第九章石油生产基础知识-天然气

天然气概念，是指以烃类气体为主的天然气体，主要成分是甲烷，并含有一些二氧化碳、氮气、硫化氢等非烃类气体。它是一种无色无味、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源，热值为8500大卡/米3。它们分布在岩石圈、水圈及地球内部。

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。就其分布特点，又可分为聚集型和分散型两类。气层气（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、页岩气、固态气水合物则属分散型，称为非常规型天然气。从与油藏的关系划分为伴生气和非伴生气。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；与油没有明显关系的或仅含有少量原油的气藏气，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为非伴生气。

常规的天然气储存形式多样，包括气层气、油溶气、凝析气

气层气指在原始储层条件下，天然气以自由气相储存于储层内

油溶气指原始储层条件下，天然气以溶解状态存于储层内的原油中

凝析气指原始地层条件下，天然气以自由相存在，但当地层压力降到露点压力以下时，有反凝析现象产生

水溶气指在原始储层条件下，天然气体溶解于储层内的边水或底水中

煤层气也称煤矿瓦斯气，从已经进行的研究和预测表明，具有巨大的潜力。20世纪90年代以来，我国已不同程度地启动了煤层气开发工作。近十年来，页岩气成为勘探开发着力开拓的领域。

天然气的组成、物理性质及用途

天然气是各种气体的混合物，其主要成分是各种碳氢化合物，其中甲烷（CH

4

）

占绝对多数（＞80%），次为乙烷（C

2H

6

）、丙烷（C

3

H

8

）、丁烷（C

4

H

10

）及其它重质

气态烃，它们是天然气的主要可燃成分。除上述烃类气体外，天然气中还含有少

量二氧化碳（CO

2）、氮气（N

2

）、氧气（O

2

）、氢气（H

2

）、硫化氢（H

2

S）、一氧化

碳（CO）等气体和极少量氦（He）、氩（Ar）等惰性气体，这些不可燃烧成分，影响天然气的热值。

①根据重烃含量分类

干气：天然气的化学组成以甲烷为主，甲烷含量达90%以上，乙烷与乙烷以上的重烃很少或没有。

湿气：天然气的化学组成仍以甲烷为主，对乙烷、丙烷等重气体烷烃和水分含量在10%以上的天然气称为湿气。油田伴生气大部分是湿气，只有经过多级分离和净化才能变成干气。

在现场简易鉴定干气与湿气的方法为：将天然气点燃，仔细观察火焰颜色，若为蓝色即为干气；若为黄色即为湿气。也可将气体通入水中，水面上呈彩色油膜的则为湿气；干气不具此特征。

②根据矿藏分类

气田气：天然气中主要含甲烷，约占80%～98%，重烃气体很少，约占0～5%，不含戊烷或戊烷以上的重烃或含量甚微。

油田气：天然气中主要成分除含甲烷外，乙烷或乙烷以上的重烃较多，在5%～10%以上，和石油共生，又称为石油气。

凝析气：天然气中除含有大量甲烷外，戊烷或戊烷以上的烃类含量也较高，含有汽油和煤油组分。主要是由于油、气藏的埋藏深度加大，处于高温、高压下

的碳氢化合物为单相气态，采到地面后，由于温度、压力降低而发生凝结，由原来单相气态的碳氢化合物转为液态石油。

煤层气：指煤层中所含的吸附或游离状态的天然气，在煤矿中将其称为矿井瓦斯。成分以甲烷为主，也含有氮气和二氧化碳气，重烃含量很少，有时还含有极少量的氨和硫化氢气体。

③天然气的物理性质

天然气密度：指1立方米天然气在0℃及0.101325MPa条件下的质量，单位为克/厘米3（kg/m3）。天然气是多组分的混合物，各组分的密度也不相同。随着重烃含量增多，密度增大。密度随压力增高而增大，随温度增高而变小。

天然气的相对密度：在某一压力和温度下天然气密度与标准状态下同体积干燥空气的密度之比。一般在0.6～1.0之间，比空气轻。含重烃量多的天然气相对密度较大，如中原油田个别油气藏的天然气相对密度竟高达 1.0298，主要是天然气中含重烃较多所致。相对密度小的天然气其主要成份是以甲烷为主，含量约在90%以上。例如四川油田阳三气藏，天然气的相对密度为0.562，其甲烷含量竟高达98.15%。

一般天然气液化后，体积缩小1000倍，故在天然气和石油的产量、储量中，常采用1000cm3天然气相当于1cm3石油，其利用价值也大致相当。

天然气粘度：是指天然气在流动时，分子间所产生的内摩擦力，单位是毫帕秒（mPa•s）。天然气粘度是表示天然气流动难易程度的一种参数；气体粘度大小与压力、温度有关。一般来说，在相同温度下，压力不大时，气体粘度与压力无关，压力较大时，气体的粘度随压力增加而增加。气体的粘度和液体不同，在低压时粘度随着温度升高而增大。但是当压力很高时，气体粘度随温度升高而降低。

溶解性：任何气体均有不同程度的溶解于液体的性能，气体溶于液体的数量，决定于液体与气体的性质、压力、温度及已溶于液体中的其他溶解物质的特点。在地层中，天然气具有溶于水和石油这两类不同液体的能力，但易于与石油互溶而与水则不易互溶。轻质石油比重质石油溶解容易得多，而重的碳氢化合物气体较轻的碳氢化合物气体易于溶解。当天然气溶于石油后就会降低石油的密度、粘度及表面张力，使石油的流动性增大。

压缩性：天然气是可压缩的，同体积的天然气，在地面和地下密度不同，质量也不同。通常可用天然气的体积系数来衡量。天然气的体积系数是指天然气在油层条件下所占的体积与在标准状况（20℃，0.101MPa）下所占体积的比值，单位是“立方米每立方米”（m3／m3）。也可用弹性压缩系数来衡量，弹性压缩系数是指压力每变化lMPa，气体体积的变化率。

④天然气的用途

天然气是低碳经济的助力器。天然气是一种清洁高效的能源，具有燃烧效率

高、使用方便、不产生废渣以及CO

2、SO

2

等温室气体排放少等优点。在燃烧效率

方面，天然气比煤炭高40%。在温室气体排放方面，天然气比煤炭排放的CO

2

减少52.1%。天然气相对于煤炭具有巨大的资源优势。因此，它对低碳经济的发展，具有重大的推动作用。

我国于2002年7月4日正式开工建设的“西气东输”工程，西起新疆塔里木盆地经甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏，输送天然气到上海、浙江，供应沿线各省的民用和工业用气。这一工程的建成，不仅缓解东部经济发达地区的能源短缺问题，同时也使这一地区的空气质量大为改善。

国内天然气的用途按功能可分为燃料和工业原料两大类，按行业可分为化