也就沒(méi)有確定的元素組成。但其元素組成還是有一定的變化范圍組成。但其元素組成還是有一定的變化范圍。 石油主要由石油主要由碳碳 (C）、）、氫氫（H）、）、硫硫（S）、）、氮氮（N）、）、氧氧（O）等元素組成，等元素組成，不同產(chǎn)地的石油元素組成含量存在不同產(chǎn)地的石油元素組成含量存在差異差異 。一、石油的概念及組成一、石油的概念及組成石油的元素組成（重量百分比）石油的元素組成（重量百分比） 原 油 產(chǎn) 地元 素 組 成CHSNO中 國(guó) 大慶(薩爾圖混合油)85.7413.31 0.11 0.15 0.69勝利(101混合油) 86.2612.20 0.80 0.41 -

4、 弧島油田 84.24 11.74 2.20 0.47 - 大港油田(混合油) 85.67 13.40 0.12 0.23 - 江漢油田(混合油) 83.00 12.81 2.09 0.47 1.63 克拉瑪依油田(混合油) 86.13 13.30 0.04 0.25 0.28 前 蘇 聯(lián) 雅雷克蘇 80.61 10.36 1.05 痕量 8.97 烏克蘭 84.60 14.00 0.14 1.25 1.25 老格羅茲尼 86.42 12.62 0.32 - 0.68 卡拉 -布拉克 87.77 12.37 - - 0.46 美 國(guó) 文圖拉(加利福尼亞州) 84.60 12.70 0.40 1

5、.70 1.20 科林加(加利福尼亞州) 86.40 11.70 0.60 - - 博芒特(得克薩斯州) 85.70 11.00 0.70 2.61 堪薩斯州 84.20 13.00 1.90 0.45 0.45 (據(jù)石毓程，1980 補(bǔ)充) 原油中含硫量原油中含硫量變化很大，從萬(wàn)分之幾（克拉瑪依，變化很大，從萬(wàn)分之幾（克拉瑪依，0.05 %0.05 %）到百分之幾（委內(nèi)瑞拉，）到百分之幾（委內(nèi)瑞拉，5.48%5.48%）。根據(jù)含硫量可把原油分為）。根據(jù)含硫量可把原油分為高硫原油高硫原油（含硫量大于含硫量大于1%1%）和低硫原油）和低硫原油（含硫量小于含硫量小于1%1%）。原原油中的硫主要來(lái)自

6、有機(jī)物的蛋白質(zhì)和圍巖的含硫酸鹽礦物如石油中的硫主要來(lái)自有機(jī)物的蛋白質(zhì)和圍巖的含硫酸鹽礦物如石膏等，故膏等，故產(chǎn)于海相環(huán)境的石油較形成于陸相環(huán)境的石油含硫量產(chǎn)于海相環(huán)境的石油較形成于陸相環(huán)境的石油含硫量高。高。 原油中含氮量原油中含氮量在在0.1-1.7%0.1-1.7%之間，平均值之間，平均值0.094%0.094%。90%90%以上的以上的原油含氮量小于原油含氮量小于0.2%0.2%。 原油的含氧量原油的含氧量在在0.1-4.5%0.1-4.5%之間，主要與其氧化變質(zhì)程度有之間，主要與其氧化變質(zhì)程度有關(guān)。關(guān)。 除上述除上述5 5種主要元素之外，還從原油灰分（石油燃燒后的種主要元素之外，還從原

7、油灰分（石油燃燒后的殘?jiān)┲邪l(fā)現(xiàn)有鐵殘?jiān)┲邪l(fā)現(xiàn)有鐵( (Fe)Fe)、鈣鈣( (Ca)Ca)、鎂鎂( (Mg)Mg)、硅硅( (Si)Si)、鋁鋁( (Al)Al)、釩（釩（V V）、）、鎳（鎳（NiNi）、）、銅（銅（CuCu）、）、銻（銻（SbSb）、）、錳（錳（MnMn）、）、鍶（鍶（SrSr）、）、鋇（鋇（BaBa）、）、硼（硼（B B）、）、鈷（鈷（CoCo）、）、鋅（鋅（ZnZn）、）、鉬（鉬（MoMo）、鉛（鉛（PbPb）、）、錫（錫（SnSn）、）、鈉（鈉（NaNa）、）、鉀（鉀（K K）、）、磷（磷（P P）、）、鋰（鋰（LiLi）、）、氯（氯（ClCl）、）、鉍（鉍（Bi

8、Bi）、）、鈹（鈹（BeBe）、）、鍺（鍺（GeGe）、）、銀（銀（AgAg）、砷（砷（AsAs）、）、鎵（鎵（GaGa）、）、金（金（AuAu）、）、鈦（鈦（TiTi）鉻（鉻（CrCr）、）、鎘（鎘（CdCd）等等3030多種元素。多種元素。這些元素雖然種類繁多，但總量?jī)H占石油這些元素雖然種類繁多，但總量?jī)H占石油重量的萬(wàn)分之幾，在石油中屬微量元素重量的萬(wàn)分之幾，在石油中屬微量元素，亦或稱之為灰分元素亦或稱之為灰分元素。 在石油微量元素中，以釩在石油微量元素中，以釩( (V)V)、鎳鎳( (Ni)Ni)兩種元素含量高、分兩種元素含量高、分布普遍，且鑒于其與石油成因有關(guān)聯(lián)，最為石油地質(zhì)學(xué)家所重布

