第二章 天然气的物化性质ver2.0

含量在0.001％ ～ 2.0％变化。
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第一节 天然气的组成和分类
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0.1013MPa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112294～12168510 kJ／ m3之间。
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地北部S-9井
95以上
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吉林万金塔万1井
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第一节 天然气的组成和分类
二、天然气的分类
依据不同的原则，有三种天然气的分类方式。 1.按矿藏特点分类 按矿藏特点的不同可将天然气分为 气井气(gas well gas)
表2-2 我国主要气田和凝析气田的天然气组成（单位：体积％）
气田名称 陕甘宁中部 甲烷 乙 丙 异 丁 烷 0.01 0.38 0.02 正丁烷 异戊 正戊 C6 CO2 3.02 1.11 7.65 0.74 N2 0.04 1.02 0.56 0.79 0.10 0.2 1.19 0.84 1.43 0.27 0.15 0.55 0.44 0.32 0.34 0.2 0.39 2.61 0.14 5.45 1.39 0.26 1.41 1.27 4.44 0.8 12 H2S 0.0264 70.7 （mg/m3）
第二节天然气的分子量相对密度密度和比容第二节天然气的主要性质一天然气的分子量相对密度密度和比容二天然气偏差系数的确定三天然气的等温压缩系数四天然气的体积系数和膨胀系数五天然气的黏度六天然气含水量和溶解度第二节天然气的分子量相对密度密度和比容一天然气的分子量相对密度密度和比容一天然气分子量视分子量
第二章 天然气的物理化学性质 第二章 天然气的物理化学性质
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第一节 天然气的组成和分类
乙烷——无色气体，比空气稍重，在同样状态下，1m3乙 烷重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。
含量可在0.05％～25％范围变化。 丙烷——无色气体，比空气重，在同样状态下，1m3丙烷 重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。 含量在0.005％ ～ 4.0％变化。
从表2-2、表2-3可以看出许多含H2S的天然气也或多 或少地含有CO2，有的含量甚至相当高。除此之外，在我 国多个地区还发现了高含CO2的气田或气藏，如表2-6所 示，其中江苏泰兴黄桥地区的大型CO2气田是全国最大的 CO2气田。
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表2-6 中国高含CO2气田
第一节 天然气的组成和分类
第二节 天然气的主要性质 第三节 硫化氢的主要性质 第四节 二氧化碳的主要性质 第五节 高含硫化氢和二氧化碳天然气在流动条件下 的物理化学特征
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第一节 天然气的组成和分类
第一节
一、天然气的组成
天然气的组成和分类
天然气是指自然生成，在一定压力下蕴藏于地下岩层孔 隙或裂缝中的混合气体，其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、氩等惰性气 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。
烷
烷
烷
0.01 0.17
烷
0.03 0.10
95.6
0.6 0.08 0.02
海南崖13-1 83.87 3.83 1.47 0.4
塔里木克拉2
气田 青海台南 青海涩北-1 97.93 0.71 0.04 99.2 99.9 0.02
青海涩北-2 99.69 0.08 0.02 东海平湖 77.76 9.74 3.85 1.14
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 藏实例。
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第一节 天然气的组成和分类
凝
液 分离器气相
N2 CO2 C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6 C7＋ ∑
0.47 82.13 6.37 4.09 0.50 1.85 0.55 0.67 1.03 2.34
100.00
59.04 10.42 15.12 2.39 7.33 2.00 1.72 1.18 0.80 100.00
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第一节 天然气的组成和分类
2. 天然气组成
组成天然气的组分是大同小异的，但其相对含量却各不相 同。天然气分析的典型组成数据如表2-1所示，这些数据常常 可以作为设计工程师进行地面处理装备的设计数据。 对于含重组分较多的天然气还要回收液烃。潜在可回收的 液烃量常用在1000Sm3(GPA)气体中所含的总液烃量(m3)来表 达，液烃指C2＋或C3＋。
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表2-1 典型的天然气组成(摩尔百分数)
组 分 天然气1
0.51 0.67 91.94 3.11 1.26 0.37 0.34 0.18 0.11 0.16 1.35 100.00
天然气2
4.85 0.24 83.74 5.68 3.47 0.30 1.01 0.18 0.19 0.09 0.25 100.00
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第一节 天然气的组成和分类
1. 天然气中常Biblioteka 组分及其性质甲烷——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，可以为29％ ～ 99.9％(体积比)；
在气藏中为80％ ～ 99.5％； 在凝析气藏中为75.0％ ～ 94.4％； 在油藏伴生气中为20％ ～ 97％。 纯甲烷无色，稍有蒜味。它比空气轻，在0.1013MPa和15℃下1m3甲 烷重0.677kg。甲烷具有高的热稳定性和很高的热值含量。 工程计算中，采用的地面标准压力和标准温度为0.1013MPa和20℃。 物理标准则为760mmHg和0℃。
渡3
坡1 铁山坡 四川 飞仙关组 坡2 坡4 龙门 高峰场 飞仙关组 飞仙关组 天东55 天东56 峰4 罗家1 罗家2 罗家4 罗家寨 飞仙关组 罗家5 罗家6 罗家7 罗家9
17.06
