凝析氣藏及非常規(guī)氣藏課件

1、5.凝析氣藏及非常規(guī)氣藏一 凝析氣藏的形成（一）基本概念 地下：?jiǎn)我粴庀啵ㄓ湍嬲舭l(fā)氣化或分散于氣相中），為凝析氣地面：氣、油同產(chǎn)，產(chǎn)氣為主，液態(tài)烴稱(chēng)為凝析油 凝析氣是指地下溫度、壓力條件下呈氣態(tài),隨溫度、壓力降低呈反凝析現(xiàn)象的一種特殊類(lèi)型的天然氣。反凝析過(guò)程中析出的液態(tài)烴類(lèi)稱(chēng)為凝析油。 在地下深處較高溫、高壓條件下的烴類(lèi)氣體，采到地面后，溫度、壓力降低，凝結(jié)出部分液態(tài)烴，這種含有一定數(shù)量凝析油的氣藏稱(chēng)為凝析氣藏。逆凝結(jié):壓力減小氣體變?yōu)橐后w,或液相增加,與正常凝結(jié)剛好相反。逆蒸發(fā):壓力增大液相反而減小,以至蒸發(fā)的現(xiàn)象,與正常蒸發(fā)剛好相反。泡點(diǎn)：溫度（或壓力）一定時(shí)，開(kāi)始從液相中分離出第一批氣泡

2、的壓力（或溫度）。對(duì)于純化合物，泡點(diǎn)也就是在某壓力下的沸點(diǎn)。露點(diǎn)：溫度（壓力）一定情況下，單一氣體或氣體混合物處于開(kāi)始冷凝成液體的溫度（或壓力）。 汽液平衡時(shí)，液相的泡點(diǎn)即為汽相的露點(diǎn)。飽和蒸汽壓：在密閉條件中，在一定溫度下，與液體或固體處于相平衡的蒸氣所具有的壓力。相圖：也稱(chēng)相態(tài)圖、相平衡狀態(tài)圖，是用來(lái)表示相平衡系統(tǒng)的組成與一些參數(shù)(如溫度、壓力)之間關(guān)系的一種圖 1、純物質(zhì)的臨界狀態(tài)（二）凝析氣藏的形成表： 若干物質(zhì)的臨界參數(shù) 物質(zhì)名稱(chēng)臨界溫度()臨界壓力(atm)物質(zhì)名稱(chēng)臨界溫度()臨界壓力(atm)水二氧化碳氮硫化氫甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷環(huán)戊烷374.231.0-146.9100.4

3、-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷異戊烷環(huán)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物質(zhì)名稱(chēng)臨界溫度()臨界壓力(atm)物質(zhì)名稱(chēng)臨界溫度()臨界壓力(atm)水二氧化碳氮硫化氫甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷環(huán)戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933

4、.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷異戊烷環(huán)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物質(zhì)名稱(chēng)物質(zhì)名稱(chēng)臨界溫度()臨界溫度()臨界壓力(atm)臨界壓力(atm)物質(zhì)名稱(chēng)物質(zhì)名稱(chēng)臨界溫度()臨界溫度()臨界壓力(atm)臨界壓力(atm)水二氧化碳氮硫化氫甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷環(huán)戊烷水二氧化碳氮硫化氫甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷環(huán)戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152

5、.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正戊烷異戊烷環(huán)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異戊烷環(huán)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

6、.029.927.024.621.219.018.533.332.940.029.927.024.621.219.018.571.171.1的的PP-VV曲線：曲線：（1）隨P ，V丙烷；（2）過(guò)A點(diǎn)后，V丙烷繼續(xù)，但P保持不變；（3）過(guò)B點(diǎn)后，即使加極大壓力，V也不變。87.887.8的的PP-VV曲線：曲線：隨T，水平線段縮短（ABAB）。96.896.8的的PP-VV曲線曲線：水平線段縮成一點(diǎn)KK，在此溫度以上的曲線，水平線段完全消失。 氣液兩相共存的最高溫度K1和最高壓力B1，分別稱(chēng)為臨界凝析溫度和臨界凝析壓力。 臨界點(diǎn)K為泡點(diǎn)線（DB1曲線）與露點(diǎn)線（BK1曲線）的交點(diǎn)。已經(jīng)不再是兩