9、普遍，且鑒于其與石油成因有關(guān)聯(lián)，最為石油地質(zhì)學(xué)家所重視。視。 V/NiV/Ni比值可做為區(qū)分是來(lái)自海相環(huán)境還是陸相環(huán)境沉積物比值可做為區(qū)分是來(lái)自海相環(huán)境還是陸相環(huán)境沉積物的標(biāo)志之一。的標(biāo)志之一。 一般一般V/Ni1V/Ni1被認(rèn)為是海相環(huán)境。被認(rèn)為是海相環(huán)境。 V/Ni1V/Ni C C4 4者較少見(jiàn)。在多數(shù)情況下者較少見(jiàn)。在多數(shù)情況下 ，含量隨碳數(shù)含量隨碳數(shù)增加而減少；但在有的氣藏中也可見(jiàn)增加而減少；但在有的氣藏中也可見(jiàn)C C3 3H H8 8和和C C4 4H H1010異常高的現(xiàn)象。重異常高的現(xiàn)象。重?zé)N氣中烴氣中C C4 4-C-C7 7除正構(gòu)烷烴外，有時(shí)還有少到微量環(huán)烷烴和芳烴。除正構(gòu)

10、烷烴外，有時(shí)還有少到微量環(huán)烷烴和芳烴。 一般常根據(jù)重?zé)N氣的含量將天然氣劃分為一般常根據(jù)重?zé)N氣的含量將天然氣劃分為濕氣和干氣。濕氣和干氣。但不同但不同學(xué)者所用的參數(shù)、量值及具體的劃分方案不盡相同。學(xué)者所用的參數(shù)、量值及具體的劃分方案不盡相同。在天然氣地在天然氣地質(zhì)學(xué)上常用重?zé)N氣含量質(zhì)學(xué)上常用重?zé)N氣含量5%5%作為劃分干氣和濕氣的界限，作為劃分干氣和濕氣的界限，C C2+2+5%5%稱稱為濕氣，為濕氣，C C2+2+5%5%稱為干氣稱為干氣。典型的濕氣和干氣以及歐、非、美洲。典型的濕氣和干氣以及歐、非、美洲若干有商業(yè)價(jià)值的天然氣烴類組成如表所示。若干有商業(yè)價(jià)值的天然氣烴類組成如表所示。 天然氣組成

11、天然氣組成% %（體積）（體積）資料資料來(lái)源來(lái)源CHCH4 4C C2 2H H6 6C C3 3H H8 8C C4 4H H9 9 C C5 5H H1212非烴非烴 典型典型濕氣濕氣84.684.66.46.45.35.32.62.61.11.1 HeronHeron(964)(964)干氣干氣96.096.02.02.00.60.60.30.31.11.1利曼（英，北海）利曼（英，北海） 94.8 94.8 3.0 3.0 0.6 0.6 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 TiratsooTiratsoo(1979) (1979) 非洲非洲 利比亞利比亞 71.4 71.

12、4 16.0 16.0 7.9 7.9 3.4 3.4 1.3 1.3 / / 阿爾及利亞阿爾及利亞 86.5 86.5 9.4 9.4 2.6 2.6 1.1 1.1 0.1 0.1 0.3 0.3 尼日利亞尼日利亞 88.1 88.1 6.3 6.3 2.1 2.1 0,3 0,3 1.1 1.1 2.1 2.1 圣弗朗西斯科圣弗朗西斯科（美，加州）（美，加州） 88.59 88.59 7.01 7.01 1.93 1.93 0.28 0.28 0.03 0.03 2.06 2.06 洛杉磯（美，加州）洛杉磯（美，加州） 86.5 86.5 8.0 8.0 1.9 1.9 0.3 0.3

13、0.2 0.2 3.1 3.1 華盛頓特區(qū)華盛頓特區(qū) 95.15 95.15 2.84 2.84 0.63 0.63 0.24 0.24 0.1 0.1 1.04 1.04 天然氣的烴類組成變化很大天然氣的烴類組成變化很大，如我國(guó)柴達(dá)木盆地聶中的氣如我國(guó)柴達(dá)木盆地聶中的氣藏氣，甲烷含量為藏氣，甲烷含量為99.5%99.5%，重?zé)N（，重?zé)N（C C2 2H H6 6）含量?jī)H含量?jī)H0.035%0.035%，C C1 1/C/C2+2+為為28432843，H/CH/C原子比為原子比為3.9993.999；而俄羅斯格羅茲尼的石油伴生氣，；而俄羅斯格羅茲尼的石油伴生氣，甲烷含量?jī)H甲烷含量?jī)H30.8%30