14.19 14.51 14.20 17.41 8.52 7.07 10.49 8.77 7.13 13.74 8.28 8.30 12.93 14.50
244.05
203.48 208.07 203.27 249.66 120.92 101.38 150.01 125.53 102.07 196.57 118.52 119.02 184.98 207.93
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普光
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飞仙关组
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表2-5 四川盆地主要气田的H2S含量
气田 H2S含量/% H2S浓度 /(g/m3) 气田 H2S含量/% H2S浓度 /(g/m3)
华北油田赵2井是我国目前已钻遇H2S含量最高的井， 其H2S含量高达92%； 四川盆地是我国高含H2S气体分布最广的盆地； 川东地区飞仙关组H2S含量大多在10%～15%以上。
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表2-4 我国高含H2S气井及其含量
盆地 气田 赵兰庄 渤海湾 罗家 中坝 卧龙河 明化镇组 雷口坡组 嘉陵江组嘉五 嘉陵江组嘉四 嘉陵江组嘉二 渡口河 飞仙关组 储集层系 孔店组 井 号 赵2 赵3 罗19 罗5 中7 卧9 卧63 卧24 渡1 渡2 H2S含量/% 92.00 63.00 4.35 6.50 13.3 17.98 31.95 6.99 16.21 16.24 H2S浓度/(g/m3) 1319.28 903.42 62.38 93.21 204.607 276.712 491.49 107.60 231.93 232.31
0.16
0.08
0.47 0.44 0.09 0.075 0.045 1.135
2.24
1.09 0.48 1.54 1.06 1.02 0.26 1.38 0.02 1.767 1.04
0.879 0.546 0.64 0.6 0.7 0.4 0.26 0.21
中坝1
中坝2 普光1 罗家寨 7井 2013-7-31
傅家庙
宋家场 阳高寺 兴隆场 自流井 威远 蘑溪 八角场 遂南
95.77
97.17 97.81 96.74 97.12 86.47 96.48 88.19 87.92
1.10
1.02 1.05 1.07 0.56 0.11 0.19 6.33 6.48
0.37
0.2 0.17 0.32 0.07 4.437 2.48 2.46 8.10 0.36 0.54 0.07
戊烷——与丁烷一样有两个同分异构体，即正戊烷和异戊 烷。在0.1013MPa下，正戊烷在36℃以上、异戊烷在28℃以上 时方为气体。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。
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第一节 天然气的组成和分类
氮气——在天然气中的体积含量一般不超过10％。N2 是 无 色 无 味 的 惰 性 气 体 ， 在 标 准 压 力 和 20℃ 时 ， lm3 氮 气 重 1.183kg。在标准压力下，当温度低于-195℃时氮气开始液化
二氧化碳——无色，具有微弱气味。lm3CO2在标准状态 下重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，并对井下及集输设备产生腐蚀作用。二氧化碳用 于注气驱油时有较高的采收率。 其他组分： 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。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。
序号 1 2 气田名称 江苏泰兴黄桥 安徽天长深4井 CO2含量/% 80～90 序号 6 7 气田名称 吉林万金塔2 CO2含量/% 50～70 最高96
（最高99.98）
99
井
甘肃窑街煤 田
山东胜利油田滨 3
南地区 华北油田留58井
广东南海深9 70～75 8
井 广东三水盆 46～69 9
99.5
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第一节 天然气的组成和分类
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。 为了了解天然气的组成，可以对天然气组分作全分析，目 前采用的分析仪器为气相色谱仪，主要有美国惠普和日本岛津 系列气相色谱仪。
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新疆柯克拉 82.69 8.14 2.47 0.38 华北苏桥
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78.58 8.26 3.13
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表2-3 川渝地区主要气田的天然气组成（单位：体积％）
气田名称 庙高寺 甲烷 96.42 乙烷 0.73 丙烷 0.14 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 0.04 CO2 N2 1.93 H2S 0.69 0.01
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第一节 天然气的组成和分类
正丁烷——相对密度比空气大1倍，在15℃和0.1013MPa下 ，lm3正丁烷重2.454kg。在0.1013MPa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0.582kg／m3的液体。
卧龙河
中坝 威远
4.00
6.40 0.90
57.4
91.50 12.60
渡口河
罗家寨 铁山坡
12.05
11.02 14.37
172.18
157.96 205.30
大天池
蘑溪
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0.28
1.80
4.00
25.70
龙门
普光
7.65
14.5
109.35
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第一节 天然气的组成和分类
91.0
77.91 84.97
5.8
0.02 0.07
1.59
0 0.01
0.13
0
0.35
0.02
0.1
0
0.28
0
0.47
9.07 6.28
0.19
0.64 0.3 14.31 8.364
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第一节 天然气的组成和分类
我国也发现了一些高含H2S天然气气藏，主要分布在渤 海湾盆地和四川盆地，它们分别属于陆相地层和海相地层 ，H2S含量差别也很大。从H2S含量较高井的资料统计结 果来看（表2-3、表2-4和表2-5），目前已钻遇的高寒H2S 气层主要是在三叠系和古近系。