7、相共存的最高溫度或壓力。 K1為臨界凝結(jié)溫度（最高臨界溫度），代表氣液兩相并存的最高溫度 2、雙組分烴類(lèi)物系相圖B1為臨界凝結(jié)壓力，高于該值，無(wú)論溫度多高，體系也不能液化的壓力。 等溫加壓情況下：AB12E，在A點(diǎn)物質(zhì)為氣相，加壓至B 點(diǎn)，開(kāi)始出液滴（露點(diǎn)），壓力繼續(xù)增加至1點(diǎn)，液體數(shù)量逐漸增大；但從1到2 點(diǎn)，加壓反而使液體逐漸減少，氣相增多，至2 點(diǎn)物質(zhì)全部氣化。由12，等溫增壓出現(xiàn)氣化特征，稱(chēng)為逆蒸發(fā)；由21，等溫減壓出現(xiàn)液化特征，稱(chēng)為逆凝結(jié)。 等壓升溫情況下：CD43，C點(diǎn)為液體，升溫至D 點(diǎn)，開(kāi)始出氣泡（泡點(diǎn)），由D4，氣體數(shù)量逐漸增大；但從43點(diǎn)，升溫反而使氣體數(shù)量減少直至最終全部

8、液化。由43，為逆凝結(jié)；由34，為逆蒸發(fā)。 逆凝結(jié)和逆蒸發(fā)現(xiàn)象出現(xiàn)于臨界點(diǎn)與臨界凝析溫度點(diǎn)和臨界凝析壓力點(diǎn)之間，常稱(chēng)之為“逆行區(qū)” 。這是凝析氣藏形成的基本原因。 某種多組分烴類(lèi)物系的相圖K-臨界點(diǎn)(T=52.8)；K1-臨界凝結(jié)溫度； 1-壓力超過(guò)泡點(diǎn)壓力的油藏；2-壓力超過(guò)露點(diǎn)壓力的凝析氣藏； 3-單相氣藏(純氣藏)； 4-泡點(diǎn)曲線； 5-露點(diǎn)曲線； 6-物系中液體所占體積百分率； A-純氣藏； B-凝析氣藏； C-油藏； D-油氣藏 3、多組分烴類(lèi)物系的相態(tài)與凝析氣藏的形成 存液相存氣相氣液雙相凝析氣等溫條件下開(kāi)采開(kāi)正常采地面（18.7MPa）（15.5MPa） 凝析氣藏以高氣油比（60

9、0800m3氣/m3油）和輕烴組分高度富集為特征。 在一定溫度、壓力范圍內(nèi)，存在逆蒸發(fā)和逆凝結(jié)現(xiàn)象，使一部分液態(tài)烴反溶于氣相形成單一氣相。 在地下烴體系呈氣相，在地面同時(shí)有氣和凝析油產(chǎn)出。 并不是地下所有氣體采到地面都變成了凝析油。凝析氣藏特征：凝析氣藏的形成條件： 烴類(lèi)物系中氣體數(shù)量多于液體數(shù)量,才能為液相反溶于氣相創(chuàng)造有利條件； 地層埋藏較深，地層溫度介于烴類(lèi)物系的臨界溫度與凝析溫度之間，地層壓力超過(guò)該溫度的露點(diǎn)壓力，這種物系才可能發(fā)生顯著的逆蒸發(fā)現(xiàn)象。 因此，隨著埋深增加，地層溫度和壓力會(huì)增加。當(dāng)?shù)貙訙囟冗_(dá)到油-氣物系的臨界溫度時(shí)，地層壓力越大，油氣物系越容易轉(zhuǎn)化為單相氣態(tài)，大大促進(jìn)地下

