第1章石油天然气油田水.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 石油、天然气、油田水,第,1,节石油(,Petroleum,),第,2,节,天然气(,Natural Gases,),第,3,节,油田水(,Oilfield Waters,),第,1,节 石油,1石油的化学组成,2石油的分类,3海陆相石油的基本区别,4石油的物理性质,石油是一种天然产出的、可以燃烧的有机矿产。,石油是气态液态及固态烃类及其衍生物的混合物,，,在成分上以烃类为主，含有数量不等的非烃化合物及多种微量元素。,在相态上以液态为主，溶有大量烃气及少量非烃气以及数量不等的固态烃类、非烃类物质,。,不同油气藏中组成石油的各种成分和相态的比例是因地而异的。,因此，石油没有确定的化学成分和物理常数,。,石油没有确定的化学成分，因而也就没有确定的元素组成。但其元素组成还是有一定的变化范围,。,（一）元素组成,石油主要由碳,carbon(C）、,氢,hydrogen（H）、,硫,sulfur（S）、,氮,nitrogen（N）、,氧,oxygen（O）,等元素组成（表）。,一、石油的化学组成,原油的元素组成（重量百分比）,原 油 产 地,元 素 组 成,C,H,S,N,O,中,国,大庆(萨尔图混合油),85.74,13.31,0.11,0.15,0.69,胜利(101混合油),86.26,12.20,0.80,0.41,-,弧岛油田,84.24,11.74,2.20,0.47,-,大港油田(混合油),85.67,13.40,0.12,0.23,-,江汉油田(混合油),83.00,12.81,2.09,0.47,1.63,克拉玛依油田(混合油),86.13,13.30,0.04,0.25,0.28,前,苏,联,雅雷克苏,80.61,10.36,1.05,痕量,8.97,乌克兰,84.60,14.00,0.14,1.25,1.25,老格罗兹尼,86.42,12.62,0.32,-,0.68,卡拉-布拉克,87.77,12.37,-,-,0.46,美 国,文图拉(加利福尼亚州),84.60,12.70,0.40,1.70,1.20,科林加(加利福尼亚州),86.40,11.70,0.60,-,-,博芒特(得克萨斯州),85.70,11.00,0.70,2.61,堪萨斯州,84.20,13.00,1.90,0.45,0.45,(据石毓程，1980 补充),在石油微量元素中，以钒,、,镍两种元素含量高、分布普遍，且鉴于其与石油成因有关联，最为石油地质学家所重视。,V/Ni,比值可做为区分是来自海相环境还是陆相环境沉积物的标志之一。,一般,V/Ni1,被认为是海相环境；,V/Ni,C,4,者较少见。,In most situation，,含量随碳数增加而减少；但在有的气藏中也可见,C,3,H,8,和,C,4,H,10,异常高的现象。重烃气中,C,4,-C,7,除正构烷烃外，有时还有少到微量环烷烃和芳烃。,一般常根据重烃气的含量将天然气划分为,湿气和干气(,wet gases and dry gases)。,但不同学者所用的参数、量值及具体的划分方案不尽相同。,在天然气地质学上常用重烃气含量5%作为划分干气和湿气的界限，,C,2+,5%,称为湿气，,C,2+,5%,称为干气,。典型的湿气和干气以及欧、非、美洲若干有商业价值的天然气烃类组成如表所示。,天然气组成%（体积）,资料,来源,CH,4,C,2,H,6,C,3,H,8,C,4,H,9,C,5,H,12,非烃,典型,湿气,84.6,6.4,5.3,2.6,1.1,Heron,(964),干气,96.0,2.0,0.6,0.3,1.1,利曼（英，北海）,94.8,3.0,0.6,0.2,0.2,0.2,Tiratsoo,(1979),非洲,利比亚,71.4,16.0,7.9,3.4,1.3,/,阿尔及利亚,86.5,9.4,2.6,1.1,0.1,0.3,尼日利亚,88.1,6.3,2.1,0,3,1.1,2.1,圣弗朗西斯科,（美，加州）,88.59,7.01,1.93,0.28,0.03,2.06,洛杉矶（美，加州）,86.5,8.0,1.9,0.3,0.2,3.1,华盛顿特区,95.15,2.84,0.63,0.24,0.1,1.04,The hydrocarbon constituents of type dry gas、wet