第二章-天然气的物理化学性质
天然气开采技术
第一章 绪论1、 天然气：是指在不同地质条件下生成、运移并以一定压力储集在地下构造中的气体。
2、 我国天燃气工程技术特点：1） 地层和储层特性的特殊性：埋藏深（3000-6000m ）开发开采难度大； 中低渗气藏居多，自然产能低：储集量不富集，中小型气田居多，开发分散性、复杂性 2） 气藏产水危害的严重性 3） 流体性质的高腐蚀性4） 天然气的可爆性和高压危险性第二章 天然气物理化学性质1、天然气组成：烃类气体：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及以上气体 非烃类气体：氮气、氢气、硫化氢、二氧化碳、水等 惰性气体：氦气、氩气等 3、 天然气组成的表示方法：已知天然气由k 种组分组成，组分i 的摩尔数为n i 体积为v i 质量为m i1） 摩尔分数法：ii kii=1n y n=∑ 2）体积分数法：ii kii=1V y V=∑ 3）质量分数法：ii kii=1m w m=∑4、 天然气按烃类气体分类：1） 按戊烷及以上组分分：干气：1m 3井口流出物中戊烷及以上液态烃含量低于13.5cm 3的天然气。
湿气：1m 3井口流出物中戊烷及以上液态烃含量高于13.5cm 3的天然气。
2） 按丙烷及以上组分分：贫气：1m 3井口流出物中丙烷及以上烃类含量低于100cm 3的天然气。
富气：1m 3井口流出物中丙烷及以上烃类含量高于100cm 3的天然气。
5、 天然气的相对分子量、密度、相对密度、比容：相对分子量：ni i i=1M y M =∑ 密度：g PMRTρ=相对密度：g g a 28.96Mργρ==比容：g 1νρ= 6、 天然气的偏差系数Z ：指相同温度、压力下，真实气体体积与同质量理想气体体积之比。
影响因素：组成、温度、压力 确定方法：1）实验法2）图版法：H 2S 、CO 2校正；凝析气校正 3）计算法7、 临界压力c P 临界温度c T 对比压力：r cP P P =对比温度：r c T T T =拟临界压力：npc ciii=1P P y =∑ 拟临界温度：npcci i i=1TT y =∑拟对比压力：pr pc P P P =拟对比温度：pr pcTT T = 8、 天然气等温压缩系数C g ：g T1V C V P ∂⎛⎫=-⎪∂⎝⎭ 拟对比等温压缩系数：pr g pc C C P =9、天然气体积系数、膨胀系数：体积系数：天然气在地层条件下体积与在地面条件下体积之比。
天然气及其组分的物理化学性质
编号：SY-AQ-09384( 安全管理)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑天然气及其组分的物理化学性质Physical and chemical properties of natural gas and its components天然气及其组分的物理化学性质导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。
在安全管理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关系更直接，显得更为突出。
天然气的主要成分为甲烷，此外还含有乙烷、丙烷、丁烷等烃类气体，氮、CO2、H2S及微量氢、氦、氩等非烃类气体，一般气藏天然气的甲烷含量在90%以上。
油田伴生气中甲烷含量占65%～80%，此外还含有相当数量的乙烷、丙烷、丁烷等烃类气体。
一、天然气主要组分的物理化学性质天然气主要组分的物理化学性质见表1-3-1。
表1-3-1天然气主要组分在标准状态下的物理化学性质名称分子式相对分子质量摩尔体积Vm/(m3/kmol)气体常数R(J/kg·K) 密度ρ/(kg/m3)临界温度Tc/K临界压力Pc/MPa高热值Hh/(MJ/m3)高热值Hh/(MJ/kg)低热值H1/(MJ/m3)甲烷CH4 16.043 22.362 518.75 0.7174 190.58 4.544 39.842 35.906 乙烷C2H6 30.07 22.187276.64 1.3553 305.42 4.816 70.351 55.367 64.397 丙烷C3H8 44.097 21.936 188.65 2.0102 369.82 4.194101.266 51.908 93.240 正丁烷n-C4H10 58.124 21.504 143.130 2.703 425.18 3.747 133.886 50.376 123.649 异丁烷i-C4H10 58.124 21.598 143.13 2.6912 408.14 3.600 133.048 49.532 122.853 正戊烷C15H12 72.151 20.891115.27 3.4537 46.965 3.325 169.377 49.438 156.733 氢H22.016 22.427 412.67 O.0898 33.25 1.280 12.74549.042 10.786 氧O2 31.999 22.392 259.97 1.4289 154.33 4.971 —141.926 —氮N2 