凝析氣藏及非常規(guī)氣藏課件

1、5.凝析氣藏及非常規(guī)氣藏一 凝析氣藏的形成（一）基本概念 地下：單一氣相（油逆蒸發(fā)氣化或分散于氣相中），為凝析氣地面：氣、油同產，產氣為主，液態(tài)烴稱為凝析油 凝析氣是指地下溫度、壓力條件下呈氣態(tài),隨溫度、壓力降低呈反凝析現象的一種特殊類型的天然氣。反凝析過程中析出的液態(tài)烴類稱為凝析油。 在地下深處較高溫、高壓條件下的烴類氣體，采到地面后，溫度、壓力降低，凝結出部分液態(tài)烴，這種含有一定數量凝析油的氣藏稱為凝析氣藏。逆凝結:壓力減小氣體變?yōu)橐后w,或液相增加,與正常凝結剛好相反。逆蒸發(fā):壓力增大液相反而減小,以至蒸發(fā)的現象,與正常蒸發(fā)剛好相反。泡點：溫度（或壓力）一定時，開始從液相中分離出第一批氣泡

2、的壓力（或溫度）。對于純化合物，泡點也就是在某壓力下的沸點。露點：溫度（壓力）一定情況下，單一氣體或氣體混合物處于開始冷凝成液體的溫度（或壓力）。 汽液平衡時，液相的泡點即為汽相的露點。飽和蒸汽壓：在密閉條件中，在一定溫度下，與液體或固體處于相平衡的蒸氣所具有的壓力。相圖：也稱相態(tài)圖、相平衡狀態(tài)圖，是用來表示相平衡系統(tǒng)的組成與一些參數(如溫度、壓力)之間關系的一種圖 1、純物質的臨界狀態(tài)（二）凝析氣藏的形成表： 若干物質的臨界參數 物質名稱臨界溫度()臨界壓力(atm)物質名稱臨界溫度()臨界壓力(atm)水二氧化碳氮硫化氫甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷環(huán)戊烷374.231.0-146.9100.4

3、-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷異戊烷環(huán)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物質名稱臨界溫度()臨界壓力(atm)物質名稱臨界溫度()臨界壓力(atm)水二氧化碳氮硫化氫甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷環(huán)戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933

4、.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷異戊烷環(huán)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物質名稱物質名稱臨界溫度()臨界溫度()臨界壓力(atm)臨界壓力(atm)物質名稱物質名稱臨界溫度()臨界溫度()臨界壓力(atm)臨界壓力(atm)水二氧化碳氮硫化氫甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷環(huán)戊烷水二氧化碳氮硫化氫甲烷乙烷丙烷正丁烷異丁烷環(huán)戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152

5、.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正戊烷異戊烷環(huán)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異戊烷環(huán)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

6、.029.927.024.621.219.018.533.332.940.029.927.024.621.219.018.571.171.1的的PP-VV曲線：曲線：（1）隨P ，V丙烷；（2）過A點后，V丙烷繼續(xù)，但P保持不變；（3）過B點后，即使加極大壓力，V也不變。87.887.8的的PP-VV曲線：曲線：隨T，水平線段縮短（ABAB）。96.896.8的的PP-VV曲線曲線：水平線段縮成一點KK，在此溫度以上的曲線，水平線段完全消失。 氣液兩相共存的最高溫度K1和最高壓力B1，分別稱為臨界凝析溫度和臨界凝析壓力。 臨界點K為泡點線（DB1曲線）與露點線（BK1曲線）的交點。已經不再是兩

7、相共存的最高溫度或壓力。 K1為臨界凝結溫度（最高臨界溫度），代表氣液兩相并存的最高溫度 2、雙組分烴類物系相圖B1為臨界凝結壓力，高于該值，無論溫度多高，體系也不能液化的壓力。 等溫加壓情況下：AB12E，在A點物質為氣相，加壓至B 點，開始出液滴（露點），壓力繼續(xù)增加至1點，液體數量逐漸增大；但從1到2 點，加壓反而使液體逐漸減少，氣相增多，至2 點物質全部氣化。由12，等溫增壓出現氣化特征，稱為逆蒸發(fā)；由21，等溫減壓出現液化特征，稱為逆凝結。 等壓升溫情況下：CD43，C點為液體，升溫至D 點，開始出氣泡（泡點），由D4，氣體數量逐漸增大；但從43點，升溫反而使氣體數量減少直至最終全部