gas and natural gases in some area of Europe、Africa、America,天然气的烃类组成变化很大,（,The hydrocarbon constitutions of natural gases change largely)，,如我国柴达木盆地聂中的气藏气，甲烷含量为99.5%，重烃（,C,2,H,6,）,含量仅0.035%，,C,1,/C,2+,为2843，,H/C,原子比为3.999；而俄罗斯格罗兹尼的石油伴生气，甲烷含量仅30.8%，重烃（,C,2,H,6,-C,5,H,12,）,含量却高达69.2%，且其中,C,3,H,8,-C,5,H,12,各占20%左右，相应地，,C,1,/C,2+,为0.445，,H/C,原子比为3.02。这两个例子可作为天然气烃类组成两个极端的代表，其差别是显而易见的。,影响天然气烃类组成的因素很多，成气原始有机质类型,(,the type of organic source material for gas occurs)、,成气演化阶段,(,the evolvement phase of gas occurs)、,产状类型,(,the mode of occurrence)、,保存条件,(,the preserve condition),以及次生变化,(,the secondary change),等都能影响其烃类组成。,但从统计的角度来看，纯气藏的重烃气含量一般较低，多数不超过10%，石油伴生气的重烃气含量相对较高，凝析气居中。前苏联学者,.a（1967）,曾对巴库及邻近地区大量天然气烃类组成作过统计：石油伴生气,C,2+,平均含量为10.2%，凝析气为5.47%，气田气为2.25%。,（,二）、,The non-hydrocarbon constituents of natural gases,在以烃类为主的天然气聚集中，一般将非烃气体成分视为杂质(,impurity,)。,但有的非烃气体含量达到一定的品位也具有很高的经济价值，应予以足够的重视；同时，研究非烃气体，对了解天然气的形成、运移等也有重要意义。因此我们有必要对天然气中的非烃气体有所认识。,天然气（主要是气藏气）中常见的非烃气有,N,2,、CO,2,、H,2,S、CO、SO,2,、H,2,、Hg,蒸气及惰性气体，有时还有少量含硫、氮、氧的有机化合物。非烃气的含量一般小于10%，但亦有少量气藏非烃气体含量可超过10%，极少数是以非烃气体为主的气藏，如,N,2,气藏，,CO,2,气藏，,H,2,S,气藏。,1.,Carbon dioxide,（,CO,2,）,CO,2,是一种无色、无臭、略带酸味、有一定毒性的气体。大多数气藏几乎总含有,CO,2,，,我们总希望,CO,2,含量越低越好。但,CO,2,可以为主形成气藏。聚集起来的,CO,2,也有其经济意义。世界上已发现的,CO,2,气藏，大部分在地史上或近代为火山活动地带。在美国、俄罗斯、保加利亚、匈牙利、罗马尼亚、巴基斯坦等国，都有,CO,2,含量很高的天然气藏。我国松辽盆地、华北盆地、苏北盆地、三水盆地都碰到有以,CO,2,为主的气井，其中以三水盆地沙头圩气藏（水深9井）,CO,2,含量最高，达99.55%。此外，在云南滕冲、禄丰县青豆冲和利乌场以及楚雄盆地还发现多处,CO,2,气苗，,CO,2,含量在76-98%之间。,2.,Nitrogen,（,N,2,）,N,2,是一种无色、无臭、无味、不活泼的气体，是地球大气圈的主要成分，占大气圈的75.51%（重量）。,N,2,在地壳中只有0.002%，在以烃气为主的天然气中,N,2,含量一般在少量到20%。,在地下也存在以,N,2,为主的气藏。在美国、加拿大、俄罗斯都有这样的气藏，其中以加拿大西加拿大盆地巴伊尔德克特-希尔斯气田,N,2,含量最高，达96.6%。我国主要见于鄂尔多斯盆地、汾渭盆地以及鄂西、江汉等地区，其中以鄂尔多斯盆地保1井,N,2,含量最高，达95.6%。云南也发现有,N,2,气苗，其中滕冲县大塞子水池和罗汉冲刘家寨气苗，,N,2,含量分别为98.906%和99.35%。,3、,Sulfureted hydrogen,（,H,2,S）,H,2,S,是一种具有腐蛋臭味的有毒可燃气体。常与烃类气体伴生，是一种在开采烃类气体中有较高经济价值的副产品。一般油、气藏中含量很低。