23.01322.403 296.95 1.2507 125.97 3.349 ——氦He 3.016 22.42 281.17 0.1345 3.35 0.118 ——二氧化磺CO2 44.010 22.26 189.04 1.9768 304.25 7.290 ———硫化氢H2S34.07622.18 244.17 1.5392 373.55 8.890 25.364 23.383 空气28.066 22.40 287.24 1.2931 132.4 3.725 —16.488—水蒸气H2O18.01521.629461.760.8330647.0021.830—名称低热值H1/(MJ/kg)爆炸极限(体积分数)/% 动力黏度μ×106/(Pa·s)运动黏度υ×106/(m2/s)沸点/℃定压比热容Cp/(kJ/m3·K)绝热指数K导热系数λ/[W/(m·K)] 偏心因子上限下限甲烷5.015.010.60 14.50 -161.49 1.545 1.309 0.03024 0.0104 乙烷50.05 2.9 13.0 8.77 6.41-88.00 2.244 1.1980.01861 0.0986 丙烷47.515 2.19.57.65 3.81-42.05 2.960 1.161 0.01512 0.1524 正丁烷46.383 1.58.56.97 2.53-0.05 3.710 1.144 0.01349 0.2010 异丁烷45.745 1.88.5-11.72 —1.144 —0.1848 正戊烷45.65 1.4 8.3 6.48 1.85 36.06 —1.121 —0.2539 氢45.381 4.0 75.98.52 93.00 -252.75 1.298 1.407 0.2163 氧120.111 ——19.86 13.60 -182.98 1.315 1.400 0.02500.0213 氮——17.00 13.30 -195.78 1.302 1.402 0.02489 0.04氦————-269.95 —1.640 ——二氧化碳———14.30 7.09-78.200.6201.304 0.01372 0.225硫化氢4.3 45.5 11.90 7.63-60.20 1.557 1.320 0.01314 0.100 空气15.192 ——17.50 13.40-192.501.3061.4010.02489—水蒸气——8.6010.12—1.4911.3350.016170.3480二、天然气中有机硫化合物的主要性质天然气中除含有H2S外，还含有数量不等的硫醇、硫醚以及微量的二硫化碳、硫化羰。
车用CNG气瓶安全使用需知
车用CNG气瓶安全使用需知一、天然气的物理化学性质和CNG气瓶使用工况天然气的主要成分是甲烷，它是无色、无味气体,密度为0.717g/L(标准状况)，比空气轻,极难溶于水的可燃性气体，爆炸极限为5%－15%，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。
而甲烷属微毒类气体，低浓度时，对人基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。
当空气中甲烷达25%-30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速。
若不及时脱离，可致窒息死亡。
CNG气瓶的公称工作压力一般为20—25MPa，设计温度：-5-50℃范围。
二、CNG汽车一定要规范改装，要遵守国家安全法规，由取得压力容器安装1级资质，有可靠的技术和设备的改装点进行改装。
合肥现有四家持证单位，名称及电话为：合肥星月（5580101）、合肥润安（4242177）、合肥大联合（3456013）和安徽东方（5539948）。
不可盲目自选改装车辆。
三、改装后的CNG汽车气瓶应到市特种设备安全监察部门办理气瓶使用登记手续，持证使用。
四、CNG汽车第一次充气时，要注意先用天然气进行“冲洗”（或用氮气置换），即将天然气充入气瓶使瓶内压力达到以0.5—0.6Mpa，然后放出天然气减压至0.2—0.3Mpa,如此反复三次再充气至气瓶的额定工作压力。
五、气瓶中的天然气量不允许用尽，应保持压力在0.3Mpa以上，防止空气进入气瓶。
六、出车前先缓慢开启气瓶阀门，后缓慢开启高压总阀，观察高压气表，检查燃料供给系统的泄漏情况，若没有泄漏再检查汽车电气系统是否漏电，在确认没有漏电、漏气时方可起动。
开启气瓶阀门时不允许站在气瓶阀正面。
七、压缩天然气汽车进入加气位置后，发动机必须熄火，驻车制动，关闭所有电器电源。
充气完毕后在加气站工作人员的指挥下，缓慢驶离，不得猛踩油门。
行驶中一旦发现漏气，应立即关闭所有电源，查出漏气部位和原因，及时处理，如泄漏严重，应关闭气瓶阀门，待天然气散发后再作处理，必要时放掉全部天然气。
油气集输复习资料
（浮阀塔）
贫富液换热器：浮头式热交换器
溶液闪蒸罐和缓冲罐：为降低闪蒸气中的 H2S 含量，在闪蒸罐上设一吸收段，
用不锈钢乱堆填料。
2、物理化学吸收法
砜胺法：MDEA+环丁砜 或 DIPA+环丁砜
特点：①酸气负荷高
