浅谈天然气特性

天然气是是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。中国天然气资源量区域主要分布在中国的中西盆地。同时，中国还具有主要富集于华北地区非常规的煤层气远景资源。

在中国960万平方公里的土地和300多万平方公里的管辖海域下，蕴藏着十分丰富的天然气资源。

东，就是东海盆地。

南，就是莺歌海-琼东南及云贵地区。

西，就是新疆的塔里木盆地、吐哈盆地、准格尔盆地和青海的柴达木盆地。

北，就是东北华北的广大地区。

中，就是鄂尔多斯盆地和四川盆地。鄂尔多斯盆地的天然气勘探战场越扩越大，探明储量年年剧增，开发工程正在展开。

一、天然气的形成

生物气——在尚未固结成岩石的现代沉积淤泥中，有机质在细菌的作用下，可生成以甲烷为主的天然气，俗称沼气。

早期成岩气——沉积物中的有机质在其埋藏深度尚未达到生成石油深度以前，一部分腐植型的有机质即可开始生成甲烷气。

油型气——有机质进入生成石油深度以后，除大量地生成石油外，同时也伴随着生成天然气。随着埋藏深度的不断增加，生成的天然气也逐渐增加，而生成的石油却逐渐减少，直到生成的全部都是干气，即甲烷气时，就停止了生油。

煤型气——含有煤层的沉积岩层叫做煤系地层，煤型气就是指煤系地层在时间和温度的作用下生成的天然气，其主要成份也是甲烷。从寻找可燃气体为能源来说，煤型气也不应忽视，因为使用的手段、方法和形成气藏的地质条件大体都和找油、找油型气一样。近年发现的鄂尔多斯大气田，就可能是属于煤型气。

无机成因的天然气——由火成岩或地热所产生的气体，如二氧化碳、甲烷、硫化氢等。

二、天然气的组成、视分子量和相对密度

天然气是多种气体组成的混合气，其组分和组成无定值。它没有分子式，也没有恒定的分子量。在工程上，为了计算的需要，人们一般将标准状态下1mol体积的天然气质量定义为天然气的视分子量或平均分子量。显然，天然气的视分子量取决于天然气的组成，一般干气视分子量约为16.82-17.98。在标准状态下，天然气密度与干燥空气密度的比值称为相对密度，对于一般干气，其相对密度约为0.58-0.62。

天然气是由石蜡族低分子饱和烃为主的烃类气体和少量非烃类气体组成的混合气体。其中，甲烷（CH4）占有绝大部分含量，乙烷（C2H4）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）则含量不多，通常还含有少量的非烃类气体，如硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）、氮（N2）、氧（O2）、氢（H2）和水汽（H2O）等。天然气中有时也含有微量的稀有气体，如氦（He）和氩（Ar）等。

在标准状态下，甲烷和乙烷是气体，丙烷、正丁烷（nC4H10）和异丁烷（iC4H10）也是气体，经压缩冷凝后它们都极易液化；戊烷和戊烷以上（常见符号C5+表示）则为轻质汽油。

三、天然气的偏差系数

可通过实验方法和查Standing和Katz图版或查函数表的方法来测定或确定天然气偏差系数。

根据Standing和Katz图或表确定Z系数：

除可以利用Standing和Katz发表的图版确定Z系数外，利用SRK方程、PR方程、SW方程、PT方程以及西南石油学院发展的LHSS方程的Z系数三次型方程也能计算气体的Z系数。

四、天然气的等温压缩率

在等温条件下，由单位压力改变而引起的单位体积相对变化，称为天然气的等温压缩率：

对于实际气体

式（2-2-3）较前式多出一项，称之为校正项。欲求给定状态下的Cg，必须先求出给定状态下的Z系数。目前常用Z=f（ppr，Tpr）图或表来确定Z系数，为此，首先将式（2-2-3）重的状态参数改用对比参数表示：

式中：Cpr称为对比等温压缩率；ppc为临界压力。

五、天然气的体积系数和膨胀系数

天然气的体积系数和膨胀系数定义为：

式中：V为在地层条件下nkmol气体的体积；Vsc为在标准条件下nkmol气体的体积；psc=0.101325MPa；Tsc=293°K。

Arps发表了一套Bg、Eg与p、T的关系图，共有5张图，分别表示气体相对密度为0.6、0.7、0.8、0.9和1.0的情况。

六、天然气的热值

天然气的热值有总热值与淨热值之別，前者系指天然气燃烧其所产生之蒸汽再凝结为液态水时所放出之总热量；后者则为所生成之水蒸气仍为气态时所放出之总热量。天然气之总热值約在8，000～10，700千卡/立方公尺之间。热值的测定系以一定量的天然气在一定裝置内燃烧，再测定其总发热量，由于天然气系由地下产出，成分中难免含有水分，故天然气热值之试验报告有干基与湿基之分，干基系指不含水气之天然气；湿基则在测定热值前须先使天然气饱和水蒸气再测定其热值。

参考文献

[1]汪孟洋，等.提高原油采收率技术发展现状.国外油田工程，2005，21（8）.

[2]宫俊峰，等.高温复合泡沫体系提高胜利油田稠油热采开发效果.石油勘探与开发，2006，33（2）.