14、.8%，重?zé)N（，重?zé)N（C C2 2H H6 6-C-C5 5H H1212）含量卻高達(dá)含量卻高達(dá)69.2%69.2%，且其，且其中中C C3 3H H8 8-C-C5 5H H1212各占各占20%20%左右，相應(yīng)地，左右，相應(yīng)地，C C1 1/C/C2+2+為為0.4450.445，H/CH/C原子比原子比為為3.023.02。這兩個(gè)例子可作為天然氣烴類組成兩個(gè)極端的代表，。這兩個(gè)例子可作為天然氣烴類組成兩個(gè)極端的代表，其差別是顯而易見(jiàn)的。其差別是顯而易見(jiàn)的。（二）、天然氣的非烴組成二）、天然氣的非烴組成 在以烴類為主的天然氣聚集中，一般將非烴氣體成分視為雜在以烴類為主的天然氣聚集中，一般將

15、非烴氣體成分視為雜質(zhì)。但有的非烴氣體含量達(dá)到一定的品位也具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值質(zhì)。但有的非烴氣體含量達(dá)到一定的品位也具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)予以足夠的重視；同時(shí)，研究非烴氣體，對(duì)了解天然氣的形，應(yīng)予以足夠的重視；同時(shí)，研究非烴氣體，對(duì)了解天然氣的形成、運(yùn)移等也有重要意義。因此我們有必要對(duì)天然氣中的非烴氣成、運(yùn)移等也有重要意義。因此我們有必要對(duì)天然氣中的非烴氣體有所認(rèn)識(shí)。體有所認(rèn)識(shí)。天然氣（主要是氣藏氣）中常見(jiàn)的非烴氣有天然氣（主要是氣藏氣）中常見(jiàn)的非烴氣有N N2 2、COCO2 2、H H2 2S S、COCO、SOSO2 2、H H2 2、HgHg蒸氣及惰性氣體，有時(shí)還有少量含硫蒸氣及惰性氣體，

16、有時(shí)還有少量含硫、氮、氧的有機(jī)化合物。非烴氣的含量一般小于、氮、氧的有機(jī)化合物。非烴氣的含量一般小于10%10%，但亦有少，但亦有少量氣藏非烴氣體含量可超過(guò)量氣藏非烴氣體含量可超過(guò)10%10%，極少數(shù)是以非烴氣體為主的氣，極少數(shù)是以非烴氣體為主的氣藏，如藏，如N N2 2氣藏，氣藏，COCO2 2氣藏，氣藏，H H2 2S S氣藏。氣藏。q第二節(jié) 天然氣一、天然氣的概念及產(chǎn)狀一、天然氣的概念及產(chǎn)狀二、天然氣的化學(xué)組成二、天然氣的化學(xué)組成三、天然氣的物理性質(zhì)三、天然氣的物理性質(zhì)四、天然氣與石油的區(qū)別四、天然氣與石油的區(qū)別第一章第一章 油油氣藏中的流氣藏中的流體體 天然氣是多種烴類和非烴的氣態(tài)混合

17、物。天然氣是多種烴類和非烴的氣態(tài)混合物。在常溫常壓下以氣在常溫常壓下以氣態(tài)存在的烴類有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷及新戊烷；非態(tài)存在的烴類有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷及新戊烷；非烴類有氫、氮、二氧化碳、硫化氫和惰性氣體。烴類有氫、氮、二氧化碳、硫化氫和惰性氣體。在地下高溫高壓在地下高溫高壓下，下，C5-C7C5-C7烷烴和部分環(huán)烷烴、芳烴及有機(jī)硫化物也可以呈氣態(tài)烷烴和部分環(huán)烷烴、芳烴及有機(jī)硫化物也可以呈氣態(tài)存在。存在。三、天然氣的物理性質(zhì)三、天然氣的物理性質(zhì) ( (一一) )、密度與相對(duì)密度、密度與相對(duì)密度 天然氣的密度定義為單位體積氣體的質(zhì)量。天然氣的密度定義為單位體積氣體的質(zhì)量。在標(biāo)

18、準(zhǔn)狀況下在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，天然氣中主要烴類成分的密度為，天然氣中主要烴類成分的密度為0.67730.6773kg/mkg/m3 3（甲烷）甲烷）- -3.04543.0454kg/mkg/m3 3 （戊烷）。天然氣混合物的密度一般為戊烷）。天然氣混合物的密度一般為0.7-0.7-0.750.75kg/mkg/m3 3 ，其中石油伴生氣特別是油溶氣的密度最高可達(dá)其中石油伴生氣特別是油溶氣的密度最高可達(dá)1.51.5kg/mkg/m3 3甚至更大些。甚至更大些。天然氣的密度隨重?zé)N含量尤其是高碳數(shù)的天然氣的密度隨重?zé)N含量尤其是高碳數(shù)的重?zé)N氣含量增加而增大，亦隨重?zé)N氣含量增加而增大，亦隨COCO2 2和和H

19、 H2 2S S的含量增加而增大。的含量增加而增大。 天然氣的相對(duì)密度是指在相同溫度、壓力條件下天然氣密度天然氣的相對(duì)密度是指在相同溫度、壓力條件下天然氣密度與空氣密度的比值，或者說(shuō)在相同溫度、壓力下同體積天然氣與與空氣密度的比值，或者說(shuō)在相同溫度、壓力下同體積天然氣與空氣質(zhì)量之比。天然氣烴類主要成分的相對(duì)密度為空氣質(zhì)量之比。天然氣烴類主要成分的相對(duì)密度為0.55390.5539（甲烷（甲烷）-2.4911-2.4911（戊烷），天然氣混合物一般在（戊烷），天然氣混合物一般在0.56-1.00.56-1.0之間，亦隨之間，亦隨重?zé)N及重?zé)N及COCO2 2和和H H2 2S S的含量增加而增大。的

