天然气水合物形成过程中的气体组分分异及地质启示

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现代地质
201 0 年
The content o f m ethane decreases in hydra te, but that of w et gas increases, wh ich is contrary in the free gas. The hydrate zone can be div ided into d isso lved gas zone, gas hydrate stab le zone and free zone ( or convent ional natura l gas zone) from top to bottom. The m ethane content is m idd le low h igh, and w et gas and d iox ide con tent is low h igh m idd le in the three zones. T he results show that the sam e gas source have different gas com position character istics under different zones. K ey w ord s: gas hydrate reservoir form at ion; natura l gas; gas com position d ifferent iat ion; sim ulat ion experi m en;t geological significance
图 1 已发现天然气水合物样品及可能的水合物气源成因辨别图 F ig 1 G ene tic cha racte rization o f g as samp les from found subm arine gas hydrate and possib le g as hydrate source
收稿日期: 2010 07 30; 改回日期: 2010 10 20; 责任编辑: 戚开静。 基金项目: 国家 863 计划项目 ( 2006AA 09A 209 )。 作者简介: 林晓英, 女, 讲师, 博士研究生, 1980年出生, 矿产普查与勘探专业, 主要从事油气地质方面的研究工作。
Ema i:l lxy2002199@ 126 com。
地质条件下天然气水合物形成的气体来源有生 物成 因、热 成因、二者 的 混 合 成 因及 无 机 成 因 气 [ 3 - 21] 。K venvolden[ 16] 统计了世界各地的天然气水 合物样品, 通过烃类气体成分和甲烷碳同位素组成 分析认为, 水合物中甲烷气体主要由微生物还原沉 积有机质的 CO2而产生。通过图 1可以看出, 除了 生物成因气以外, 热成因气和二者的混合成因气也 存在或成为天然气水 合物气体的主要 来源, 如里 海、墨西哥湾、中国的西沙海槽、南海北部陆坡地 区。中国青海煤炭地质一〇五勘探队在青海木 里 煤田施工的 DK - 1科学钻探试验孔获得 2个水合 物样品, 其成 分分 析 表明, 甲 烷含 量 为 52% ~ 68% , 其次为 乙烷、丙 烷、丁烷、戊烷、二氧 化 碳及 C+6 以上的重烃, 甲烷碳同位素值为 - 39 5∃ 和 - 50 5∃ , 表现出 明显的热 成因气 体特征 [ 17] 。 气体成因的不同会导致气体组分及同位素组成 的 不同, 生 物成因 气以干 气为主, 甲烷 含量 较大, 一般超过 99% , 甲烷碳同位素比较轻, 一般小于 - 55∃ , 另外含有少量的二氧化碳; 热成因气体以 甲烷为主, 含有一定量的 n D ifferentiation during Natural G as Hydrate Form ation and Its G eological Significance
L IN X iao y ing1, 2, ZEN G Jian hu i1
( 1 S ta te K ey L abora tory of P etroleum R esources and P rospecting, Ch ina U niversi ty of P etroleum, B eijing 102249, C hina; 2 School of En ergy S cience and Eng in eering, H enan P olytechn ic Un iv ersity, J iaozuo, H enan 454000, Ch ina )
第 6期
林晓英等: 天然气水合物形成过程中的气体组分分异及地 质启示
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等, 甲烷碳 同位素偏 重, 一般 大于 - 50∃ 。 [ 22- 24 ] 品气体成分如表 1所示。样品 1主要以甲烷为主,
中国南海北部深水区天然气主要成因为生物成因、 平均含 量为 86 63% , 其 次为乙 烷, 平均 含量 为
特点, 湿气和二氧化碳含量呈低 ∀ 高 ∀ 中的三层结构分 布模式, 因 此, 同一 气源气 体在不 同带内表 现出不 同的气 体组
分特征。
关键词: 水合物成藏; 天然气; 气体组分分异; 模拟实验 ; 地质启 示
中图分类号: T E122
文献标志码: A
文章编号: 1000- 8527( 2010) 06- 1157- 07