,国外,H,2,S,含量较高的有如法国的拉克气田,H,2,S,含量为17%；西加拿大盆地的某些气田（克罗斯非尔德气田、瓦捷尔顿气田、哈尔马坦气田），,H,2,S,含量高达20-53%；还有土库曼、乌兹别克、墨西哥、伊朗等国的某些气田中，也发现有,H,2,S,含量较高的天然气。国内外研究均较为一致地认为，含,H,2,S,高的气藏多出现在碳酸盐岩储层中，且多与硫酸盐-碳酸盐岩组合的地层有关。我国,H,2,S,含量大于1%的天然气全产在碳酸盐岩储层中，如卧龙河气田、中坝气田等。,4、,Hydrogen,（,H,2,）,H,2,是一种具有很高热值（23,000-33,900千卡/,kg），,也是所有已知气体中最轻的（8.5,g/m,3,）,气体。在地下天然气中,H,2,含量很少超过3%。,自然界纯,H,2,气藏罕见，高浓度的,H,2,气藏主要见于俄罗斯，如俄罗斯地台西部耶尔斯克和克列斯捷茨井，产出气体全由氢气组成；还有勒拿河中游一口钻至寒武纪灰岩的井中，溶解气含98%的,H,2,；,其它还有一些地点含,H,2,量在15%-87.4%之间。,5、,Carbon monoxide,（,CO）,CO,是一种无色、无臭的可燃气体（热值不超过2418千卡/,kg）。,CO,一般与高温析出气伴生，含,CO,的气藏多与火山或泥火山爆发喷出的气体加入有关。在自然界未遇到过单独或为主存在的,CO,气藏。,6、,Sulfur dioxide,（,SO2）,S,O,2,也存在于与火山活动有关的气体中。若天然气中含,S,O,2,，,也当与火山活动有关。,如埃特纳火山（为一硫质喷气孔），在1956年析出气体中含,S,O,2,高达94.1%（还有5.9%为,N,2,）。,7、,Hydrargyrum smoke,汞蒸气（,Hg）,汞是常温下唯一的液态金属，俗称水银。内聚力很强，比重大（20时为13.546,g/cm,3,）。,由于其特有的高挥发性，因而有很高的蒸气压，在自然界绝大部分（高达99.98%）呈分散状态，仅有0.02%聚集成为矿藏；加之腐殖质对汞有很强的吸聚力，所以天然气中普遍含有汞蒸气。,我国天然气中含汞量在0.004-39.2,g/m,3,，,平均为0.47,g/m,3,。,高含汞的天然气主要为煤成气。,8、,Inert gases,惰性气体在空气（大气）中含量很低，在地下没有形成游离气聚集。它们通常以掺和物形式存在于气藏中，其含量很少超过1%。氦气例外，某些气藏,He,含量可高达百分之几。,天然气是多种烃类和非烃的气态混合物。,在常温常压下以气态存在的烃类有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷及新戊烷；非烃类有氢、氮、二氧化碳、硫化氢和惰性气体（,Natural gases are manifold gaseity mixtures of hydrocarbons and non-hydrocarbons。In normal temperature and pressure,gaseity hydrocarbons have methane、hexane、propane、butane、isobutane and neopentane;non-hydrocarbons have H,2,、N,2,、CO,2,、H,2,S and inert gases,.)。,在地下高温高压下，,C,5,-C,7,烷烃和部分环烷烃、芳烃及有机硫化物也可以呈气态存在。,三、,Physical properties of natural gases,(,一)、,Specific gravities and densities of natural gases,天然气的密度定义为单位体积气体的质量。,在标准状况（101325,Pa，15.55）,下，天然气中主要烃类成分的密度为0.6773,kg/m,3,（,甲烷）-3.0454,kg/m,3,（,戊烷）。天然气混合物的密度一般为0.7-0.75,kg/m,3,，,其中石油伴生气特别是油溶气的密度最高可达1.5,kg/m,3,甚至更大些。,天然气的密度随重烃含量尤其是高碳数的重烃气含量增加而增大，亦随,CO,2,和,H,2,S,的含量增加而增大。,天然气的相对密度（,relative densities),是指在相同温度、压力条件下天然气密度与空气密度的比值，或者说在相同温度、压力下同体积天然气与空气质量之比。