20、含量增加而增大?；衔?分子式 分子量 密度 相對(duì)密度 甲烷 CH4 16.043 0.6773 0.5539 乙烷 C2H6 30.070 1.2693 1.0382 丙烷C3H8 44.097 1.8614 1.5225 丁烷 C4H10 58.124 2.4535 2.0068 異丁烷 C4H10 58.124 2.4535 2.0068 戊烷 C5H12 72.151 3.0454 2.4911 異戊烷 C5H12 72.151 3.0454 2.4911 新戊烷 C5H12 72.151 3.0454 2.4911 巳烷 C6H14 86.178 3.6374 2.9753 庚烷 C

21、7H16 100.205 4.2299 3.4596 環(huán)戊烷 C5H10 70.135 2.9604 2.4215 環(huán)巳烷 C6H12 84.162 3.5526 2.9057 苯 C6H6 78.114 3.2974 2.6969 甲苯 C7H8 92.141 3.8891 3.1812 二氧化碳 CO2 44.010 1.8577 1.5195 硫化氫 H2S 34.076 1.4380 1.7165 氮 N2 28.013 1.1822 1.9672 天然氣中常見(jiàn)組分的密度和相對(duì)密度天然氣中常見(jiàn)組分的密度和相對(duì)密度 （101325Pa，15.55） 天然氣在地下的密度隨溫度的增加而減小，

22、隨壓力的增加天然氣在地下的密度隨溫度的增加而減小，隨壓力的增加而加大而加大。但鑒于天然氣的壓縮性極強(qiáng)，在氣藏中，天然氣的體但鑒于天然氣的壓縮性極強(qiáng)，在氣藏中，天然氣的體積可縮小到地表體積的積可縮小到地表體積的1/200-1/3001/200-1/300，壓力效應(yīng)遠(yuǎn)大于溫度效應(yīng)，壓力效應(yīng)遠(yuǎn)大于溫度效應(yīng)，因此，因此地下天然氣的密度遠(yuǎn)大于地表溫壓下的密度，一般可達(dá)地下天然氣的密度遠(yuǎn)大于地表溫壓下的密度，一般可達(dá)150-250150-250kg/mkg/m3 3；凝析氣的密度最大可達(dá)凝析氣的密度最大可達(dá)225-450225-450kg/mkg/m3 3。（二）、臨界溫度和臨界壓力二）、臨界溫度和臨界壓

23、力 在自然（地面或地下）條件下，氣體是否以氣態(tài)存在取決于在自然（地面或地下）條件下，氣體是否以氣態(tài)存在取決于溫度和壓力。這就涉及到臨界溫度和臨界壓力的概念。溫度和壓力。這就涉及到臨界溫度和臨界壓力的概念。純物質(zhì)純物質(zhì)的臨界溫度系指氣相物質(zhì)能（通過(guò)加壓）維持液相的最高溫度的臨界溫度系指氣相物質(zhì)能（通過(guò)加壓）維持液相的最高溫度。高于臨界溫度時(shí)，無(wú)論加多大壓力，都不能使氣態(tài)物質(zhì)變?yōu)?。高于臨界溫度時(shí)，無(wú)論加多大壓力，都不能使氣態(tài)物質(zhì)變?yōu)橐簯B(tài)。在臨界溫度時(shí)，氣態(tài)物質(zhì)液化所需要的最低壓力稱為臨液態(tài)。在臨界溫度時(shí)，氣態(tài)物質(zhì)液化所需要的最低壓力稱為臨界壓力。高于臨界壓力時(shí)，無(wú)論多少溫度，氣、液兩相不可能界壓力

24、。高于臨界壓力時(shí)，無(wú)論多少溫度，氣、液兩相不可能共存。共存。天然氣常見(jiàn)組分的臨界溫度和臨界壓力如表所示。天然氣常見(jiàn)組分的臨界溫度和臨界壓力如表所示。 化合物 沸點(diǎn)（）( 101325Pa） 凝固點(diǎn)（）(101325Pa） 蒸氣壓力(101325Pa，） 臨界溫度（） 臨界壓力(101325p a) 甲烷 -161.49 -182.48 (340.228) -82.57 45.44 乙烷 -86.60 -183.23 (54.436) 32.27 48.16 丙烷 -42.04 -187.69 12.929 96.67 41.94 丁烷 -0.50 -138.36 3.511 152.03 37

25、.47 異丁烷 -11.72 -159.61 4.913 134.94 36.00 戊烷 36.07 -129.73 1.059 196.50 33.25 異戊烷 27.88 -159.91 1.390 187.28 33.37 新戊烷 9.50 -16.57 2.433 160.63 31.57 巳烷 68.73 -95.32 0.337 234.28 29.73 庚烷 98.43 -90.58 0.110 267.11 27.00 環(huán)戊烷 49.25 -93.84 0.675 238.60 44.49 環(huán)巳烷 80.72 6.54 0.222 286.39 40.22 苯80.09 5.5

