6.凝析气藏及非常规气藏

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5.凝析气藏及非常规气藏 一凝析气藏的形成（一）基本概念地下：单一气相（油逆蒸发气化或分散于气相中），为凝析气地面：气、油同产，产气为主，液态烃称为凝析油凝析气是指地下温度、压力条件下呈气态,随温度、压力降低呈反凝析现象的一种特殊类型的天然气。反凝析过程中析出的液态烃类称为凝析油。在地下深处较高温、高压条件下的烃类气体，采到地面后，温度、压力降低，凝结出部分液态烃，这种含有一定数量凝析油的气藏称为凝析气藏。 逆凝结:压力减小气体变为液体,或液相增加,与正常凝结刚好相反。逆蒸发:压力增大液相反而减小,以至蒸发的现象,与正常蒸发刚好相反。泡点：温度（或压力）一定时，开始从液相中分离出第一批气泡的压力（或温度）。对于纯化合物，泡点也就是在某压力下的沸点。露点：温度（压力）一定情况下，单一气体或气体混合物处于开始冷凝成液体的温度（或压力）。汽液平衡时，液相的泡点即为汽相的露点。饱和蒸汽压：在密闭条件中，在一定温度下，与液体或固体处于相平衡的蒸气所具有的压力。相图：也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡系统的组成与一些参数(如温度、压力)之间关系的一种图 1、纯物质的临界状态（二）凝析气藏的形成 表：若干物质的临界参数物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.633.332.940.029.927.024.621.219.018.5物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.633.332.940.029.927.024.621.219.018.5物质名称物质名称临界温度(℃)临界温度(℃)临界压力(atm)临界压力(atm)物质名称物质名称临界温度(℃)临界温度(℃)临界压力(atm)临界压力(atm)水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.6198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.633.332.940.029.927.024.621.219.018.533.332.940.029.927.024.621.219.018.5 71.171.1℃的℃的PP--VV曲线：曲线：（1）随P↑，V丙烷↓；（2）过A点后，V丙烷继续↓，但P保持不变；（3）过B点后，即使加极大压力，V也不变。87.887.8℃℃的的PP--VV曲线：曲线：随T↑，水平线段缩短（A’B’＜AB）。96.896.8℃的℃的PP--VV曲线曲线：水平线段缩成一点KK，在此温度以上的曲线，水平线段完全消失。 气液两相共存的最高温度K1和最高压力B1，分别称为临界凝析温度和临界凝析压力。临界点K为泡点线（DB1曲线）与露点线（BK1曲线）的交点。已经不再是两相共存的最高温度或压力。K1为临界凝结温度（最高临界温度），代表气液两相并存的最高温度2、双组分烃类物系相图B1为临界凝结压力，高于该值，无论温度多高，体系也不能液化的压力。 等温加压情况下：A→B→1→2→E，在A点物质为气相，加压至B点，开始出液滴（露点），压力继续增加至1点，液体数量逐渐增大；但从1到2点，加压反而使液体逐渐减少，气相增多，至2点物质全部气化。由1→2，等温增压出现气化特征，称为逆蒸发；由2→1，等温减压出现液化特征，称为逆凝结。 