天然气烃类主要成分的相对密度为0.5539（甲烷）-2.4911（戊烷），天然气混合物一般在0.56-1.0之间，亦随重烃及,CO,2,和,H,2,S,的含量增加而增大。,In standard condition,，,天然气的比重与密度、相对比重与相对密度在数值上完全相同。,天然气中常见组分的密度和相对密度值如下表所示。,化合物,分子式,分子量,密度,相对密度,甲烷,CH4,16.043,0.6773,0.5539,乙烷,C2H6,30.070,1.2693,1.0382,丙烷,C3H8,44.097,1.8614,1.5225,丁烷,C4H10,58.124,2.4535,2.0068,异丁烷,C4H10,58.124,2.4535,2.0068,戊烷,C5H12,72.151,3.0454,2.4911,异戊烷,C5H12,72.151,3.0454,2.4911,新戊烷,C5H12,72.151,3.0454,2.4911,巳烷,C6H14,86.178,3.6374,2.9753,庚烷,C7H16,100.205,4.2299,3.4596,环戊烷,C5H10,70.135,2.9604,2.4215,环巳烷,C6H12,84.162,3.5526,2.9057,苯,C6H6,78.114,3.2974,2.6969,甲苯,C7H8,92.141,3.8891,3.1812,二氧化碳,CO2,44.010,1.8577,1.5195,硫化氢,H2S,34.076,1.4380,1.7165,氮,N2,28.013,1.1822,1.9672,Densities and relative densities of ordinary components in natural gases,（101325,Pa，15.55）,天然气在地下的密度随温度的增加而减小，随压力的增加而加大,（,The densities of natural gases decrease with enhancing of temperature and increase with adding of pressure)。,但鉴于天然气的压缩性极强，在气藏中，天然气的体积可缩小到地表体积的1/200-1/300，压力效应远大于温度效应，因此,地下天然气的密度远大于地表温压下的密度，一般可达150-250,kg/m,3,；,凝析气的密度最大可达225-450,kg/m,3,。,（,二）、,Critical temperature and critical pressure,在自然（地面或地下）条件下(,In natural condition(ground or underground)，,气体是否以气态存在取决于温度和压力。这就涉及到临界温度和临界压力(,critical temperature and critical pressure,),的概念。,纯物质的临界温度系指气相物质能（通过加压）维持液相的最高温度。高于临界温度时，无论加多大压力，都不能使气态物质变为液态。在临界温度时，气态物质液化所需要的最低压力称为临界压力。高于临界压力时，无论多少温度，气、液两相不可能共存。,天然气常见组分的临界温度和临界压力如表所示。,化合物,沸点（）,(101325,Pa）,凝固点（）,(101325,Pa）,蒸气压力,(101325,Pa，）,临界温度,（）,临界压力,(101325,p a),甲烷,-161.49,-182.48,(340.228),-82.57,45.44,乙烷,-86.60,-183.23,(54.436),32.27,48.16,丙烷,-42.04,-187.69,12.929,96.67,41.94,丁烷,-0.50,-138.36,3.511,152.03,37.47,异丁烷,-11.72,-159.61,4.913,134.94,36.00,戊烷,36.07,-129.73,1.059,196.50,33.25,异戊烷,27.88,-159.91,1.390,187.28,33.37,新戊烷,9.50,-16.57,2.433,160.63,31.57,巳烷,68.73,-95.32,0.337,234.28,29.73,庚烷,98.43,-90.58,0.110,267.11,27.00,环戊烷,49.25,-93.84,0.675,238.60,44.49,环巳烷,80.72,6.54,0.222,286.39,40.22,苯,80.09,5.53,0.219,289.01,48.34,甲苯,110.63,-94.97,0.0702,318.64,40.55,二氧化碳,-78.50,-,-,31.06,72.88,硫化氢,-60.33,-82.89,26.810,100.39,88.87,氮,-195.78,-210.00,-,-146.89,33.55,Critical temperature and critical pressure,of,ordinary components of natural gases,对于各烃类组分来说，甲烷的临界温度为-82.57，乙烷为32.37。