甲醇 特 点：①有毒性，应注意采取安全措施 ②回收甲醇的经济性很差，一般不回收 ③可溶于液态烃 适用范围：①温度较低（不低于-85℃）、压力较高的场合 ②气量较小的井场节流设备或管线
③季节性或临时性的局部解堵 甘醇类抑制剂
特 点：①沸点较甲醇高，蒸发损失小 ②一般可重复再生使用 ③粘度大，注入后使系统的压降损失增大，在操作温度过低且存在凝 析油时，会造成分离困难，溶解损失增大
II 型结构：金刚石型面心立方结构
另外还有 H 型结构
四、水合物的形成条件（温度、压力）的确定
如果知道天然气的相对密度（或组成）、初始压力、初始温度和最终压力，就可以判断、 是否形成水合物，具体步骤如下： ①计算节流后的温度降（△T） ②计算节流后的温度 T2=T1-△T ③计算形成水合物的温度（节流后）Tc
t2——对于集气管线是气体的最低流动温度；对于节流过程是 节流后的温度；
抑制剂的用量包括：处理自由水所需要的抑制剂量； 蒸发到气相中损失的抑制剂量； 溶解于液态烃中的抑制剂量
第三章 天然气集输系统
一、天然气矿场集输系统
1、集输系统的组成
气井
集气站
天然气处理厂
首站
2、集输系统的作用
收集天然气
降压、计量、分离、防止水合物形成和净化
④判断是否形成水合物
天然气物理化学性质
海底天然气物理化学性质第一节海底天然气组成表示法一、海底天然气组成海底天然气是由多种可燃和不可燃的气体组成的混合气体。
以低分子饱和烃类气体为主，并含有少量非烃类气体。
在烃类气体中，甲烷（CH4）占绝大部分，乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）含量不多，庚烷以上（C5+）烷烃含量极少。
另外，所含的少量非烃类气体一般有氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、硫化氢（H2S）和水汽（H2O）以及微量的惰性气体。
由于海底天然气是多种气态组分不同比例的混合物，所以也像石油那样，其物理性质变化很大，它的主要物理性质见下表。
海底天然气中主要成分的物理化学性质二、海底天然气容积分数和摩尔分数定义混合物中各组分的容积为V i ，总容积V ；摩尔分数y i ：i 组分的摩尔数n i 与混合物总摩尔数n 的比值。
∑=='i i i i V VV V y ； 1='∑i y ；∑==ii i i n n n n y ； 1=∑i y 由分压定律，存在P i V= n i R M T ；P i V=n R M T 由分容定律，存在PV i = n i R M T ；PV=n R M Tppn n y i i i ==； i i i i y n n V V y ==='结论：对于理想气体混合物，任意组分的摩尔分数可以用该组分的分压与混合物总压的比值表示，且摩尔分数与容积分数相等。
三、海底天然气分子量标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称分子量。
∑=i i M y M 四、海底天然气密度（1）平均密度混合气体密度指单位体积混合气体的质量。
按下面公式计算： 0℃标准状态 ∑=i i M y 414.221ρ； 20℃标准状态 ∑=i i M y 055.241ρ 任意温度与压力下 i i i i V y M y ∑∑=/ρ （2）相对密度在标准状态下，气体的密度与干空气的密度之比称为相对密度。
燃气的基本性质
第二节 燃气的基本性质一、燃气的物理化学性质（一）燃气的组成（1）混合气体的组分表示法容积成分yi:混合气体中各组分的分容积与混合气体的总容积之比，混合气体的总容积等于各组分的分容积之和。
质量成分gi:混合气体中各组分的质量与混合气体的总质量之比。
混合气体的总质量等于各组分的质量之和。
分子成分xi ：混合气体中各组分的摩尔数与混合气体的摩尔数之比。
同温同压下，1摩尔任何气体的容积大致相等，因此气体的分子成分在数值上近似等于其容积成分。
混合气体的总摩尔数等于各组分的摩尔数之和。
即混合液体的组分的表示方法与混合气体相同（二）平均分子量：燃气的总质量与燃气的摩尔数之比。
（1）混合气体的平均分子量m 1m12m2n mn 1V (y V +y V +y V )100=⨯⋅⋅⋅+1122n n 1M (y M +y M +y M )100=⨯⋅⋅⋅+（2）混合液体的平均分子量（三）燃气的平均密度和相对密度(1)平均密度：单位体积的燃气所具有的质量，Kg/m3混合气体的平均密度湿燃气的密度气体的密度随温度和压力的变化而变化：压力升高，体积减小；温度升高，体积增大。
（2）相对密度 ：气体的密度与相同状态的空气密度的比值混合气体的相对密度混合液体的平均密度1122n n 1M (x M +x M +x M )100=⨯⋅⋅⋅+i i1y 100ρρ=∑w 0.833(d)0.833dρρ=+⨯+s 1.293ρ=i i 1y 100ρρ=∑（4）液体的相对密度指液体的密度与水的密度的比值。
因为4℃时水的密度为1Kg/L，所以液体的相对密度和平均密度在数值上相等。
常温下，液态液化石油气的平均密度是0.5~0.6Kg/L，相对密度为0.5~0.6，约为水的一半。
天然气和焦炉煤气都比空气轻，而气态液化石油气约比空气重一倍。