8、液化。由43，為逆凝結；由34，為逆蒸發(fā)。 逆凝結和逆蒸發(fā)現象出現于臨界點與臨界凝析溫度點和臨界凝析壓力點之間，常稱之為“逆行區(qū)” 。這是凝析氣藏形成的基本原因。 某種多組分烴類物系的相圖K-臨界點(T=52.8)；K1-臨界凝結溫度； 1-壓力超過泡點壓力的油藏；2-壓力超過露點壓力的凝析氣藏； 3-單相氣藏(純氣藏)； 4-泡點曲線； 5-露點曲線； 6-物系中液體所占體積百分率； A-純氣藏； B-凝析氣藏； C-油藏； D-油氣藏 3、多組分烴類物系的相態(tài)與凝析氣藏的形成 存液相存氣相氣液雙相凝析氣等溫條件下開采開正常采地面（18.7MPa）（15.5MPa） 凝析氣藏以高氣油比（60

9、0800m3氣/m3油）和輕烴組分高度富集為特征。 在一定溫度、壓力范圍內，存在逆蒸發(fā)和逆凝結現象，使一部分液態(tài)烴反溶于氣相形成單一氣相。 在地下烴體系呈氣相，在地面同時有氣和凝析油產出。 并不是地下所有氣體采到地面都變成了凝析油。凝析氣藏特征：凝析氣藏的形成條件： 烴類物系中氣體數量多于液體數量,才能為液相反溶于氣相創(chuàng)造有利條件； 地層埋藏較深，地層溫度介于烴類物系的臨界溫度與凝析溫度之間，地層壓力超過該溫度的露點壓力，這種物系才可能發(fā)生顯著的逆蒸發(fā)現象。 因此，隨著埋深增加，地層溫度和壓力會增加。當地層溫度達到油-氣物系的臨界溫度時，地層壓力越大，油氣物系越容易轉化為單相氣態(tài)，大大促進地下

10、儲集層內油氣的運移，形成凝析氣藏。說明：石油和天然氣都是成分非常復雜的混合物，其臨界條件非常復雜。石油-甲烷物系必須加壓到100MPa以上，才能變成單相氣態(tài)。但實驗證明，流體性質和外界條件等因素都可以改變油-氣物系的臨界壓力（1）在石油-甲烷物系中，存在甲烷最近的同系物時，可以大大降低其臨界壓力，便于石油向氣相過渡（2）石油密度越小，臨界壓力越低；重質高含硫石油在50MPa時也不可能轉化為氣態(tài)（3）用CO2代替CH4，可以降低油-氣物系的臨界壓力（4）巖石的存在可以降低油-氣物系的臨界壓力，特別是對高膠質石油（5）巖石中含水時，會增大油-氣物系的臨界壓力（三）地下油氣藏相態(tài)的識別收集地層壓力、

11、地層溫度及地層條件下油-氣物系的烴類組分百分含量, 編制烴類物系的相圖。2、根據油氣成分的經驗預測法Z=A+B+BCCCCC=12345+Z450純氣藏80Z450凝析氣藏15Z80帶油環(huán)凝析氣藏795% 或 C1% 95% 濕氣（富氣）： CH45% C1/ C1 5值大于99%，為特別干的氣體； 95%99%為干氣； 85%95%為濕氣； 小于85%，為特別濕的氣體。2）非烴類氣體 有氮氣、二氧化碳、 一氧化碳、硫化氫、氫 及微量的惰性氣體。3）控制煤層氣成分的主要因素 1、煤的顯微組分,特別是富氫組分的豐度； 2、儲層壓力，它影響煤的吸附能力； 3、煤化作用程度，即煤階/煤級； 4、煤層