因此它们在地下除溶于石油和水或形成气水合物之外，均以气相存在。丙烷临界温度为96.67，在低于该温度时，在适当的压力下即可液化。因此丙烷及碳数更高的烷烃，在地下大多以液相存在，仅有少量与甲烷、乙烷呈气态或溶于石油或溶于水（数量更少）存在。,烃类混合物的相图以甲烷-乙烷双组分混合物的相图为例加以说明。,The phase chart of methane-hexane mixtures,甲烷-乙烷混合物的相图曲线1，10分别代表甲烷和乙烷为100%的气体，曲线2，3，4，5，6，7，8，9则分别代表具不同混合比例的甲烷-乙烷的混合物。可见混合物的临界压力大大高于参与混合各组分的临界压力。,烃类混合物的相图以甲烷-乙烷双组分混合物的相图为例加以说明。,The phase chart of more components of hydrocarbons,In the formation of underground，,当气层温度处于,K,与,K1,之间，如图中温度在82.5时，低压下物系以气态为主，气-液两相平衡，随压力上升液相逐渐增多，符合正常凝结的概念（增压凝结）；当压力增加达到,B2,后，压力继续增加液相（油相）反而减少，待达,B1,点则完全气化（更确切地说是气液两相界限完全消失，成为非气非油的凝析油气流体）。这与正常蒸发概念完全相反（增压蒸发），称之为,逆蒸发现象(,retrograde evaporation)。,反之，从,B1,到,B2,点的过程，与正常凝结现象呈反向（减压凝结），称之为,逆凝结(,retrograde evaporation)。,凝析（油）气藏的形成就是逆蒸发之相态转变所致。而气藏开采时凝析物（油）由逆凝结而析出。,从上面的叙述可以得出如下概念：,等温压缩过程的蒸发现象叫做逆蒸发(,retrograde evaporation,),，也可称之为反溶解,。在一定条件下轻液态烃表现出在烃气介质中被蒸发（溶解）的特性，从而在自然界形成一种含溶解状态液体的气体，这种气体叫做,凝析气,(,condensate gas)，,这种气体的地下聚集就是,凝析气藏,(,condensate gas deposits),。,气体混合物等温膨胀时形成凝析液的现象叫做逆凝结,(,retrograde evaporation),。,（,三）、,Solubility of natural gases,天然气能不同程度溶于水和石油两类溶剂中。,1、,Solubility of natural gases in water,天然气和水是属于不易互溶的气-液系统。天然气在水中的溶解度常用享利公式来表述：,Rg=CP,式中,Rg-,溶解度，表示单位体积水中溶解的气体体积数（,m,3,/m,3,）；,-溶解系数或享利系数（,m,3,/m,3,.atm）,-气体压力（对混合气体计算各组分的溶解度时，为各组分的分压，,atm）。,享利公式表明，,solubility and solution coefficient,和气体压力的乘积成正比。不同成分的气体其溶解系数有相当大的差别，在常温常压下天然气常见组分在水中的溶解系数如表所示。,The solution coefficient of,ordinary components of natural gases in water,（20，1,atm）,天然气组分,甲烷,乙烷,丙烷,丁烷,异丁烷,二氧,化碳,硫化氢,氮气,溶解系数,0.033,0.047,0.037,0.036,0.025,0.87,2.58,0.016,天然气在水中的溶解系数不仅取决于气体组分与水的互溶能力（这是本质的），还与温度和含盐度有关。,压力是直接影响溶解度更为重要的因素，,溶解度随压力增加而增大，,在低压（10,MPa）,时，溶解度随压力呈线性增加，而压力较高时，溶解度增加呈一条上升的曲线。