26、3 0.219 289.01 48.34 甲苯 110.63 -94.97 0.0702 318.64 40.55 二氧化碳 -78.50 - - 31.06 72.88 硫化氫 -60.33 -82.89 26.810 100.39 88.87 氮-195.78-210.00 - -146.89 33.55 天然氣中常見(jiàn)組分的臨界溫度和臨界壓力天然氣中常見(jiàn)組分的臨界溫度和臨界壓力 對(duì)于各烴類組分來(lái)說(shuō)，甲烷的臨界溫度為對(duì)于各烴類組分來(lái)說(shuō)，甲烷的臨界溫度為-82.57，乙，乙烷為烷為32.37。因此它們?cè)诘叵鲁苡谑秃退蛐纬蓺馑?。因此它們?cè)诘叵鲁苡谑秃退蛐纬蓺馑衔镏猓詺庀啻嬖凇?/p>

27、丙烷臨界溫度為合物之外，均以氣相存在。丙烷臨界溫度為96.67，在低，在低于該溫度時(shí)，在適當(dāng)?shù)膲毫ο录纯梢夯Ｒ虼吮榧疤紨?shù)于該溫度時(shí)，在適當(dāng)?shù)膲毫ο录纯梢夯Ｒ虼吮榧疤紨?shù)更高的烷烴，在地下大多以液相存在，僅有少量與甲烷、更高的烷烴，在地下大多以液相存在，僅有少量與甲烷、乙烷呈氣態(tài)或溶于石油或溶于水（數(shù)量更少）存在。乙烷呈氣態(tài)或溶于石油或溶于水（數(shù)量更少）存在。（三）、溶解性三）、溶解性 天然氣能不同程度溶于水和石油兩類溶劑中。天然氣能不同程度溶于水和石油兩類溶劑中。 天然氣能不同程度地溶解于水和油兩類溶劑中，具體數(shù)量取天然氣能不同程度地溶解于水和油兩類溶劑中，具體數(shù)量取決于天然氣和溶劑的成

28、分以及氣體的壓力、溫度。不同成分的決于天然氣和溶劑的成分以及氣體的壓力、溫度。不同成分的氣體其溶解系數(shù)有相當(dāng)大的差別氣體其溶解系數(shù)有相當(dāng)大的差別。根據(jù)相似相溶原理，。根據(jù)相似相溶原理，烴氣在烴氣在石油中的溶解度要比水中大許多倍石油中的溶解度要比水中大許多倍。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷在在石。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷在在石油中的溶解系數(shù)為油中的溶解系數(shù)為0.30.3，是在水中溶解系數(shù)的近，是在水中溶解系數(shù)的近1010倍（倍（0.0330.033）。溶解性隨壓力增高溶解度增大，隨溫度升高反而降低。溶解性隨壓力增高溶解度增大，隨溫度升高反而降低。另外另外，當(dāng)石油中溶有天然氣時(shí)，即可降低石油本身的相對(duì)密度、粘，當(dāng)石油中

29、溶有天然氣時(shí)，即可降低石油本身的相對(duì)密度、粘度以及表面張力。度以及表面張力。 天然氣的組分上，天然氣的組分上，重?zé)N氣特別是碳數(shù)較高的重?zé)N氣重?zé)N氣特別是碳數(shù)較高的重?zé)N氣含量愈含量愈高，溶解度愈大。高，溶解度愈大。 原油組分方面，在相同溫度、壓力條件下，天然氣在原油組分方面，在相同溫度、壓力條件下，天然氣在低碳低碳數(shù)烴類含量高的輕質(zhì)原油中數(shù)烴類含量高的輕質(zhì)原油中比重質(zhì)原油中的溶解度要高得多。比重質(zhì)原油中的溶解度要高得多。 溫度對(duì)天然氣溶解度的影響是隨油層溫度的溫度對(duì)天然氣溶解度的影響是隨油層溫度的升高溶解度降升高溶解度降低低，但其影響效應(yīng)遠(yuǎn)低于壓力的效應(yīng)。，但其影響效應(yīng)遠(yuǎn)低于壓力的效應(yīng)。 無(wú)論是溶

30、于地層水還是原油中的天然氣，在條件發(fā)生無(wú)論是溶于地層水還是原油中的天然氣，在條件發(fā)生改變時(shí)，其中的溶解氣都有可能脫離地層水或原油成為游改變時(shí)，其中的溶解氣都有可能脫離地層水或原油成為游離氣，并在適當(dāng)?shù)臈l件下聚集成為氣藏。離氣，并在適當(dāng)?shù)臈l件下聚集成為氣藏。特別是在油（氣特別是在油（氣）藏中，當(dāng)壓力降低時(shí)，天然氣會(huì)自石油中析出，且各組）藏中，當(dāng)壓力降低時(shí)，天然氣會(huì)自石油中析出，且各組分的析出與其溶解度相對(duì)應(yīng)，分的析出與其溶解度相對(duì)應(yīng)，甲烷最先開(kāi)始析出，然后是甲烷最先開(kāi)始析出，然后是乙烷、丙烷、丁烷等同系物依次析出乙烷、丙烷、丁烷等同系物依次析出。（四）、粘度四）、粘度 前已述及，粘度是指流體分子