（四）临界参数即实际气体状态方程（1）临界参数温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，这个温度就叫该气体的临界温度，在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫做临界压力。
天然气物理化学性质
天然气物理化学性质一、物理性质1. 密度天然气密度较小，一般为 0.7-0.9 kg/m³，约为空气的1/5-1/8，因此天然气比空气轻。
2. 比热容天然气的比热容较低，一般在 2-3 kJ/(kg•℃)左右，这意味着加热天然气所需的能量较少，燃烧时也能释放更多的热量。
3. 蒸汽压由于天然气的分子量较小，因此蒸汽压也较低。
在常温下，天然气的蒸汽压非常低，几乎可以忽略不计。
4. 粘度天然气的粘度极低，比液化石油气还要低，一般为0.015-0.02 Pa•s，因此流动性非常好。
二、化学性质1. 氧化性天然气是一种可燃气体，含有大量的甲烷、乙烷等烷烃和少量的烯烃、芳香烃等物质，因此在空气中容易燃烧并释放大量的热能。
2. 惰性天然气在大多数情况下不会发生化学反应，是一种具有较高化学惰性的气体。
但在高温高压的条件下，天然气也会发生一些特殊的化学反应。
3. 可溶性天然气在水中的可溶性非常低，每升水中只能溶解数毫升的天然气，因此在生产和运输过程中需要采用一系列的处理工艺来进行天然气的脱水和脱酸等处理。
4. 酸碱性天然气本身是一种中性物质，不具有酸碱性。
三、在工业生产中的应用1. 燃气天然气具有燃烧热值高、燃烧清洁、供应安全稳定等优点，被广泛应用于城市燃气和工业燃料等领域。
目前已有大量的城市建立了天然气供应系统，供应给民用和工业用户。
2. 化工原料天然气中含有大量的甲烷、乙烷等有机物质，这些物质可以通过加工制造成为化工原料，制造丙烷、丙烯、烯烃等物质，广泛应用于化工生产中。
3. 发电天然气发电是现代发电技术的主要形式之一，利用天然气发电可以实现高效节能、绿色环保等好处，受到越来越广泛的关注。
在中国，天然气发电正在逐渐成为重要的电源之一。
四、结论天然气作为一种重要的能源资源，具有燃烧热值高、燃烧清洁、供应安全稳定等优点，被广泛应用于各个领域。
但是，天然气也存在一些问题，比如难以存储和运输、价格波动较大等。
油藏物理 第二章
i 1
Mi为组分i的摩尔质量
第一节 天然气的视分子量和密度
例：已知质量组成求摩尔组成：
组分 C1 C2 C3 C4 ∑
质量分数wi 0.85 0.1 0.04 0.01 1
ni=wi/Mi 0.85/14 0.1/30 0.04/44 0.01/58 0.065
yi=ni/∑ni 0.932 0.051 0.014 0.003 1.000
素及确定方法 本章难点： 压缩因子的定义、物理意义和确定方法 天然气粘度的影响因素分析
第二章 天然气的高压物理性质
天然气的最大特点是具有极大的压缩性
1、天然气是以溶解状态存在于石油中或以游离状态存在于油 藏的顶部(气顶气)或存在于全部气藏中(气田气)
2、天然气是一种混合气体，其组分复杂且经常改变 3、天然气和原油之间处于同一相态平衡体系中，油气相态随
第二章 天然气的高压物理性质
本章目的： 了解天然气的化学组成描述方法 了解天然气分子量、密度和相对密度的定义 了解天然气的状态方程和对应状态原理 了解天然气的压缩因子、体积系数、压缩系
数、粘度的定义、影响因素及确定方法
第二章 天然气的高压物理性质
本章重点： 天然气的状态方程和对应状态原理； 天然气各高压物性参数的定义、影响因
第二节 天然气的状态方程★和对比状态原理
(2)压缩因子
定义：给定T、P下，实际气体所占体积与同温同压下相同数
量的理想气体所占体积之比
物理意义: 反映了实际气体与理想气体压缩性的差异 ➢ 实际气体分子有体积→实际气体比理想气体难压缩 ➢ 分子间有引力→实际气体比理想气体易压缩；
大小反映了两方面影响的综合效果 ➢ Z＝1，V实＝V理→实气接近理气 ➢ Z＜1，V实＜V理→实气比理气易压缩←引力 ➢ Z＞1，V 实＞V 理→实气比理气难压缩←斥力
天然气基础知识1资料
第一讲
天然气化学组成与性质
一、天然气及分类
1.天然气的组成 什么是天然气？从不同角度出发就有不同的定义。广 义而言，天然气是指自然界中所有靠天然生成的气体， 如气田气、油田气和煤成气。广义：也有人认为凡从地 下采出的可燃气体，统称为天然气。狭义：天然气是指 从地下采出的、在常温常压下其相态为气态的烃类和少 量非烃类气体组成的混合物。 天然气所包括的烷烃系列从CH4—C5H12（甲烷一戊 烷）。其中甲烷可高达70%～98%，乙烷含量小于10%， 以及少量的丙烷、丁烷、戊烷等（一般仅占百分之几）。 非烃类气体有：二氧化碳、氮、硫化氢、氧、氢、一氧 化碳、稀有气体如氦（He）、氩（Ar）等。还可能含有
干气：每一标准立方米井口流出物中，C5以上重烃液体含量低于13.5厘 米3的天然气。 湿气：每一标准立方米井口流出物中，C5以上重烃液体含量超过13.5厘 米3的天然气。 富气：每一标准立方米井口流出物中，C3以上烃类液体含量超过94厘米3 的天然气。 贫气：每一标准立方米井口流出物中，C3以上烃类液体含量低于94厘米3 的天然气。
