天然气的形成及地化特征.ppt
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1、第五章 天然气的形成及地化特征,概 述,一、生物气的成因,四、非烃气体的成因,三 、煤系气的成因,二、热成因气,五、天然气的空间分布,六、天然气的成因研究,天然 气的 分类 (按成分),烃类气体,非烃类气体,常温常压下 的气态烃类,天然 气的 分类 (按成因),生物气,油田气,煤成气,无机成因气,天然 气的 相态,气态,固态,液态,甲烷含量大于95% 称为干气,一般是指凝析油含量在 于1050g/m3称为湿气,定义:天然气广义上指自然界中存在的一切气体。 在油气勘探中是指存在于岩石圈中可燃的天然气,其成分主要为甲烷为主的烷烃系列及无机气体(CO2、N2、H2S、H2、O2,目前我国探明储量大于
2、1000亿立方米的气田共有5个,其中苏里格气田探明储量大于5000亿立方米。,我国主要含气区重点气田储量对比图,全国天然气地质及可采资源量评价结果表,2008年1月3日关于新一轮全国资源评价和储量产量趋势预测报告,2009年,我国石油产量为1.89亿吨,占全球石油产量3525亿吨的5.18,居世界第5位,储采比为11.5。累计探明石油技术可采储量92.1亿吨,石油累计采出量为51.9亿吨,已探明资源的采出程度分别为63.6%,剩余技术可采储量29.49亿吨,剩余经济可采储量21.71亿吨,居世界第13位。,2009年,我国天然气产量为761.2亿立方米,居世界第9位,储采比为35。累计探明天然
3、气地质储量7.1万亿立方米,累计探明技术可采储量4.3万亿立方米,天然气的累计采出量为10198.4亿立方米,已探明资源的采出程度21.3%,剩余技术可采储量3.77万亿立方米,剩余经济可采储量2.9万亿立方米,居世界第14位。,浅层生物气,煤层气,页岩气,致密砂岩气,构造圈闭油气,非常规油气:致密砂岩气、页岩气煤层气、浅层微生物气、天然气水合物、油砂、页岩油。,(1)致密砂岩气(孔隙度10%,渗透率为mD-nD),据估算,全球致密气资源量为456.24万亿方 现今技术可开采的致密砂岩气储量约为10.524万亿方,涵义:受相似地质因素控制、含有一定资源规模、以吸附状态为主的煤层气、具有相对独立
4、流体系统的煤岩体,煤层气,煤层甲烷被吸附于水与煤的接触带,煤基质,裂隙和节理中的水,(D)向斜-水动力封堵煤层气藏,(F)背斜-水驱圈闭煤层气藏,(G)削顶背斜-水驱圈闭煤层气藏,(H)断层-背斜-水驱圈闭煤层气藏,(K)透镜状煤体煤层气藏,(J)低渗自封闭体煤层气藏,(I)异常压力封存箱煤层气藏,(B)断层-水动力封堵煤层气藏,(E)煤层尖灭-水动力封堵煤层气藏,(C)单斜-水动力封堵煤层气藏,(A)物性-水动力封堵煤层气藏,地下水的补给和运移方向,涵义:页岩气是页岩烃源岩生成的天然气,在排烃后有一部分残留在页岩层段中的天然气就被称之为页岩气,有机质与粘土颗粒表面的吸附气的储集方式与煤层气相
5、似 基质孔隙和裂缝中的游离气的储集方式与常规天然气储层相似,页岩气,美国连续气藏产量目前已占天然气总产量的43%,1996-2006美国3类连续气生产数据变化统计,致密砂岩气占67.7,煤层气20,页岩气12.3%,t/oC,CH4,气水合物和冰,气水合物和水,无气水合物,气水合物是立方晶 系的结晶化合物。,当水结冰时,晶格膨 胀,形成的笼式结 构可以容纳气体分子。,1 小的晶胞结构中 46个水分子可以 包含8个甲烷分子, 其余的一些气体 也可进入其中。,2 大的晶胞结构是金 刚石型填集,在笼中 不仅能留住C1和C2, 而且为了结构稳定, C3、 i C4也可占据 一些大的笼,136个 水分子
6、可以包含 8个丙烷和异丁烷 分子。,天然气水合物的压力-温度曲线,相对密度0.6的天然气,10000,800,1000,2000,4000,400,200,100,8000,-12,-1,-7,16,10,4,21,27,1b/in2,一、 生物气的成因,还原环境,浅处,沉积物中微生物分解有机质,形成各种气体,含氧环境,有机质在厌氧细菌作用下发酵形成CH4,有机质被氧化,放出CO2、SO2、N2等气体,产酸阶段,产甲烷阶段,水解作用,好气氧化,葡萄糖,产甲烷阶段,光合产物 (纤维素),4,1,2,3,产乙酰/产氢 阶段,乙醇,丙醇,丁醇,丙酮,丁酸,丙酸,乳酸,乙酸,甲酸,有机质的厌氧降解过程