31、間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力前已述及，粘度是指流體分子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的大小。天然氣的粘度就是天然氣分子間內(nèi)部摩擦力的一種量度的大小。天然氣的粘度就是天然氣分子間內(nèi)部摩擦力的一種量度 天然氣粘度是研究天然氣運(yùn)移、開(kāi)發(fā)和集輸?shù)囊粋€(gè)重要參數(shù)天然氣粘度是研究天然氣運(yùn)移、開(kāi)發(fā)和集輸?shù)囊粋€(gè)重要參數(shù)。天然氣的粘度很小，在地表常溫常壓下，只有天然氣的粘度很小，在地表常溫常壓下，只有n n1010-2-2-10-10- -3 3MPa.sMPa.s。遠(yuǎn)比水（遠(yuǎn)比水（1 1MPa.sMPa.s）和油（和油（1-1-n n10MPa.s10MPa.s）粘度為低。天粘度為低。天然氣粘度與氣體組成、溫度、壓力

32、等因素有關(guān)。然氣粘度與氣體組成、溫度、壓力等因素有關(guān)。在接近大氣壓的在接近大氣壓的低壓條件下，壓力對(duì)粘度的影響很小（可忽略），粘度隨溫度增低壓條件下，壓力對(duì)粘度的影響很?。珊雎裕?，粘度隨溫度增加而變大，隨分子量增大而減??；而在較高壓力下，天然氣的粘加而變大，隨分子量增大而減?。欢谳^高壓力下，天然氣的粘度隨壓力增加而增大，隨溫度升高而減小，隨分子量增加而增大度隨壓力增加而增大，隨溫度升高而減小，隨分子量增加而增大。此外，天然氣粘度還隨非烴氣體增加而增加。此外，天然氣粘度還隨非烴氣體增加而增加。（五）、吸著作用五）、吸著作用 氣體與固體表面接觸所發(fā)生的關(guān)系，可以有吸收作用，也可氣體與固體表面接

33、觸所發(fā)生的關(guān)系，可以有吸收作用，也可以只有吸附作用，亦或兼而有之。吸附作用與吸收作用是有區(qū)別以只有吸附作用，亦或兼而有之。吸附作用與吸收作用是有區(qū)別的，氣體與固體表面接觸并滲入固體物質(zhì)內(nèi)部（直至飽和）的現(xiàn)的，氣體與固體表面接觸并滲入固體物質(zhì)內(nèi)部（直至飽和）的現(xiàn)象叫做象叫做吸收作用吸收作用；而氣體被固體吸收的初步過(guò)程是氣體分子被固而氣體被固體吸收的初步過(guò)程是氣體分子被固體表面分子所吸引，這一現(xiàn)象叫做體表面分子所吸引，這一現(xiàn)象叫做吸附作用。吸附作用。由于常常不能確定由于常常不能確定是吸附作用還是吸收作用，故把氣體（或液體）在固體表面發(fā)生是吸附作用還是吸收作用，故把氣體（或液體）在固體表面發(fā)生的作用

34、籠統(tǒng)稱之為的作用籠統(tǒng)稱之為吸著作用。吸著作用。（六）、擴(kuò)散六）、擴(kuò)散 氣體擴(kuò)散是自然界常見(jiàn)的一種物理化學(xué)現(xiàn)象。氣體擴(kuò)散是自然界常見(jiàn)的一種物理化學(xué)現(xiàn)象。按引起按引起擴(kuò)散的主導(dǎo)因素可分為濃度擴(kuò)散和溫度擴(kuò)散。按擴(kuò)散介質(zhì)擴(kuò)散的主導(dǎo)因素可分為濃度擴(kuò)散和溫度擴(kuò)散。按擴(kuò)散介質(zhì)可分為氣體在氣體中擴(kuò)散（自由擴(kuò)散）、氣體在液體中擴(kuò)可分為氣體在氣體中擴(kuò)散（自由擴(kuò)散）、氣體在液體中擴(kuò)散和氣體在固體（巖石）中擴(kuò)散。散和氣體在固體（巖石）中擴(kuò)散。 濃度擴(kuò)散是由物質(zhì)的濃度差而引起，氣體由高濃度處濃度擴(kuò)散是由物質(zhì)的濃度差而引起，氣體由高濃度處向低濃度方向流動(dòng)，分子的相互運(yùn)動(dòng)趨向于拉平相互接觸向低濃度方向流動(dòng)，分子的相互運(yùn)動(dòng)趨

35、向于拉平相互接觸的容器內(nèi)物質(zhì)的濃度。隨著溫度升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)加速的容器內(nèi)物質(zhì)的濃度。隨著溫度升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)加速，擴(kuò)散加快。，擴(kuò)散加快。 擴(kuò)散系數(shù)是濃度梯度等于擴(kuò)散系數(shù)是濃度梯度等于1 1時(shí)時(shí)1 1秒鐘內(nèi)通過(guò)截面積為秒鐘內(nèi)通過(guò)截面積為1 1厘厘米米2 2的擴(kuò)散氣體量。擴(kuò)散系數(shù)反比于氣體壓力，因?yàn)殡S著壓的擴(kuò)散氣體量。擴(kuò)散系數(shù)反比于氣體壓力，因?yàn)殡S著壓力增加，分子自由行程的長(zhǎng)度減小，相應(yīng)地壓縮氣體的擴(kuò)散力增加，分子自由行程的長(zhǎng)度減小，相應(yīng)地壓縮氣體的擴(kuò)散進(jìn)行得比稀薄氣體慢。進(jìn)行得比稀薄氣體慢。 一般氣體的自由擴(kuò)散系數(shù)（氣體在氣體中擴(kuò)散）大部分一般氣體的自由擴(kuò)散系數(shù)（氣體在氣體中擴(kuò)散）大部分在在

