第二节 天然气
??? ?? 天然气：广义上指岩石圈中存在的一切天然生成的气体。石油地质学中研究的主要是沉积圈中以烃类为主的天然气。
一、天然气的产出类型
??? 按天然气的成因可分为有机成因气和无机成因气；
??? 按天然气存在的相态可以分为游离气、溶解气、吸附气和固态气水化合物；
??? 依天然气分布特征可分为聚集型和分散型；
??? 依天然气与石油产出的关系分为伴生气和非伴生气。
??? 按照天然气的成分可分为烃类气体和非烃类气体。
??? （一）聚集型天然气
?? ? 1、气顶气：与石油共存于油气藏中呈游离气顶状态产出的天然气。
以烃类为主，除大量的甲烷外，还有重烃气体和轻组分的液态烃，
少量氮气和二氧化碳凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，
由液态烃逆蒸发而形成的气体。开采出来后，由于地表压力、温
度较低，按照逆凝结规律而逆凝结为轻质油即凝析油。
??? 2、气藏气：单独聚集的天然气。可分为干气气藏和湿气气藏。
??? 干气气藏：甲烷含量大于95%，重烃气体含量少，采到地表
也是气体。
??? 湿气气藏：含较多的甲烷，还有乙、丙、丁烷液态烃，还
溶解了戊、己烷等，重烃含量大于5%，采到地表除含较多气体
外，还凝结出许多液态气体。
?? ?3、凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，由液态烃
逆蒸发而形成的气体。开采出来后，由于地表压力、温度较低，
按照逆凝结规律而逆凝结为轻质油即凝析油。
??? 凝析气藏的形成
??? 烃类纯物质的相态：在温度一定时，随压力增加，体积缩小，到达
露点A后，压力不变而体积继续缩小，直到泡点B后，压力增大体积变化
甚微，露点A为开始液化的点，泡点B为完全液化的点，A-B为气液两相
共存区段，其对应的压力为饱和蒸汽压，大小取决与温度，温度升高，
A-B线段逐渐缩小，直到临界点K。
??? 多组分烃类相态及凝析气藏的形成：多组分烃类物系相态图与烃类
纯物质的相态图不同，其露点线和泡点线交绘于临界点K，所围区域为气
液两相共存区，临界凝析压力点K2和临界凝析温度点K1之间为逆凝析区，
在该区内，低压条件下（B3）为气态，压力增大到（B2）后，压力增大
液相反而减小，到B1点则完全气化，这与正常蒸发概念完全相反，称为
逆蒸发，相反的过程称为逆凝结，凝析气（油）藏的形成正是逆蒸发
（逆凝结）相态转变的结果。
??? 临界凝析温度点K1：多组分相态中，不管压力多大，凡高于此温度便
不能形成液体。
??? 临界凝析压力点K2：多组分相态中，不管温度高低，凡高于此压力便
不能形成气体。
??? 凝析气藏和湿气气藏的区别：
??? 凝析油中含大量的轻质烃类，重质烃类较少，呈淡黄色，刚开采是伴
生气较多，随着气藏不断开采，伴生气越来越少；湿气气藏含的气体多，
凝析气藏含的气体少。
?? （二）分散型天然气
??? 1、油内溶解气：溶解于石油中的天然气。
??? 2、水内溶解气：溶解于水中的天然气。
??? 3、煤层气：煤层中所含的吸附和游离状态的天然气。
??? 4、固态气水合物：是在冰点附近的特殊温度和压力条件下形成的固
态结晶化合物。主要分布在冻土、极地和深海沉积物分布区。
??? 固态气水合物是在温度高于水本身的固化温度的时候，天然气和水结
合而形成的一种固态液体，而不是化合物。气体分子和水分子的数目是固
定的，一个甲烷分子需要5.75个水分子，一个乙烷分子需要7.66个水分子，
一个丙烷或丁烷分子需要17个水分子。
二、天然气的化学组成
??? 天然气的元素组成，以碳、氢为主，碳占65～80%，氢占12～20%，
另有少氮、氧、硫及其它微量元素。天然气的化合物组成以甲烷为主，
其次为重烃气，并含有数量不等的N2 、CO2、H2S 及其它惰性气体。
世界上绝大多数气藏的成分是以烃气为主的。烃含量高于80%的气藏约
占气藏总数的85%以上，90%以上的储量会集中于烃含量在90%以上的气
藏中；氮气含量为主的气藏仅占气藏数的百分之几，含量在90%以上的
不到1%；以CO2、或H2S为主的气藏占气藏总量的1%以下。
三、天然气的物理性质
??? 比重：在标准状态下，单位体积天然气与同体积空气的重量比，即天然气的比重。一般为0.65～0.75，高者可达1.5，湿气的比重大于干气。 ??? 粘度：天然气的粘度与其化学组成及其所处的环境有关。一般随分子量增加而减小，随温度、压力增大而增大（因分子间的运动加快，碰撞增多）。 ??? 蒸气压力：气体液化时所需施加的压力称蒸气压力。蒸汽压力随温度升高而增大。在同一温度条件下碳氢化合物的分子量越小，则其蒸气压力越大。 ??? 溶解性：在相同的条件下，天然气在石油中的溶解度远大于在水中的溶解度。当天然气重烃增多，或者石油中的轻馏份较多时，都可增加天然气在石油中的溶解度。 ??? 热值：每立方天然气燃烧时所发出的热量称为热值。单位每千卡/米3 或千卡/千克。湿气热值较高，可达210千卡/米3，而煤和石油的热值分别为4103千卡/千克及104千卡/千克。热值是评价燃料质量的重要指标。