12、氣解吸階段 5、水文地質條件3. 控氣地質因素1 ）煤層氣藏的概念主要觀點有：（1）煤層氣藏是煤中甲烷在具備適當外界條件時，相對集中在一定的圍限內，圍限內的氣體富集程度、壓力一般高于圍限外。煤層氣藏屬流體壓力圈閉氣藏，可細分為水壓、氣壓圈閉兩種，對圈閉的要求不如常規(guī)氣藏嚴格（李明潮等，1996）（2）指在壓力作用下“圈閉”著一定數量氣體的煤巖體，基于此出現了“有效煤層氣藏”或“經濟煤層甲烷氣藏”的概念，指出有效煤層氣藏是指具有商業(yè)開采價值的煤層氣藏（錢凱等，1997） 4、煤層氣藏的概念及要素形成的地質條件（3）地層中煤層氣聚集的基本單元，是煤層氣發(fā)生富集的壓力圈閉，該壓力圈閉是煤層氣成藏要素

13、優(yōu)化配置的結果，其富氣程度主要受控于煤層氣成藏過程匹配關系的優(yōu)化（桑書勛，2001）。（4）指在地層壓力(水壓和氣壓)作用下保有一定數量氣體的同一含煤地層的煤巖體，并具有獨立的構造形態(tài)，它是在煤層熱演化作用過程中形成的，且在后期構造運動中未被完全破壞，呈層狀產出（張新民，2002） 2） 成藏要素分析 從成藏角度來看，煤層氣要聚集成為具有商業(yè)開發(fā)價值的煤層氣藏，同樣需要生、儲、蓋、圈、運、保等基本成藏要素和過程。但煤層氣生儲同層，并具有以吸附狀態(tài)為主的賦存特點，使煤層氣藏形成具有獨特的成藏要素要求。可以綜合為煤層條件、壓力封閉和保存條件 3個方面 （1）煤層條件 作為源巖，要求煤層具有一定的厚

14、度和一定熱成熟度。煤層具有較大的厚度 ，是生氣有機質在量上的保證 作為儲集巖的煤層需要一定的儲集空間和滲透率。煤儲層儲集空間由煤基質孔隙和天然裂隙系統(tǒng)兩部分組成（2）壓力封閉條件 煤層氣藏的實質是一個壓力封閉系統(tǒng)。壓力對煤層氣富集成藏的作用主要表現在兩個方面： 為煤層氣藏提供一部分能量，增大煤層對甲烷的吸附 維持煤層氣藏能量平衡，阻止煤層氣解吸、逸散 壓力封閉系統(tǒng)主要由煤層埋深、煤層的頂底板巖層及煤層的水動力系統(tǒng)組成： 煤層埋深是壓力的主要來源 而頂板巖性的封閉能力、水動力受堵以及大量煤層生成 產生的壓力也對煤層氣成藏起到重要作用 （3）保存條件 主要指封蓋層、上覆地層有效厚度、水文和構造條件

15、等。 良好的封蓋層可以保持煤層壓力，阻止地層水的交替 ，減少游離氣和溶解氣的散失。 上覆地層有效厚度越大，說明煤層氣生成后，地殼抬升、剝蝕程度較弱，煤層向大氣逸散的路徑也就越長，保存條件越好。 水動力封閉及地層水超壓有利于煤層氣的吸附和富集；交替的水動力條件將打破吸附與溶解氣和游離氣之間的平衡，使吸附氣量減少； 構造運動必然引起煤層升降 ，改變煤層的溫壓條件，打破原有的壓力和氣體之間的平衡，從而影響煤層氣藏的保存 。煤層氣藏形成的主要條件： 1）煤層厚度和含氣性 2）滲透性 3）保存條件 4）水文地質條件 四類煤層氣藏： 承壓水封堵、壓力封閉、頂板微滲漏封閉、構造封閉中國煤層氣藏模式圖 吸附態(tài)

16、煤層甲烷是煤儲集天然氣的主體。當煤處于一定的溫度、壓力等條件下時，吸附即達到一種平衡狀態(tài)，吸附狀態(tài)的天然氣要能流動，必須打破這一平衡狀態(tài)，使煤層甲烷解吸出來。（三）天然氣水合物n1、基本概念n是在特定的低溫和高壓條件下，甲烷等氣體分子天然地被封閉在水分子的擴大晶格中，形成似冰狀的固態(tài)水合物。n自然界中存在的天然氣水合物的天然氣主要成分為甲烷，又稱為甲烷水合物（Methane Hydrates）。n有時乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳及硫化氫也可與甲烷一起形成固態(tài)混合氣體水合物，故又稱固態(tài)氣水合物(Solid Gas Hydrates ）天然氣水合物是甲烷等氣體和水分子組成的類似冰狀的固態(tài)物質，其分子