7、,CO2,CO2,H2,CH4,发酵作用,硫酸盐岩还原带,有氧,无氧,有氧呼吸,无氧呼吸,光合作用,硫酸根的存在对 甲烷的形成有一 定的抑制作用,当沉积物表面位于 硫酸盐还原带, 并具有一定厚度时, 有利于形成甲烷。,通过细菌作用在 浅处可生成甲烷气,溶解物剖面,水-沉积物剖面 (生物化学带),代谢作用剖面,O2,SO4 HS HCO3,CH4 H4,空气,沉积物,有氧带,碳酸盐岩还原带 (甲烷生成带),水,透光带,富含有机质的开阔海洋环境剖面,温度(),累计产气量,方/t Toc,不同母质类型有机质的生物气生气率演化曲线(适合无抑制淡水环境),型,II型,型,(李明宅 等,1997),二、热
8、成因气,热成因气包括深成阶段形成的石油伴生气、 湿气、凝析气以及准变质阶段的裂解气。,热成因气都是由于热力作用使干酪 根和已生成液态烃类裂解形成的。,成岩作用 阶段,生物 甲烷气,深成作用阶段 初期中期,中高分子量的液态烃(生油主带) 形成的伴生气除甲烷外,重烃含 量高,C1/C2+约为1050,深成作用 阶段后期,低分子量气态烃(C2C4)明显增加 湿气,以及高温高压下轻质液态烃逆 蒸发形成的凝析气。同时,伴有大量 的甲烷生成。,准变质作用 阶段,由于温度持续升高,生成的液态烃和还 没有完全裂解的干酪根裂解为轻质烃直 至甲烷。主要为CH4。几乎没重烃。,埋深,乙烷丁烷,70150 ,高 峰在
9、120,甲 烷,高峰在150,200250 ,可视为生油(气) 岩生气能力的下限。,有机质中可裂解 的部分基本耗尽。,温度,t/oC,CH4,CH4,CH4,CH4,CO2,CO2,C2+,C2+,N2,N2,H2S,H2S,天然气的生成模式,N2最初以NH3形式产生,准变质阶段,深成阶段,成岩阶段,20,腐植型有机质,细粒沉积物中有机质的天然气相对含量,腐泥型有机质,50,100,150,200,生油有机质,生气有机质,生油和生气有机质结构图示,腐泥型有机 质富含长链 脂肪结构, 所以在热解 时烷基侧链 断裂可依次 形成液态烃、 湿气和干气。,腐植型有机 质则富含芳 香结构,含氧 基团和少量
10、 的短链脂肪 侧链。因此 热解时主要 形成干气和 二氧化碳。,C1/C1+,C2+/ C1,干燥系数,重烃系数,475个油气藏的资料绘制,含溶解气的气藏,平均值,比值极限值,美国、加拿大、澳大利亚油气田中C1/C2+平均值与深度的关系,400,300,200,100,1000,500,4500,3500,1500,5500,2500,6500,7000,CH4/重烃,深度(m),四川盆地气藏天然气成分,美国煤层瓦斯成分,煤系地层中常具有较高的汞含量。 这是由于煤作为富集状的腐植型 有机质,对汞有较大的吸聚能力。,从煤中形成气体的热动力学条件和化学机理与 分散有机质基本相似。其主要差别如下:,1
11、 富集状有机质在转化初期,受氧化作用影响较大,2 粘土矿物对富集状有机质转化的催化作用较小,3 煤中富集状有机质对温度反应迟缓,4 煤有较大的吸附容量,可保存较多的气体于煤层,不包括水 的挥发分,煤化过程中煤级指标的明显变化 (Vr-不包括水分的挥发分),德国,美国,定义:煤成气就是指煤系地层在煤化过程中生成的天然气。,三、 煤成气的成因,上世纪60年代以来相继在前苏联西西北利亚盆地、荷兰 东部盆地和北海盆地中发现了特大的煤系地层的气田。这三 个气区的探明储量约占世界探名储量的1/3。 我国也在鄂尔多斯盆地、四川盆地、东濮盆地等处找到 了与煤系地层有关的气藏。,瓦斯气就游离态的煤成气,它是以甲
12、烷气为主的混合气。,煤的现代物质结构概念: 煤是由稠环芳香核、桥键和烷基侧链组成的大分子聚合物。,成煤有机质主要是富含杂原子的纤维素和木质素。,煤化作用的实质:就是腐植型有机质脱氧、 去氢、富碳的过程。芳核上的不稳定官能团, 特别是含氧、含碳的官能团(如羧基、羟基、 氨基以及甲氧基)的脱落,富氢的烷基侧链断 裂,芳香核不断缩合,以CH4、CO2、 H2O、 N2、H2S等挥发性物质排出形成煤系气。,C%,烟煤与无烟煤阶段微镜煤在煤化过程中的 物理、化学与分子结构变化,煤的大分子结构特征决定吸附孔隙的发育程度,通过比表面积来表征。 低煤级煤结构单元的芳构化程度较低,侧链和官能团发育,分子半径大,
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- 天然气 形成 特征
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