Abstract: T he d ifferen t gas sources have d ifferent gas compositions under geo log ica l cond itions, w hich have different effects on form ation conditions o f natura l gas hydrate reservo ir. In th is paper, the sim ulat ion experi m ents o f gas hydrate fo rm ation w ere carried on one dim ensional gas hydrate experim ent dev ice in China Univer sity o f P etro leum. The tw o experim ent samp les are conven tiona l natura l gas. T he gas com positions, inc lud ing orig ina l gas sam ples, free gas sam ples a fter gas hydrate form at ion, and decom position gas of gas hydra te, w ere analyzed. The exper im enta l results show that CH 4 and N2 volum e content reduces in the decom posit ion gas of hydrates, and C2H 6, C3 H 8, iC4 H 10, nC4H 10, CO 2 volum e con tent increases, and it is contrary in free gas. Th ism eans that C2H 6, C3H 8, iC4H10, nC4H10, CO2 m ore easily form gas hydrate compared w ith CH4 and N2 under the condit ion o f the sam e tem perature and pressure. B ased on relat ive vo lum e variation of the decom posi t ion gas to the orig ina l gas composition, it can be concluded that the ab ility o f form ing hydrate from hydrocarbon ordinarily increases from m ethane, ethane, propane to isobutene in experim ental tem perature and pressure con dit ions ( temperature range is from 4 to 10 ! , gas inlet pressure is 5 M Pa) . T he different hydrocarbons have different hydrate form ation conditions, w hich resu lts in gas com posit ions d ifferentiat ion during hydrate form at ion.
摘要: 自然地质条件下不同气 源的天然气体由于其组成 不同, 对 天然气水 合物的 成藏条 件产生 不同影 响。以 2个 常规
天然气样品为例, 在中国石油大学自行 研制的水合物成藏 一维模 拟实验装 置上进 行了水 合物成 藏模拟 实验, 并对 实验
前后的原始气样、水合物形成 后的游离气、分解气进 行了气体 组分分 析。实验 结果表 明: 水合物 分解气 中 CH4、 N2含 量降低, 而 C2H6、 C3H8、 iC4H10、 nC4H10、 CO2含量增大, 游离气中各组分的变化趋势刚好相反, 这意 味着同等 的温度 压力条件下, C2H6、 C3H8、 iC4H 10、 nC4H 10、 CO2等与 CH4、 N2相比更易于形 成水合物; 通 过计算分解 气体各组 分相对 于原始气体的相对变 化量发现, 在实验温度压力条件下 (高压釜温度范围为 4~ 10 ! , 气体进口压力为 5M P a), 烃类气
1概 述
天然气水合物是由天然气和水在一定的温度 和压力条 件 下 形成 的 一 种笼 型 晶体 化 合 物。自 1934年美国科学家 H amm ersem idt首次在天然气运 输管道中发现天然气 水合物以来, 其研究受到了 广泛的关注, 已在 世界范围内展 开 [ 1- 2] 。油气生 产和输运过程中天然气水合物的形成堵塞输气管 道, 严重影响了天然 气的运输, 引 起重大的经济 损失。海洋和冻土带中存在的天然气水合物是一 种有前景的可持续的 能源。据潜在气体联合会估 计, 永久冻土区天然气水合物资源量为 1 4 # 1013 ~ 3 4 # 1016 m3, 包括海洋天然气水合物在内的资 源总量为 7 6 # 1018 m3 [ 1] 。但是, 也有人 [ 2] 认为储 存在气水合物中的碳至少有 1 # 1013 ,t 约是当前已 探明的所有化石燃料 ( 包括煤、常规的石油和天然 气 ) 中碳含量总和的 2倍; 另外, 利用天然气水合 物处理温室气体、进行天然气储运等也都具有重 要的价值 [ 2] 。因此对天然气水合物形成的研究有 重要的意义。