36、0.08-0.230.08-0.23厘米厘米2 2 / /秒之間。氫具有最大的擴(kuò)散系數(shù)，如氫秒之間。氫具有最大的擴(kuò)散系數(shù)，如氫通過(guò)氮或氦氣的擴(kuò)散系數(shù)為通過(guò)氮或氦氣的擴(kuò)散系數(shù)為0.70.7厘米厘米2 2 / /秒。秒。 氣體在液體中的擴(kuò)散，氣體在液體中的擴(kuò)散，從氣體在液體表層溶解（吸收作用）從氣體在液體表層溶解（吸收作用）開(kāi)始，然后由于在各液體層中存在氣體濃度差而進(jìn)一步擴(kuò)散。開(kāi)始，然后由于在各液體層中存在氣體濃度差而進(jìn)一步擴(kuò)散。氣體在水中的擴(kuò)散系數(shù)一般隨分子量和分子大小的增加而減小氣體在水中的擴(kuò)散系數(shù)一般隨分子量和分子大小的增加而減小，隨壓力和溫度的升高而增大。，隨壓力和溫度的升高而增大。 氣體

37、在巖石中的擴(kuò)散氣體在巖石中的擴(kuò)散比在自由空間進(jìn)行得慢，也比在水中進(jìn)比在自由空間進(jìn)行得慢，也比在水中進(jìn)行得慢。因?yàn)樵趲r石中氣體是沿充滿流體、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的孔道進(jìn)行得慢。因?yàn)樵趲r石中氣體是沿充滿流體、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的孔道進(jìn)行擴(kuò)散。與自由空間擴(kuò)散相比，在砂中較之慢行擴(kuò)散。與自由空間擴(kuò)散相比，在砂中較之慢2-32-3倍，在砂巖中倍，在砂巖中慢慢9-149-14倍，在致密砂巖中要慢倍，在致密砂巖中要慢100100倍。倍。 氣體通過(guò)沒(méi)有孔隙的巖石（礦物質(zhì)）的擴(kuò)散比通過(guò)孔隙巖氣體通過(guò)沒(méi)有孔隙的巖石（礦物質(zhì)）的擴(kuò)散比通過(guò)孔隙巖石小石小10-10010-100倍，但隨著氣體的溫度和壓力升高，擴(kuò)散速度將大倍，但隨著氣體的溫

38、度和壓力升高，擴(kuò)散速度將大大加快。大加快。 熱擴(kuò)散（溫度擴(kuò)散）是由于存在溫度差而產(chǎn)生，熱擴(kuò)散使熱擴(kuò)散（溫度擴(kuò)散）是由于存在溫度差而產(chǎn)生，熱擴(kuò)散使輕分子或小分子氣體趨向于在高溫區(qū)集中，而重分子或大分子輕分子或小分子氣體趨向于在高溫區(qū)集中，而重分子或大分子氣體在低溫區(qū)聚集。氣體在低溫區(qū)聚集。 天然氣的擴(kuò)散不可小視，擴(kuò)散可使氣田中的氣大量散失。在天然氣的擴(kuò)散不可小視，擴(kuò)散可使氣田中的氣大量散失。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中，甚至可使整個(gè)氣藏消失。漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中，甚至可使整個(gè)氣藏消失。 （七）、熱值七）、熱值 熱能是天然氣主要經(jīng)濟(jì)價(jià)值所在。天然氣的熱值與組熱能是天然氣主要經(jīng)濟(jì)價(jià)值所在。天然氣的熱值與組成天然氣

39、的成分有關(guān)，含烴氣比例越高，熱值越高；含非成天然氣的成分有關(guān)，含烴氣比例越高，熱值越高；含非烴氣，特別是含烴氣，特別是含COCO2 2、N N2 2等氣體比例越高，熱值越低。天然等氣體比例越高，熱值越低。天然氣中主要烴氣成分的熱值如表所列。氣中主要烴氣成分的熱值如表所列。天然氣中主要烴類氣體的熱值（據(jù)美國(guó)天然氣工程手冊(cè)，天然氣中主要烴類氣體的熱值（據(jù)美國(guó)天然氣工程手冊(cè)，1959） 烴烴 類類 熱熱 值（發(fā)值（發(fā) 熱熱 量）量）* KJ/m3(凈值凈值) KJ/m3(凈值凈值) KJ/m3(全值全值) KJ/m3(全值全值) 甲甲 烷烷 34037.80 47541.96 37811.48 52