天然气的使用主要分以下五方面： 1、民用燃料：天然气价格低廉、热值高、安 全性能、环境性能好，是民用燃气的首选燃料。 2、工业燃料：以天然气代替煤，用于工厂采 暖，生产用锅炉以及热电厂燃气轮机锅炉。 3、工艺生产：如烤漆生产线，烟叶烘干、沥 青加热保温等。 4、化工原料：如以天然气中甲烷为原料生产 氰化钠，黄血盐钾，赤血盐钾等。 5、压缩天然气汽车：用以解决汽车尾气污染 问题。
一、天然气及分类 3、天然气组分： 天然气是一种以饱和碳氢化合物为主要成分 的混合气体，据有关资料统计，各类天然气中包 含的组分有一百多中，将这些组分加以归纳，大 致可分为三大类，即烃类组分、含硫组分和其它 组分。
天然气及其组分的物理化学性质
天然气及其组分的物理化学性质一、天然气的定义、分类及成分天然气是指从地球内部产生，通过地层破裂、孔隙和裂隙等天然通道，自然释放到地面上或岩石层中含有气体的地层中产生的混合气体。
天然气主要由甲烷及其伴生气体组成，包括乙烷、丙烷、丁烷等烷烃和少量的非烷类气体如CO2、H2S、氮等。
1. 烷烃类气体烷烃类气体是天然气中的主要组分，其中以甲烷含量最高，占天然气的50%~98%。
甲烷化学式为CH4，分子式中只包含碳和氢两种元素，成分简单。
甲烷是最轻、相对稳定和不易形成其他化合物的烷基化合物。
乙烷的分子式为C2H6，其含量在天然气中通常为2%~20%。
丙烷含量较少，通常占天然气的2%以内。
2. 非烷类气体天然气中还含有一些非烷类气体，包括CO2、H2S、氮等。
此类气体的含量较低，但是对天然气的运输、处理和使用都有一定的影响。
二、物理化学性质1. 密度天然气是一种相对较轻的气体，在标准条件下（温度为15℃，气压为101.325kPa）其密度约为0.65~0.85kg/m³，低于空气密度，故在空气中会上升。
由于天然气密度较低，自重力非常小，因此天然气在地层中的运移和分布受到很多因素的制约，需要相对较高的地层压力和孔隙度才能保持稳定的储集和运输状态。
2. 燃烧性能天然气是一种较为理想的化石燃料，具有高燃烧效率和低污染排放等优点。
天然气的燃烧热值高、燃烧过程稳定，生成的二氧化碳、水蒸气等废气排放量较小，相比煤、石油等传统化石燃料来说更环保。
天然气燃烧时生成的NOx等有害气体排放量也相对更少，但是气体中的硫化氢等成分在燃烧过程中也会生成二氧化硫等有害气体。
3. 溶解性天然气主要成分甲烷在水中的溶解度非常小，表现为不易被水溶解。
常温常压下，1L水只能溶解22.5ml甲烷，极端情况下最高可至50ml/L。
由于天然气中含有一部分CO2等成分，其溶解度要高于甲烷，导致水与天然气的接触面积越大，溶解率就越高。
天然气储存过程中，通常还需要与储气库内的地层水接触，因此溶解度的问题也是储存过程中需要考虑的重要因素。
天然气工程教程-第2章 天然气物理化学性质
g
air
干燥空气密度， Kg/m3
二、天然气的分子量和相对密度
２、天然气相对密度
g g / air
取1摩尔天然气来研究，有：
g g g
( M / V ) /( M / V )
M M g g/ air
M 28 . 97 air
air air
因为： 又： 有：
M 28 . 97 g g/
3 0 n .05
y n n n i i /i i i n 0 . 9 0 . 05 0 . 05 1 1 i i 1
3
3
2、天然气组成
体系中各组分的摩尔组成:
汽
相
y 1 n1 0 . 9 y 2 n 2 0 . 05 y 3 n 3 0 . 05
又：
m m i i/ i
V 22 .4 n i i
y V / V 22 . 4 n / 22 . 4 n i i i i i
2、天然气组成
y n n i i/ i
y ( m / M ) / ( m / M ) i i i i i
m m i i/ i
A ( A / T A / T )
9 7 pr
2 2 ( A A / T A / T )pr 6 7 pr 8 pr
2 2 3 2 A ( 1 A )( / T ) exp( A ) (1) 10 11 pr pr pr 11 pr
0 . 27 p/( ZT )
190.6
305.4
4.604
4.880 4.294 3.796
C3
C4
0.02
天然气的性质和特点
天然气的性质和特点1、天然气是一种易燃易爆气体，和空气混合后，温度只要达到550℃就燃烧。
在空气中，天然气的浓度只要达到5-15%就会爆炸。
2、天然气无色，比空气轻，不溶于水。
一立方米气田天然气的重量只有同体积空气的55%左右，一立方米油田伴生气的重量，只有同体积空气的75%左右。
3、天然气的主要成分是甲烷，本身无毒，但如果含较多硫化氢，则对人有毒害作用。
如果天然气燃烧不完全，也会产生一氧化碳等有毒气体。
4、天然气的热值较高，一立方米天然气燃烧后发出的热量是同体积的人工煤气（如焦炉煤气）的两倍多，即35.6-41.9兆焦/立方米（约合8500-10000千卡/立方米）。
5、天然气可液化，液化后其体积将缩小为气态的六百分之一。
每立方米天然气完全燃烧需要大约十立方米空气助燃。
6、一般油田伴生气略带汽油味，含有硫化氢的天然气略带臭鸡蛋味。