10、儲(chǔ)集層內(nèi)油氣的運(yùn)移，形成凝析氣藏。說(shuō)明：石油和天然氣都是成分非常復(fù)雜的混合物，其臨界條件非常復(fù)雜。石油-甲烷物系必須加壓到100MPa以上，才能變成單相氣態(tài)。但實(shí)驗(yàn)證明，流體性質(zhì)和外界條件等因素都可以改變油-氣物系的臨界壓力（1）在石油-甲烷物系中，存在甲烷最近的同系物時(shí)，可以大大降低其臨界壓力，便于石油向氣相過(guò)渡（2）石油密度越小，臨界壓力越低；重質(zhì)高含硫石油在50MPa時(shí)也不可能轉(zhuǎn)化為氣態(tài)（3）用CO2代替CH4，可以降低油-氣物系的臨界壓力（4）巖石的存在可以降低油-氣物系的臨界壓力，特別是對(duì)高膠質(zhì)石油（5）巖石中含水時(shí)，會(huì)增大油-氣物系的臨界壓力（三）地下油氣藏相態(tài)的識(shí)別收集地層壓力、

11、地層溫度及地層條件下油-氣物系的烴類(lèi)組分百分含量, 編制烴類(lèi)物系的相圖。2、根據(jù)油氣成分的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)法Z=A+B+BCCCCC=12345+Z450純氣藏80Z450凝析氣藏15Z80帶油環(huán)凝析氣藏795% 或 C1% 95% 濕氣（富氣）： CH45% C1/ C1 5值大于99%，為特別干的氣體； 95%99%為干氣； 85%95%為濕氣； 小于85%，為特別濕的氣體。2）非烴類(lèi)氣體 有氮?dú)狻⒍趸肌?一氧化碳、硫化氫、氫 及微量的惰性氣體。3）控制煤層氣成分的主要因素 1、煤的顯微組分,特別是富氫組分的豐度； 2、儲(chǔ)層壓力，它影響煤的吸附能力； 3、煤化作用程度，即煤階/煤級(jí)； 4、煤層

12、氣解吸階段 5、水文地質(zhì)條件3. 控氣地質(zhì)因素1 ）煤層氣藏的概念主要觀點(diǎn)有：（1）煤層氣藏是煤中甲烷在具備適當(dāng)外界條件時(shí)，相對(duì)集中在一定的圍限內(nèi)，圍限內(nèi)的氣體富集程度、壓力一般高于圍限外。煤層氣藏屬流體壓力圈閉氣藏，可細(xì)分為水壓、氣壓圈閉兩種，對(duì)圈閉的要求不如常規(guī)氣藏嚴(yán)格（李明潮等，1996）（2）指在壓力作用下“圈閉”著一定數(shù)量氣體的煤巖體，基于此出現(xiàn)了“有效煤層氣藏”或“經(jīng)濟(jì)煤層甲烷氣藏”的概念，指出有效煤層氣藏是指具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的煤層氣藏（錢(qián)凱等，1997） 4、煤層氣藏的概念及要素形成的地質(zhì)條件（3）地層中煤層氣聚集的基本單元，是煤層氣發(fā)生富集的壓力圈閉，該壓力圈閉是煤層氣成藏要素

13、優(yōu)化配置的結(jié)果，其富氣程度主要受控于煤層氣成藏過(guò)程匹配關(guān)系的優(yōu)化（桑書(shū)勛，2001）。（4）指在地層壓力(水壓和氣壓)作用下保有一定數(shù)量氣體的同一含煤地層的煤巖體，并具有獨(dú)立的構(gòu)造形態(tài)，它是在煤層熱演化作用過(guò)程中形成的，且在后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中未被完全破壞，呈層狀產(chǎn)出（張新民，2002） 2） 成藏要素分析 從成藏角度來(lái)看，煤層氣要聚集成為具有商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的煤層氣藏，同樣需要生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保等基本成藏要素和過(guò)程。但煤層氣生儲(chǔ)同層，并具有以吸附狀態(tài)為主的賦存特點(diǎn)，使煤層氣藏形成具有獨(dú)特的成藏要素要求?？梢跃C合為煤層條件、壓力封閉和保存條件 3個(gè)方面 （1）煤層條件 作為源巖，要求煤層具有一定的厚