等压升温情况下：C→D→4→3，C点为液体，升温至D点，开始出气泡（泡点），由D→4，气体数量逐渐增大；但从4→3点，升温反而使气体数量减少直至最终全部液化。由4→3，为逆凝结；由3→4，为逆蒸发。逆凝结和逆蒸发现象出现于临界点与临界凝析温度点和临界凝析压力点之间，常称之为“逆行区”。这是凝析气藏形成的基本原因。 某种多组分烃类物系的相图K-临界点(T=52.8℃)；K1-临界凝结温度；1-压力超过泡点压力的油藏；2-压力超过露点压力的凝析气藏；3-单相气藏(纯气藏)；4-泡点曲线；5-露点曲线；6-物系中液体所占体积百分率；A-纯气藏；B-凝析气藏；C-油藏；D-油气藏3、多组分烃类物系的相态与凝析气藏的形成存液相存气相气液双相凝析气等温条件下开采开正常采地面（18.7MPa）（15.5MPa） 凝析气藏以高气油比（>600~800m3气/m3油）和轻烃组分高度富集为特征。在一定温度、压力范围内，存在逆蒸发和逆凝结现象，使一部分液态烃反溶于气相形成单一气相。在地下烃体系呈气相，在地面同时有气和凝析油产出。并不是地下所有气体采到地面都变成了凝析油。凝析气藏特征： 凝析气藏的形成条件：烃类物系中气体数量多于液体数量,才能为液相反溶于气相创造有利条件；地层埋藏较深，地层温度介于烃类物系的临界温度与凝析温度之间，地层压力超过该温度的露点压力，这种物系才可能发生显著的逆蒸发现象。因此，随着埋深增加，地层温度和压力会增加。当地层温度达到油-气物系的临界温度时，地层压力越大，油气物系越容易转化为单相气态，大大促进地下储集层内油气的运移，形成凝析气藏。 说明：石油和天然气都是成分非常复杂的混合物，其临界条件非常复杂。石油-甲烷物系必须加压到100MPa以上，才能变成单相气态。但实验证明，流体性质和外界条件等因素都可以改变油-气物系的临界压力（1）在石油-甲烷物系中，存在甲烷最近的同系物时，可以大大降低其临界压力，便于石油向气相过渡（2）石油密度越小，临界压力越低；重质高含硫石油在50MPa时也不可能转化为气态（3）用CO2代替CH4，可以降低油-气物系的临界压力（4）岩石的存在可以降低油-气物系的临界压力，特别是对高胶质石油（5）岩石中含水时，会增大油-气物系的临界压力 （三）地下油气藏相态的识别收集地层压力、地层温度及地层条件下油-气物系的烃类组分百分含量,编制烃类物系的相图。2、根据油气成分的经验预测法Z=A+B+++BCCCCC=12345+Z>450纯气藏8095%或C1%>95%湿气（富气）：CH4<95%或C2+%>5%C1/C1~5值大于99%，为特别干的气体；95%~99%为干气；85%~95%为湿气；小于85%，为特别湿的气体。 2）非烃类气体有氮气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氢及微量的惰性气体。3）控制煤层气成分的主要因素1、煤的显微组分,特别是富氢组分的丰度；2、储层压力，它影响煤的吸附能力；3、煤化作用程度，即煤阶/煤级；4、煤层气解吸阶段5、水文地质条件 3.控气地质因素 1）煤层气藏的概念主要观点有：（1）煤层气藏是煤中甲烷在具备适当外界条件时，相对集中在一定的围限内，围限内的气体富集程度、压力一般高于围限外。煤层气藏属流体压力圈闭气藏，可细分为水压、气压圈闭两种，对圈闭的要求不如常规气藏严格（李明潮等，1996）（2）指在压力作用下“圈闭”着一定数量气体的煤岩体，基于此出现了“有效煤层气藏”或“经济煤层甲烷气藏”的概念，指出有效煤层气藏是指具有商业开采价值的煤层气藏（钱凯等，1997）4、煤层气藏的概念及要素形成的地质条件 （3）地层中煤层气聚集的基本单元，是煤层气发生富集的压力圈闭，该压力圈闭是煤层气成藏要素优化配置的结果，其富气程度主要受控于煤层气成藏过程匹配关系的优化（桑书勋，2001）。