天然气的主要成分是甲烷，甲烷本身是无毒的，但空气中的甲烷含量达到10%以上时，人就会因氧气不足而呼吸困难，眩晕虚弱而失去知觉、昏迷甚至死亡。
天然气中如含有一定量的硫化氢时，也具有毒性。
硫化氢是一种具有强烈臭鸡蛋味的无色气味，当空气中的硫化氢浓度达到0.31毫克/升时，人的眼、口、鼻就会受到强烈的刺激而造成流泪、怕光、头痛、呕吐；当空气中的硫化氢含量达到1.54毫克/升时，人就会死亡。
因此，国家规定：对供应城市民用的天然气，每立方米中硫化氢含量要控制在20毫克以下天然气的化学组成天然气是指烃类气体。
地壳中，天然气就其产状分析，有游离态、溶解态（溶于原油和水中）、吸附态和固态气水合物四种类型。
从分布特点又可分为聚集型和分散型两类。
气藏气、气顶气、凝析气、油溶气属聚集型，也称为常规型天然气；水溶气、煤层气、固态气水合物则属分散型，也称为非常规型天然气。
从与油藏的关系划分，气顶气、油溶气以及油藏之间或油藏上方的、在成因上与成油过程相伴的气藏气，均归于伴生气；与油没有明显联系的或仅含有极少量原油的气藏气，成因上与煤系有机质或未成熟的有机质有关而生成的天然气称之为非伴生气。
C2-天然气物理化学性质-初稿
定义：在一定温度压力下，单位体积天然气的质量。
单位： kg/m3。
确定方法：
ρg
=
m V
=
pM （理想气体） RT
ρg
=
pM （实际气体） ZRT
2. 天然气的密度（density）
通用气体常数
R = PVm T
公制标准状态： 英制标准状态：
R = 0.101325× 22.4 = 0.008314 MPa ⋅ m3
确定方法： γ g = ρg / ρa γ g = M g / 28.96
第二节 天然气的相对分子质量、密度和比容
4. 天然气的比容（ specific volume ）
定义：单位质量天然气所占据的体积 。
单位： m3/kg。
确定方法：
υ
=
V m
=
1 ρg
υ = V = RT m pM g
（理想气体）
n2 = 0.05
n3 = 0.05
3
n = ∑ni =1 i=1
y1 =0.9 y2 =0.05 y3 = 0.05
1. 天然气的组成
已知体系中各组分的质量如表，求wi、vi和yi。
组分
C1
质量/kg 14.4387
C2 1.5035
C3 2.20485
(3) 求vi
n1 = 0.9
n2 = 0.05 n3 = 0.05
273.15
Kmol ⋅ K
R = 14.7 × 379 .4 ≈ 10 .73 Psia ⋅ ft 3
520
1bmol ⋅ R
注：单位不同，R数值不同；单位相同，数值一样； R与气体种类无关。
表- 天然气液化过程中的物理化学性质及危险特征
该表格列出了天然气液化过程中涉及的物理化学性质及危险特征。以下是各个属性的简要说明：
属性
描述
温度
液化过程需要将天然气冷却到较低的温度以使其变成液体状态，通常需要达到零下162摄氏度左右。低温使天然气分子间距增大，从而增加了液态天然气的密度。
压力
在液化过程中，通过增加压力可以促使天然气达到液化状态。较高的压力可以降低天然气的沸点，有助于液化过程。
物化性质
液态天然气具有较高的能量密度和易于储存的特点。但密度较大的液态天然气在储存和运பைடு நூலகம்过程中需要特殊的设施和措施以确保安全。
危险特征
液态天然气具有易燃、易爆的特性，一旦泄漏或受到外部火源点燃，可能引发火灾或爆炸。在使用和储存过程中需要特殊的安全措施，如防爆装置和泄漏监测系统。
以上是表格中包含的物理化学性质和危险特征的简要描述。这些信息对于研究和处理天然气液化过程中的安全问题非常重要。
天然气与井喷知识（2篇）
天然气与井喷知识1、天然气的组成天然气主要组分为甲烷，通常占90%以上，还含有一些乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的烃类，并且有少量的二氧化碳、氮气、硫化氢、氢气等非烃类组分。
我国油气田中普遍含硫化氢较少，但四川所产天然气中含硫化氢较多。
含量约在0.1%左右。
天然气的物理化学性质相对密度：0.55-0.75闪点：-218℃自燃点：500-700℃（典型干气）爆炸下限：3.6%-6.5%爆炸上限：13%-17%最小点火能：0.3-0.4MJ（典型干气）天然气的低位发热量（扣除水的气化潜热后的发热量）：35-39MJ/Nm32、天然气的危害甲烷等轻烃本身无毒，为单纯窒息性气体。
但硫化氢是一种剧毒气体，天然气中如果含有较多的硫化氢，大量吸入会损害健康。
3、油气井井喷失控钻井分钻探井和生产井两种，钻探井的目的是要搞清地下是否有石油或天然气；钻生产井是为了把地层中的油、气开采出来。
当钻井遇到地下油、气、水层时，地下的油、气或水串进井内的泥浆里，加快了泥浆流动和循环的速度，地下油、气压力失去控制，造成油、气、水等混合物沿着环空迅速喷到地面。
为什么油井会发生井喷失控？地下压力是怎样形成的？原来，在井眼未形成之前，地层四周应力处于平衡状态，压力相对稳定。
井眼形成以后，地层压力平衡受到破坏，地层下的流体由于流动而产生压力。
钻井时为了平衡地层压力，保证钻井正常进行，要不断地往井内注入泥浆，并随时根据地层压力的变化调整泥浆比重，使井底压力始终与地层压力保持平衡，而油井井喷失控则是由于种种原因，使井底压力低于地层压力，井下压力失去平衡造成的。