40、812.96 乙乙 烷烷 60937.25 45162.10 66618.44 49371.20 丙丙 烷烷 87915.42 44054.17 95537.50 47873.33 丁丁 烷烷 115863.04 43368.15 125876.35 47116.44 *原統(tǒng)計(jì)以原統(tǒng)計(jì)以Btu/ft3計(jì)，經(jīng)換算成計(jì)，經(jīng)換算成SI單位單位 （八）、形成結(jié)晶水合物八）、形成結(jié)晶水合物 在自然界存在的低溫高壓條件下，天然氣（氦、氖、氫在自然界存在的低溫高壓條件下，天然氣（氦、氖、氫除外）能夠與水結(jié)合形成除外）能夠與水結(jié)合形成結(jié)晶水合物（固體氣）結(jié)晶水合物（固體氣）。這是天然。這是天然氣的重要性質(zhì)。這

41、一性質(zhì)具有實(shí)際意義。氣的重要性質(zhì)。這一性質(zhì)具有實(shí)際意義。 固體氣為密度在固體氣為密度在0.88-0.900.88-0.90g/cmg/cm3 3的固體結(jié)晶物質(zhì)，象雪的固體結(jié)晶物質(zhì)，象雪或冰，或冰，1 1m m3 3氣體水合物中含氣體水合物中含0.90.9m m3 3的水和的水和70-24070-240m m3 3的氣，含氣的氣，含氣量的多少取決于氣體的組分。盡管甲烷、乙烷、丙烷、量的多少取決于氣體的組分。盡管甲烷、乙烷、丙烷、COCO2 2等氣體均可形成氣水合物，但固體氣中的天然氣還是以甲烷等氣體均可形成氣水合物，但固體氣中的天然氣還是以甲烷占優(yōu)勢(shì)，即常見(jiàn)為甲烷水合物。占優(yōu)勢(shì)，即常見(jiàn)為甲烷水合

42、物。甲烷水合物是在冰點(diǎn)附近的特殊溫度和壓力條件下形成的甲烷水合物是在冰點(diǎn)附近的特殊溫度和壓力條件下形成的 其開(kāi)始出現(xiàn)的條其開(kāi)始出現(xiàn)的條件是：溫度低于件是：溫度低于0，壓力小于，壓力小于2.5Mpa；溫度溫度0-20，壓，壓力為力為2.5-25Mpa。溫溫度達(dá)度達(dá)21-27時(shí)，甲時(shí)，甲烷水合物將被分解烷水合物將被分解。 因此，氣水合物因此，氣水合物主要存在于凍土、主要存在于凍土、極地和深海沉積物極地和深海沉積物分布區(qū)。分布區(qū)。海水與甲烷形成氣水合物的相圖（據(jù)海水與甲烷形成氣水合物的相圖（據(jù)Katz，1959） 氣水合物是天然氣（主要是甲烷）被俘獲在水分子的氣水合物是天然氣（主要是甲烷）被俘獲在水

43、分子的籠型結(jié)構(gòu)中，即水分子的籠型化合物。在這種化合物中，籠型結(jié)構(gòu)中，即水分子的籠型化合物。在這種化合物中，水的冰晶體格架擴(kuò)展為包含氣體分子的晶體。水的冰晶體格架擴(kuò)展為包含氣體分子的晶體。 在一定溫度、壓力條件下，氣和水相互作用形成氣水合物。除在一定溫度、壓力條件下，氣和水相互作用形成氣水合物。除甲烷、氮和惰性氣體以外的所有其它氣體，都具有高于某一溫度甲烷、氮和惰性氣體以外的所有其它氣體，都具有高于某一溫度就不形成氣水合物的臨界溫度。就不形成氣水合物的臨界溫度。 形成氣水合物的條件必須低溫高壓，在地層條件下，只有在形成氣水合物的條件必須低溫高壓，在地層條件下，只有在深潛的深潛的 永久永久 凍土帶

44、（厚層冰巖帶）發(fā)育區(qū)（一般在極地），凍土帶（厚層冰巖帶）發(fā)育區(qū)（一般在極地），低低溫高壓溫高壓才能得以兼?zhèn)洹Ｔ诂F(xiàn)代沉積物中，前蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，海才能得以兼?zhèn)?。在現(xiàn)代沉積物中，前蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，海洋底下是天然氣水合物形成的最佳場(chǎng)所，海洋總面積的洋底下是天然氣水合物形成的最佳場(chǎng)所，海洋總面積的90%90%具有形具有形成氣水合物的溫壓條件。成氣水合物的溫壓條件。 氣體水合物可以視之為固體溶液，其中氣體水合物可以視之為固體溶液，其中 溶劑溶劑 是由水分子構(gòu)成是由水分子構(gòu)成的立方晶系的結(jié)晶骨架，其中分布著溶解氣分子。即氣體分子的立方晶系的結(jié)晶骨架，其中分布著溶解氣分子。即氣體分子 溶溶解解 于由水分子組成的結(jié)晶骨架于由水分子組成的結(jié)晶骨架 溶劑溶劑 中形成的中形成的 固體溶液固體溶液 。 目前，對(duì)天然氣水合物的研究已成為一個(gè)熱點(diǎn)，也是當(dāng)今目前，對(duì)天然氣水合物的研究已成為一個(gè)熱點(diǎn)，