,此外，烃气在水中的溶解度还与水中,CO,2,含量有关,，当地层水被,CO,2,饱和时，烃气溶解度会明显增大。,气体,水,含盐度（,mol）,温度(）,压力（,atm）,溶解系数,甲烷,蒸馏水,-,4,1,0.0469,蒸馏水,-,15,1,0.0369,蒸馏水,-,17,25,0.0319,氯化钠溶液,0.5,19,25,0.0249,氯化钠溶液,3.0,18,25,0.0109,天然气,(乌克兰),淡水,-,20,25,0.0341,天然水,4.22,22,25,0.0089,The solubility of methane and natural gases in difference temperature salinity and press in water,2、,Solubility of natural gases in petroleum,天然气与石油具有互溶性，因此天然气在石油中的溶解度比在水中大得多。,比如甲烷，在标准状况下石油中的溶解系数为0.3，比其在水中的溶解系数大9倍（甲烷在水中的溶解系数为0.033）。,影响天然气在石油中溶解度的因素很多，,考虑在地层条件下，其中,最重要的是,formation pressure、component of natural gases and the content of light component in crude oil.,首要因素是压力，天然气的溶解度随压力升高增大.在高压下，石油可溶解数倍于自身的天然气体积。,天然气的组分上，,重烃气特别是碳数较高的重烃气,含量愈高，溶解度愈大。,原油组分方面，在相同温度、压力条件下，天然气在,低碳数烃类含量高的轻质原油中,比重质原油中的溶解度要高得多。,温度对天然气溶解度的影响是随油层温度的,升高溶解度降低,，但其影响效应远低于压力的效应。,无论是溶于地层水还是原油中的天然气，在条件发生改变时，其中的溶解气都有可能脱离地层水或原油成为游离气，并在适当的条件下聚集成为气藏。,特别是在油（气）藏中，当压力降低时，天然气会自石油中析出，且各组分的析出与其溶解度相对应，,甲烷最先开始析出，然后是乙烷、丙烷、丁烷等同系物依次析出,。,（,四）、,Viscidities of natural gases,前已述及，粘度是指流体分子间相对运动所产生的内摩擦力的大小。天然气的粘度就是天然气分子间内部摩擦力的一种量度。,天然气粘度是研究天然气运移、开发和集输的一个重要参数。,天然气的粘度很小，在地表常温常压下，只有,n10,-2,-10,-3,MPa.s。,远比水（1,MPa.s）,和油（1-,n10MPa.s）,粘度为低。天然气粘度与气体组成、温度、压力等因素有关。,在接近大气压的低压条件下，压力对粘度的影响很小（可忽略），粘度随温度增加而变大，随分子量增大而减小；而在较高压力下，天然气的粘度随压力增加而增大，随温度升高而减小，随分子量增加而增大。此外，天然气粘度还随非烃气体增加而增加。,（,五）、,Absorbed and absorption functions of natural gases,气体与固体表面接触所发生的关系，可以有吸收作用，也可以只有吸附作用，亦或兼而有之。吸附作用与吸收作用是有区别的，气体与固体表面接触并渗入固体物质内部（直至饱和）的现象叫做,吸收作用(,absorbed function,)；,而气体被固体吸收的初步过程是气体分子被固体表面分子所吸引，,这一现象叫做,吸附作用(,absorption function,),。,由于常常不能确定是吸附作用还是吸收作用，故把气体（或液体）在固体表面发生的作用笼统称之为,吸着作用。,（,六）、,Diffusions of natural gases,气体扩散是自然界常见的一种物理化学现象。,按引起扩散的主导因素可分为浓度扩散和温度扩散。按扩散介质可分为气体在气体中扩散（自由扩散）、气体在液体中扩散和气体在固体（岩石）中扩散。,浓度扩散是由物质的浓度差而引起，气体由高浓度处向低浓度方向流动，分子的相互运动趋向于拉平相互接触的容器内物质的浓度。随着温度升高，分子的热运动加速，扩散加快。,扩散系数(,diffusion coefficient,),是浓度梯度等于1时1秒钟内通过截面积为1厘米,2,的扩散气体量。扩散系数反比于气体压力，因为随着压力增加，分子自由行程的长度减小，相应地压缩气体的扩散进行得比稀薄气体慢。