（4）指在地层压力(水压和气压)作用下保有一定数量气体的同一含煤地层的煤岩体，并具有独立的构造形态，它是在煤层热演化作用过程中形成的，且在后期构造运动中未被完全破坏，呈层状产出（张新民，2002） 2）成藏要素分析从成藏角度来看，煤层气要聚集成为具有商业开发价值的煤层气藏，同样需要生、储、盖、圈、运、保等基本成藏要素和过程。但煤层气生储同层，并具有以吸附状态为主的赋存特点，使煤层气藏形成具有独特的成藏要素要求。可以综合为煤层条件、压力封闭和保存条件3个方面（1）煤层条件作为源岩，要求煤层具有一定的厚度和一定热成熟度。煤层具有较大的厚度，是生气有机质在量上的保证作为储集岩的煤层需要一定的储集空间和渗透率。煤储层储集空间由煤基质孔隙和天然裂隙系统两部分组成 （2）压力封闭条件煤层气藏的实质是一个压力封闭系统。压力对煤层气富集成藏的作用主要表现在两个方面：为煤层气藏提供一部分能量，增大煤层对甲烷的吸附维持煤层气藏能量平衡，阻止煤层气解吸、逸散压力封闭系统主要由煤层埋深、煤层的顶底板岩层及煤层的水动力系统组成：煤层埋深是压力的主要来源而顶板岩性的封闭能力、水动力受堵以及大量煤层生成产生的压力也对煤层气成藏起到重要作用 （3）保存条件主要指封盖层、上覆地层有效厚度、水文和构造条件等。良好的封盖层可以保持煤层压力，阻止地层水的交替，减少游离气和溶解气的散失。上覆地层有效厚度越大，说明煤层气生成后，地壳抬升、剥蚀程度较弱，煤层向大气逸散的路径也就越长，保存条件越好。水动力封闭及地层水超压有利于煤层气的吸附和富集；交替的水动力条件将打破吸附与溶解气和游离气之间的平衡，使吸附气量减少；构造运动必然引起煤层升降，改变煤层的温压条件，打破原有的压力和气体之间的平衡，从而影响煤层气藏的保存。 煤层气藏形成的主要条件：1）煤层厚度和含气性2）渗透性3）保存条件4）水文地质条件 四类煤层气藏：承压水封堵、压力封闭、顶板微渗漏封闭、构造封闭中国煤层气藏模式图 吸附态煤层甲烷是煤储集天然气的主体。当煤处于一定的温度、压力等条件下时，吸附即达到一种平衡状态，吸附状态的天然气要能流动，必须打破这一平衡状态，使煤层甲烷解吸出来。 （三）天然气水合物n1、基本概念n是在特定的低温和高压条件下，甲烷等气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，形成似冰状的固态水合物。n自然界中存在的天然气水合物的天然气主要成分为甲烷，又称为甲烷水合物（MethaneHydrates）。n有时乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳及硫化氢也可与甲烷一起形成固态混合气体水合物，故又称固态气水合物(SolidGasHydrates） 天然气水合物是甲烷等气体和水分子组成的类似冰状的固态物质，其分子式为ＭｎＨ2Ｏ，其中Ｍ是以甲烷气体为主的气体分子数，ｎ为水分子数。天然气水合物实质上是一种水包气的笼形物。其中的水结晶成等轴晶系，而不是象冰那样的六方晶系。由水分子形成刚性笼架晶格，每个笼架晶格中均包括一个主要为甲烷的气体分子。标准状态下，1m3甲烷水合物可以产生164m3气和0.8m3的水。 2）天然气水合物形成与分布 气体水合物的分布特征：多分布在极地、永久冻土带及大洋海底。全球甲烷水合物预测分布图（JamesBooth,1997） （一）烃类来源比较天然气的形成具有多源性和多阶段性。多源性的体现：既有有机成因的天然气,也有无机成因气在各种类型的有机质都能形成天然气，既有油型气,又有煤型气。八气藏与油藏形成及保存条件的差异 石油主要是由腐泥型和腐殖-腐泥型有机质生成的。