17、式為2，其中是以甲烷氣體為主的氣體分子數，為水分子數。天然氣水合物實質上是一種水包氣的籠形物。 其中的水結晶成等軸晶系，而不是象冰那樣的六方晶系。由水分子形成剛性籠架晶格，每個籠架晶格中均包括一個主要為甲烷的氣體分子。 標準狀態(tài)下，1m3甲烷水合物可以產生164m3氣和0.8m3的水。 2）天然氣水合物形成與分布氣體水合物的分布特征：多分布在極地、永久凍土帶及大洋海底。全球甲烷水合物預測分布圖（James Booth,1997）（一）烴類來源比較 天然氣的形成具有多源性和多階段性。 多源性的體現： 既有有機成因的天然氣,也有無機成因氣 在各種類型的有機質都能形成天然氣，既有油型氣,又有煤型氣。

18、八 氣藏與油藏形成及保存條件的差異 石油主要是由腐泥型和腐殖-腐泥型有機質生成的。 天然氣不僅與石油共生,也往往與煤系共生，聚油盆地和聚煤盆地都可以尋找天然氣。 有機成因天然氣的生成具有多階段性，各個階段都伴隨有天然氣的生成；石油則大量生成于一定埋藏深度的“液態(tài)窗”范圍內。（二）對儲、蓋層條件要求的差異 天然氣與石油性質的差異,對儲、蓋層條件的要求不同： 氣藏對儲層的要求低，對蓋層的要求高；而油藏對儲、蓋層的要求與此相反 烴濃度封閉是天然氣蓋層特有的封閉機理（三）形成的運聚成藏方式的異同 與石油相比,天然氣具有分子小、密度小、粘度小、溶解度大、壓縮性和擴散能力強等特點 這決定了氣比油的運移活性

19、強、運聚成藏方式多樣，這也是造成天然氣與石油的分布差異較大的重要原因之一1、油氣運移方式及天然氣脫溶成藏 天然氣擴散和水溶對流是兩種有別于石油的重要運移機制 天然氣溶解于水中或油中沿地層上傾方向運移，或隨地殼抬升，溶解于水中或油中的天然氣由于溫度升高和壓力的降低而析離出來，在淺部地層中形成天然氣藏，這是一種重要的成藏機制2、天然氣水溶對流運移成藏 水溶對流起因于地層水的密度和溫度差異，地層水鹽度和含氣量的變化致使密度出現差異。因此，溶解有大量天然氣的地層水經過對流，可使氣體在溫度、壓力適宜的地方聚集成藏 縱向通道多數是斷裂，而橫向通道往往沿地層不整合面或其它被封閉層遮檔的連續(xù)性較好滲透層碳酸鹽

20、巖層熱對流系統(tǒng)的概念地質模型 3、天然氣多源復合成藏 天然氣形成具有多源、多階連續(xù)的特點，運移活性強 在氣藏形成過程中往往是多種來源天然氣的復合，單一圈閉中聚集的天然氣可能是來自不同烴源巖、不同成因氣體的混合物。 天然氣藏形成的多源復合現象具有普遍性，是天然氣成藏的一大特色。4、 天然氣聚散動態(tài)平衡成藏 天然氣成藏后距今時間的長短成為氣藏能否保存下來的一個重要影響因素 氣藏形成的時間距今越久遠，氣藏散失量就會越大，殘留量越小 油藏則不會只因擴散作用而遭受破壞（四）氣藏與油藏保存條件的差異 與石油相比，天然氣的聚集效率要小得多： 天然氣聚集系數一般在1%以下，個別情況才會超過1% 而石油的聚集系數較大，一般大于10%聚集系數的理解歸納起來大致有以下3種： 聚集量與生油量之比、聚油量與生油層殘 留烴量之比和聚集量與排 烴量 之比 因此，天然氣藏要求的保存條件遠比油藏的嚴格 （五）