,一般气体的自由扩散系数（气体在气体中扩散）大部分在0.08-0.23厘米,2,/秒之间。氢具有最大的扩散系数，如氢通过氮或氦气的扩散系数为0.7厘米,2,/秒。,Diffusion coefficients of gases in water,气体,扩散系数(厘米,2,/秒),甲烷,2.210,-5,乙烷,1.610,-5,丙烷,1.310,-5,二氧化碳,1.610,-5,氧,1.910,-5,氮,1.810,-5,气体在液体中的扩散，,从气体在液体表层溶解（吸收作用）开始，然后由于在各液体层中存在气体浓度差而进一步扩散。气体在水中的扩散系数一般随分子量和分子大小的增加而减小，随压力和温度的升高而增大。,气体在岩石中的扩散,比在自由空间进行得慢，也比在水中进行得慢。因为在岩石中气体是沿充满流体、结构复杂的孔道进行扩散。与自由空间扩散相比，在砂中较之慢2-3倍，在砂岩中慢9-14倍，在致密砂岩中要慢100倍。,气体通过没有孔隙的岩石（矿物质）的扩散比通过孔隙岩石小10-100倍，但随着气体的温度和压力升高，扩散速度将大大加快。,热扩散（温度扩散）是由于存在温度差而产生，热扩散使轻分子或小分子气体趋向于在高温区集中，而重分子或大分子气体在低温区聚集。,天然气的扩散不可小视，扩散可使气田中的气大量散失。在漫长的地质历史中，甚至可使整个气藏消失。,（,七）、,Thermal values of natural gases,热能是天然气主要经济价值所在。天然气的热值与组成天然气的成分有关，含烃气比例越高，热值越高；含非烃气，特别是含,CO,2,、N,2,等气体比例越高，热值越低。天然气中主要烃气成分的热值如表所列。,The main hydrocarbon of Thermal values in natural gases,（,from project handbook of natural gases in America,，1959）,烃 类,热 值（发 热 量）,*,KJ/m,3,(,净值),KJ/m,3,(,净值),KJ/m,3,(,全值),KJ/m,3,(,全值),甲 烷,34037.80,47541.96,37811.48,52812.96,乙 烷,60937.25,45162.10,66618.44,49371.20,丙 烷,87915.42,44054.17,95537.50,47873.33,丁 烷,115863.04,43368.15,125876.35,47116.44,*原统计以,Btu/ft,3,计，经换算成,SI,单位,表中可见，就烃气而言，以体积论，含重烃比例越高，特别是含较高碳数烃气越多，热值越高；以重量论，相同重量的天然气则是含甲烷比例越高，热值越高。,（,八）、,Crystalline hydrates of natural gases,在自然界存在的低温高压条件下，天然气（氦、氖、氢除外）能够与水结合形成,结晶水合物（固体气）,。这是天然气的重要性质。这一性质具有实际意义。,固体气为密度在0.88-0.90,g/cm,3,的固体结晶物质，象雪或冰，1,m,3,气体水合物中含0.9,m,3,的水和70-240,m,3,的气，含气量的多少取决于气体的组分。尽管甲烷、乙烷、丙烷、,CO,2,等气体均可形成气水合物，但固体气中的天然气还是以甲烷占优势，即常见为甲烷水合物(,methane hydrates)。,甲烷水合物是在冰点附近的特殊温度和压力条件下形成的,其开始出现的条件是：温度低于0，压力小于2.5,Mpa；,温度0-20，压力为2.5-25,Mpa。,温度达21-27时，甲烷水合物将被分解。,因此，气水合物主要存在于冻土、极地和深海沉积物分布区。,The phase chart of gas-water hydrate forming seawater and methane,psi=6894.8Pa（according to Katz，1959）,气水合物是天然气（主要是甲烷）被俘获在水分子的笼型结构中，即水分子的笼型化合物（,Clathrate）。,在这种化合物中，水的冰晶体格架扩展为包含气体分子的晶体。,The forming condition of hydrates of natural gases components,（,according to.e,1973）,在一定温度、压力条件下，气和水相互作用形成气水合物。