在钻井的过程中发生井喷失控的事故，根据我国玉门、四川、大庆、中原等油气田发生的一些井喷失控事故的发生分析，大多数是在钻入高压油、气层时，由于施工设计不准确，泥浆性能不好，操作技术不当，或井下发生严重漏失等原因造成的。
井喷失控如不能及时控制，很容易发生火灾，井喷失控一旦发生火灾将会造成巨大损失。
天然气的物理化学性质
第二章天然气的物理化学性质提示第二、三章是以后各章学习的基础。
较全面的天然气物理化学性质应包括：1）物理性质，如：分子量、密度和相对密度、饱和蒸汽压、粘度、临界参数、真实气体和理想气体状态方程及气体偏差系数、体积系数、含水量、溶解度和烃露点等；2）相态性质和相平衡计算；3）热力学性质如：比热容、绝热指数、导热系数、汽化潜热、焓、熵、热值和爆炸性等。
限于篇幅，本章只涉及与渗流、管流和储存有关的几个参数。
这些参数的实验分析与测定是必不可缺少的手段。
国家技术监督部门认可的方法和标准是测试的依据。
在没有实验和现场试验数据时，那么采用一些经验公式是唯一可行的选择，而且有利于实现计算机编程。
第一节天然气的组成与分类一、天然气的组成天然气是指自然生成，在一定压力、温度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、硫化氢及水蒸汽等非烃类气体及少量氦、氩等惰性气体。
天然气中还可能含多硫化氢、以胶溶态粒子形式存在于气相中的沥青质，还可能微含水银。
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（参见国际标准化组织ISO14532. 2001）。
天然气中常见组分的性质见表2-1。
为了了解天然气的组成，可以对天然气组分作全分析，目前国内外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。
表示天然气组成的方法有三种：1、摩尔组成：这是目前最常用的一种表示方法，常用符号i y 表示气中组分i 的摩尔组成，其表达式为∑==ni iii nn y 1（2-1）式中 i n ——气组分i 的摩尔数；∑=ni in1——气体总摩尔数，n 为气体组分总数。
表2-1 天然气主要组分在标准状态下的物理化学性质①0℃，101.325kPa；②MJ，106J(焦)③引自文[1]。
2、体积组成： 也常用符号i y 表示∑==ni iii VV y 1（2-2）式中 V i ——气组分i 的体积；∑=ni iV1——气体总体积。
天然气物理性质
– 定义：以水的正常冰点为00C，水的正常沸 点定为1000C，其间均分为100等分，其单 位为摄氏度
12
• 华氏温标
索引
– 定义：以水的正常冰点为320F，水的正常沸点定 为2120F，其间均分为180等分，其单位为华氏度
• 开氏温标
– 定义：以水的正常冰点为273.15K，水的正常沸 点定为373.15K，单位：开尔文度
天然气的化学组成与分类索引
• 定义
– 天然的可燃气体统称为天然气 – 以烷烃为主的各种烃类和少量非烃类气体所
组成的气体混合物
• 组成
– 气体：气态烃、硫化氢，二氧化碳，氮气等 – 液体：液烃和水 (游离水和凝结水） – 机械杂质
1
索引
分类
• 按来源分类：
– 气田气：富含甲烷 – 油田气：乙烷及乙烷以上的烃类含量高 – 凝析气田气：丙、丁、戊烷 – 矿井气
6
换算方法
索引
• 已知质量组成gi，换算为体积组成vi或摩尔组 成yi
yi
ni ni
gi Mi gi Mi
• 已知摩尔组成yi，换算为质量组成gi
gi
mi mi
yiMi yiMi
7
换算方法
索引
• 已知体积百分数vi，换算为质量百分数gi
gi
mi mi
niMi niMi
20
天然气的分子量 索引
• 定义
– 把00C、101325Pa时体积为22.4立方分米 天然气所具有的质量认为是天然气的分子 量，称为视分子量或平均分子量
• 计算方法 M y i M i 随组成不同而变化
M W N 1
M
gi
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C1, C2, C3
Vi 2.24ni V12.01(6l) V21.12(l) V3 1.12(l)
3
vi Vi / Vi i1
体系的总体积V:
3
V Vi V1V2 V32.24 i1
v1y10.9 v2y20.05 v3y30.05
三、天然气的分类
按烃类组 分关系
天
然
气 的 分
按矿藏特 点
第一节 天然气的组成和分类
一、基本概念 u体系(system)
指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体，又 称物系、系统。体系可分为单组分和多组分体系。
多组分体系 multi-component
油
C3、C7、C20
水
H2O
水
单组分体系
H2O single-component
一、基本概念
u组分(component) 形成体系的各种物质称该体系的各组分，也即物系中 所有同类的分子。
油
C3、C7、C20 10%、20%、70%