14、度和一定熱成熟度。煤層具有較大的厚度 ，是生氣有機(jī)質(zhì)在量上的保證 作為儲(chǔ)集巖的煤層需要一定的儲(chǔ)集空間和滲透率。煤儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間由煤基質(zhì)孔隙和天然裂隙系統(tǒng)兩部分組成（2）壓力封閉條件 煤層氣藏的實(shí)質(zhì)是一個(gè)壓力封閉系統(tǒng)。壓力對(duì)煤層氣富集成藏的作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 為煤層氣藏提供一部分能量，增大煤層對(duì)甲烷的吸附 維持煤層氣藏能量平衡，阻止煤層氣解吸、逸散 壓力封閉系統(tǒng)主要由煤層埋深、煤層的頂?shù)装鍘r層及煤層的水動(dòng)力系統(tǒng)組成： 煤層埋深是壓力的主要來(lái)源 而頂板巖性的封閉能力、水動(dòng)力受堵以及大量煤層生成 產(chǎn)生的壓力也對(duì)煤層氣成藏起到重要作用 （3）保存條件 主要指封蓋層、上覆地層有效厚度、水文和構(gòu)造條件

15、等。 良好的封蓋層可以保持煤層壓力，阻止地層水的交替 ，減少游離氣和溶解氣的散失。 上覆地層有效厚度越大，說(shuō)明煤層氣生成后，地殼抬升、剝蝕程度較弱，煤層向大氣逸散的路徑也就越長(zhǎng)，保存條件越好。 水動(dòng)力封閉及地層水超壓有利于煤層氣的吸附和富集；交替的水動(dòng)力條件將打破吸附與溶解氣和游離氣之間的平衡，使吸附氣量減少； 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)必然引起煤層升降 ，改變煤層的溫壓條件，打破原有的壓力和氣體之間的平衡，從而影響煤層氣藏的保存 。煤層氣藏形成的主要條件： 1）煤層厚度和含氣性 2）滲透性 3）保存條件 4）水文地質(zhì)條件 四類(lèi)煤層氣藏： 承壓水封堵、壓力封閉、頂板微滲漏封閉、構(gòu)造封閉中國(guó)煤層氣藏模式圖 吸附態(tài)

16、煤層甲烷是煤儲(chǔ)集天然氣的主體。當(dāng)煤處于一定的溫度、壓力等條件下時(shí)，吸附即達(dá)到一種平衡狀態(tài)，吸附狀態(tài)的天然氣要能流動(dòng)，必須打破這一平衡狀態(tài)，使煤層甲烷解吸出來(lái)。（三）天然氣水合物n1、基本概念n是在特定的低溫和高壓條件下，甲烷等氣體分子天然地被封閉在水分子的擴(kuò)大晶格中，形成似冰狀的固態(tài)水合物。n自然界中存在的天然氣水合物的天然氣主要成分為甲烷，又稱(chēng)為甲烷水合物（Methane Hydrates）。n有時(shí)乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳及硫化氫也可與甲烷一起形成固態(tài)混合氣體水合物，故又稱(chēng)固態(tài)氣水合物(Solid Gas Hydrates ）天然氣水合物是甲烷等氣體和水分子組成的類(lèi)似冰狀的固態(tài)物質(zhì)，其分子

17、式為2，其中是以甲烷氣體為主的氣體分子數(shù)，為水分子數(shù)。天然氣水合物實(shí)質(zhì)上是一種水包氣的籠形物。 其中的水結(jié)晶成等軸晶系，而不是象冰那樣的六方晶系。由水分子形成剛性籠架晶格，每個(gè)籠架晶格中均包括一個(gè)主要為甲烷的氣體分子。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1m3甲烷水合物可以產(chǎn)生164m3氣和0.8m3的水。 2）天然氣水合物形成與分布?xì)怏w水合物的分布特征：多分布在極地、永久凍土帶及大洋海底。全球甲烷水合物預(yù)測(cè)分布圖（James Booth,1997）（一）烴類(lèi)來(lái)源比較 天然氣的形成具有多源性和多階段性。 多源性的體現(xiàn)： 既有有機(jī)成因的天然氣,也有無(wú)機(jī)成因氣 在各種類(lèi)型的有機(jī)質(zhì)都能形成天然氣，既有油型氣,又有煤型氣。