除甲烷、氮和惰性气体以外的所有其它气体，都具有高于某一温度就不形成气水合物的临界温度。,形成气水合物的条件必须低温高压，在地层条件下，只有在深潜的永久冻土带（厚层冰岩带）发育区（一般在极地），,低温高压,才能得以兼备。在现代沉积物中，前苏联科学家发现，海洋底下是天然气水合物形成的最佳场所，海洋总面积的90%具有形成气水合物的温压条件。,气体水合物可以视之为固体溶液，其中溶剂是由水分子构成的立方晶系的结晶骨架，其中分布着溶解气分子。即气体分子溶解于由水分子组成的结晶骨架溶剂中形成的固体溶液。,目前，对天然气水合物的研究已成为一个热点，也是当今地质界的前沿课题之一。,四、,Distinctions of natural gases and petroleum,(,including components and physical properties,),(一）,Distinctions of components,总体上看，天然气和石油都是产出于地下岩石孔隙中的以烃类为主体的可燃有机矿产,成分都可分为烃类和非烃两大类，且均以烃类为主。因此从组成成分的大类上看，二者是相似的。,但恰恰是在组成成分的主体部分，天然气与石油存在着显著的差别。众所周知，烃类是一大类有机物质的总称，其成员众多，结构复杂。,天然气中仅包含少数几个最简单的成员，主要是甲、乙、丙、丁烷，戊烷以上所占比例甚微。,总的趋势是随碳数的增加，其所占比例显著降低。,石油则不同，石油几乎囊括了烃类的所有成员，至少是大部分成员。,天然气成分的分子量较小（平均分子量20），分子结构简单；而石油的分子量从从小到大均有（平均分子量75-275），结构也复杂得多。,此外在次要组分非烃成分上差别更为显著，天然气中非烃成分主要是,CO2、H2S,和,N2。,显然无论从分子量还是分子结构上与石油中含,O、S、N,及其它杂元素的非烃有机化合物相较，前者都要简单得多,。,分子量和分子结构的差别表现在分子,大小上的差别如表中所列。,组成,甲烷硫化氢,二氧化碳,乙 烷,丙 烷,异丁烷,正烷烃,杂 环,化合物,沥青质,长度,4.2,4.7,5.5,6.5,4.2 40,1530,50,All kinds compounds molecular length forming petroleum and natural gases,（,units：10,-10,m）,（according to Welte,1972;Hunt,1979）,The efficiency diameter datasheet of natural gases、water、liquid-solid hydrocarbon as well as non-hydrocarbon compounds,（,units,：10,-10,m）（from Tissot&Welte,1978）,分 子,有效直径,分子,有效直径,分子,有效直径,He,2.0,CO,2,3.3,正烷烃,4.8,H,2,2.3,N,2,3.4,环烷烃,5.4,Ar,2.9,CH,4,3.8,杂环化合物,10 30,H,2,O,3.2,苯,4.7,沥青质,50 100,分子量、分子结构以及分子大小的差别是天然气与石油最本质的差别。可以说其它所有差别均源于此。,(二),The distinction of physical properties,首先是相态的差别。,天然气是单一气相，或以气相为主溶有少量液态烃；而石油是液相为主的气、液、固三相混合物。由此而导致密度、粘度、溶解度、压缩性、吸附性和扩散性等物理性质上的差别。密度、粘度和吸附性，天然气远小于石油；压缩性、扩散性和溶解度则天然气远大于石油。基于天然气与石油在组成成分和物理性质上的差别，致使天然气从形成到聚集成为矿藏以及分布的地质条件都可能与石油有所差别。对此我们在进行油气勘探时必须考虑到。,同位素分析常用于考古。然而，油气中同位素的组成，可以用来研究油气的成因、油气源的对比和运移途径。,Section 3,Stable Isotopes of Petroleum、Gases,从广义上理解包括：构成主要化合物（烃类）的碳、氢，次要化合物（非烃）中的硫、氮、氧，微量-痕量的稀有（惰性）气体元素以及石油灰分中多种元素的稳定同位素。其中尤以,碳稳定同位素的研究最多、应用最广、进展最快。其次是氢稳定同位素,。因为碳和氢是烃类的主要组成元素，地壳中烃类的形成和富集，实质上是碳、氢元素地球化学演化的结果。碳、氢同位素