二、天然气的组成
1、天然气：（烃类、非烃类） uNatural gas：指从地下采出的，常温常压下相态
为气态的烃类和少量非烃类气体组成的混合物。 lHydrocarbon：CnH2n+n
C1(70~98%)、C2(<10%） C3~C5(百分之几)、C6+（甚微） lNon-hydrocarbon：H2S、CO2、N2、CO、Ar、He
（摩尔分数，可用百分数，也可用小数表示）
二、天然气的组成
u体积组成 ：用符号vi表示
各组分的体积占总体积的分数。
n
n
vi Vi / Vi
vi 1
★当考虑天然气为遵i1循阿伏加i 德1 罗定律的混合气体
时，其体积组成与摩尔组成相等
u质量组成：用符号Gi表示 各组分的质量占总质量的分数
n
Gi wi / wi i1
体系的质量组成:
i1
G1 0.79565 G2 0.08285 G3 0.1215
二、天然气的组成
气相
C1, C2, C3
l体系的摩尔组成 体系中各组分的分子量:
M1 16.043M2 30.070 M3 44.097
体系中各组分的摩尔数: ni mi /Mi
n 1 m 1 /M 1 1 4 .4 3 8 7 /1 6 .0 4 3 0 .9
二、天然气的密度
u定义(density) 在一定温度压力下，单位体积天然气的质量。
g m/V （Kg/m3）
u计算方法 在理想条件下，
g
m V
pM RT
实际气体，
g
pM ZRT
三、天然气的相对密度
u定义(specific gravity or relative density) 在20℃，0.101MPa下天然气的密度与干燥空气 的密度之比。
n2 0.05 n3 0.05
二、天然气的组成
体系的总摩尔数n:
气相
C1, C2, C3
3
n ni n1n2n3 i1 0.90.0ni ni
体系中各组分的摩尔组成:
y1n10.9 y2n20.05 y3n30.05
二、天然气的组成
l体系的体积组成
气 相 体系中各组分的体积:
第二章 天然气的物理化学性质
u确定天然气在各状态下物性参数的方法： l直接取气样进行实验测定； l根据天然气各组分的物理性质、物理规律利用
混合规则进行计算。
第二章 天然气的物理化学性质
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
天然气的组成和分类 天然气的分子量、相对密度、密度和比容 天然气偏差系数的确定 天然气的等温压缩系数 天然气的体积系数和膨胀系数 天然气的粘度 天然气含水量和溶解度
类
按H2S、 CO2含量
干气：地下地面均呈气态， C5+几乎没有 湿气：地下气态，地面有液烃，C5+很少 贫气：C3+<100cm/m3 富气：C3+〉100cm/m3 纯气藏气：地下气态， C1>90%，C2-C4少， C5+甚微，γg0.5-0.6 凝析气藏气：地层原始状态呈气态，开发过 程中，当地层压力低于露点压力时有液烃析 出，C160-90%， C5+较高， γg0.7-0.9 油田伴生气：地下与原油共存，伴随原油产 出，C1<60%， C5+甚微， γg〉1
g g /a
u计算方法 g Mg/28.97
思考题：如何得到？
三、天然气的相对密度
气相
C1, C2, C3
u已知：天然气的摩尔组成如下
酸性天然气：S<1g/标m3
净气： S〉1g/标m3
第二节 天然气的分子量、相对密度、密度和比容
一、天然气分子量 (molecular weight） u定义：标态下1kmol（0℃、1atm、22.4m3）天然
气具有的质量。单位：kg/kmol 又称平均分子量、视分子量 u确定方法：
n
Mg yiMi i1
二、天然气的组成
2、天然气组成 天然气中各组分气体所占总组成的比例 实验室用气相色谱仪分析
二、天然气的组成
3、天然气组成的表示方法
三种方法：摩尔组成、体积组成、质量组成
u摩尔组成：用yi表示，最常用的一种表示方法 各组分的摩尔数占总摩尔数的分数。
n
yi ni / ni i1
n
yi 1
i1
n
Gi 1
i1
二、天然气的组成
u质量组成与摩尔组成的换算
由 wi /Mi ni ，可推得：
n yi (Gi/Mi)/(i 1Gi/Mi)
Mi为组分i的摩尔质量(molecular weight)
思考：已知摩尔组成如何换算 为质量组成？
二、天然气的组成
气相
C1, C2, C3
u已知：体系中各组分的质量如下
m1 14.4387 Kg m2 1.5035 Kg m3 2.20485 Kg
u求：体系的质量组成、摩尔组成和体积组成
二、天然气的组成
l体系的质量组成
气相
C1, C2, C3
体系的总质量m
3
m mi m1m2m3 i1 18 .14705
3
G1m1/ mi 1.4438/17.814705
油
C3、C7、C20
水
H2O
拟组分(pseudo-component)： 用于工程计算的一种假想组分， 由物系中几种组分合并成。
例如，油气相态研究中常用组分：
l纯组分：C1、C2、C3…； l拟组分：轻烃组分C2-6、重烃组分C7+
一、基本概念
u组成(composition) 体系中构成某物质各组分所占的比例。定量表 示体系或某一相中的组分构成情况。