天然气不仅与石油共生,也往往与煤系共生，聚油盆地和聚煤盆地都可以寻找天然气。有机成因天然气的生成具有多阶段性，各个阶段都伴随有天然气的生成；石油则大量生成于一定埋藏深度的“液态窗”范围内。 （二）对储、盖层条件要求的差异天然气与石油性质的差异,对储、盖层条件的要求不同：气藏对储层的要求低，对盖层的要求高；而油藏对储、盖层的要求与此相反烃浓度封闭是天然气盖层特有的封闭机理 （三）形成的运聚成藏方式的异同与石油相比,天然气具有分子小、密度小、粘度小、溶解度大、压缩性和扩散能力强等特点这决定了气比油的运移活性强、运聚成藏方式多样，这也是造成天然气与石油的分布差异较大的重要原因之一 1、油气运移方式及天然气脱溶成藏天然气扩散和水溶对流是两种有别于石油的重要运移机制天然气溶解于水中或油中沿地层上倾方向运移，或随地壳抬升，溶解于水中或油中的天然气由于温度升高和压力的降低而析离出来，在浅部地层中形成天然气藏，这是一种重要的成藏机制 2、天然气水溶对流运移成藏水溶对流起因于地层水的密度和温度差异，地层水盐度和含气量的变化致使密度出现差异。因此，溶解有大量天然气的地层水经过对流，可使气体在温度、压力适宜的地方聚集成藏纵向通道多数是断裂，而横向通道往往沿地层不整合面或其它被封闭层遮档的连续性较好渗透层 碳酸盐岩层热对流系统的概念地质模型 3、天然气多源复合成藏天然气形成具有多源、多阶连续的特点，运移活性强在气藏形成过程中往往是多种来源天然气的复合，单一圈闭中聚集的天然气可能是来自不同烃源岩、不同成因气体的混合物。天然气藏形成的多源复合现象具有普遍性，是天然气成藏的一大特色。 4、天然气聚散动态平衡成藏天然气成藏后距今时间的长短成为气藏能否保存下来的一个重要影响因素气藏形成的时间距今越久远，气藏散失量就会越大，残留量越小油藏则不会只因扩散作用而遭受破坏 （四）气藏与油藏保存条件的差异与石油相比，天然气的聚集效率要小得多：天然气聚集系数一般在1%以下，个别情况才会超过1%而石油的聚集系数较大，一般大于10%聚集系数的理解归纳起来大致有以下3种：聚集量与生油量之比、聚油量与生油层残留烃量之比和聚集量与排烃量之比因此，天然气藏要求的保存条件远比油藏的严格 （五）气藏与油藏在空间分布上的差异天然气的分布远比石油广泛得多。凡是发现石油的地方,都分布有一定数量的天然气，即“有油必有气”在许多没有发现大量石油的地区,却找到了丰富的天然气，即“有气不一定有油”在气源岩有机质演化程度很低或很高两种极端情况下，这种现象表现得尤为突出 气藏与油藏形成及保存条件的差异对比内容天然气藏油藏烃类来源广泛，具多源、多阶段性。既有有机气，又有无机气。各类有机质在不同演化阶段均生成天然气。多源天然气复合成藏。来自腐泥、腐殖－腐泥型有机质。主要生成于一定埋藏深度的生油窗中。储、盖层条件对储层要求低、对盖层要求高。盖层封闭机理多样，烃浓度封闭可起重要作用。对储层要求高、对盖层要求低。盖层封闭机理为物性封闭、异常压力封闭。运移方式易于运移且方式多样：渗滤、脉冲式混相涌流、扩散、水溶对流，其中扩散和水溶对流为重要运移机制。主要是渗滤和脉冲式混相涌流。聚集机理多样：游离天然气直接排替地层水成藏，已聚集石油的圈闭被天然气驱替成藏，水溶气脱溶成藏，富含气的地层水可形成水溶气藏。较单一。游离相石油排替地层水聚集成藏。演化和保存条件易于散失，扩散损失重要。气藏形成始终处于聚和散的动平衡中，成藏期晚有利于气藏的保存。聚集效率低。主要为渗滤损失。扩散损失不很重要，聚集效率相对较高 一.名词解释：凝吸气藏临界温度临界压力深盆气藏煤层气藏二.问答1.凝析气藏的特征及形成条件？2.深盆气藏的基本特征、形成的地质条件及形成的机理？3.煤层气藏、天然气水合物形成的基本条件？4.试比较气藏与油藏形成和保存条件的异同。思考题