18、八 氣藏與油藏形成及保存條件的差異 石油主要是由腐泥型和腐殖-腐泥型有機(jī)質(zhì)生成的。 天然氣不僅與石油共生,也往往與煤系共生，聚油盆地和聚煤盆地都可以尋找天然氣。 有機(jī)成因天然氣的生成具有多階段性，各個(gè)階段都伴隨有天然氣的生成；石油則大量生成于一定埋藏深度的“液態(tài)窗”范圍內(nèi)。（二）對(duì)儲(chǔ)、蓋層條件要求的差異 天然氣與石油性質(zhì)的差異,對(duì)儲(chǔ)、蓋層條件的要求不同： 氣藏對(duì)儲(chǔ)層的要求低，對(duì)蓋層的要求高；而油藏對(duì)儲(chǔ)、蓋層的要求與此相反 烴濃度封閉是天然氣蓋層特有的封閉機(jī)理（三）形成的運(yùn)聚成藏方式的異同 與石油相比,天然氣具有分子小、密度小、粘度小、溶解度大、壓縮性和擴(kuò)散能力強(qiáng)等特點(diǎn) 這決定了氣比油的運(yùn)移活性

19、強(qiáng)、運(yùn)聚成藏方式多樣，這也是造成天然氣與石油的分布差異較大的重要原因之一1、油氣運(yùn)移方式及天然氣脫溶成藏 天然氣擴(kuò)散和水溶對(duì)流是兩種有別于石油的重要運(yùn)移機(jī)制 天然氣溶解于水中或油中沿地層上傾方向運(yùn)移，或隨地殼抬升，溶解于水中或油中的天然氣由于溫度升高和壓力的降低而析離出來(lái)，在淺部地層中形成天然氣藏，這是一種重要的成藏機(jī)制2、天然氣水溶對(duì)流運(yùn)移成藏 水溶對(duì)流起因于地層水的密度和溫度差異，地層水鹽度和含氣量的變化致使密度出現(xiàn)差異。因此，溶解有大量天然氣的地層水經(jīng)過(guò)對(duì)流，可使氣體在溫度、壓力適宜的地方聚集成藏 縱向通道多數(shù)是斷裂，而橫向通道往往沿地層不整合面或其它被封閉層遮檔的連續(xù)性較好滲透層碳酸鹽

20、巖層熱對(duì)流系統(tǒng)的概念地質(zhì)模型 3、天然氣多源復(fù)合成藏 天然氣形成具有多源、多階連續(xù)的特點(diǎn)，運(yùn)移活性強(qiáng) 在氣藏形成過(guò)程中往往是多種來(lái)源天然氣的復(fù)合，單一圈閉中聚集的天然氣可能是來(lái)自不同烴源巖、不同成因氣體的混合物。 天然氣藏形成的多源復(fù)合現(xiàn)象具有普遍性，是天然氣成藏的一大特色。4、 天然氣聚散動(dòng)態(tài)平衡成藏 天然氣成藏后距今時(shí)間的長(zhǎng)短成為氣藏能否保存下來(lái)的一個(gè)重要影響因素 氣藏形成的時(shí)間距今越久遠(yuǎn)，氣藏散失量就會(huì)越大，殘留量越小 油藏則不會(huì)只因擴(kuò)散作用而遭受破壞（四）氣藏與油藏保存條件的差異 與石油相比，天然氣的聚集效率要小得多： 天然氣聚集系數(shù)一般在1%以下，個(gè)別情況才會(huì)超過(guò)1% 而石油的聚集系數(shù)較大，一般大于10%聚集系數(shù)的理解歸納起來(lái)大致有以下3種： 聚集量與生油量之比、聚油量與生油層殘 留烴量之比和聚集量與排 烴量 之比 因此，天然氣藏要求的保存條件遠(yuǎn)比油藏的嚴(yán)格 （五）