高溫高壓下水中天然氣溶解與出溶特征及其天然氣地質(zhì)意義

1、高溫高壓下水中天然氣溶解與出溶特征及其天然氣地質(zhì)意義論文摘要：通過不同高溫、高壓下天然氣在水中溶解后出溶天然氣組分相對含量變化及其與原始組成的比照，分析了地層水溶解和出溶對于天然氣成份的影響。與原始天然氣組成相比，溶解后出溶的天然氣中甲烷和氮氣相對含量均增加了，氮氣增加幅度明顯高于甲烷，重?zé)N含量均降低了。在溫度相同時，壓力增加，甲烷含量增大，重?zé)N含量降低。在壓力相同時，從90到120為甲烷含量快速增加，重?zé)N含量降低，之后甲烷含量增加幅度減緩，重?zé)N略微上升。溫度相同，不同壓力下出溶氣的重?zé)N組分含量降低幅度隨碳數(shù)增加而增大，但隨溫度升高，不同壓力下重?zé)N組分含量的差異減小。在進(jìn)行天然氣運聚成藏機理研

2、究時應(yīng)該考慮水溶出溶作用的影響。論文關(guān)鍵詞：甲烷,重?zé)N,氮氣,地層水,出溶作用1引言2實驗條件與實驗步驟本次所用設(shè)備包括真空泵、地層水室、氣樣室、溶解室、恒壓泵、量水筒、氣量計、氣相色譜和控溫器，其中真空泵主要是在溶解實驗前抽出系統(tǒng)內(nèi)的空氣，以確保氣樣不受空氣影響；恒壓泵主要用于體系內(nèi)在一定壓力時保持恒壓狀態(tài)；氣相色譜主要用于分析天然氣的組分相對含量。溶解室的容積為1500mL，允許工作壓力最高為150MPa，允許工作溫度最高為250。恒壓系統(tǒng)中的恒速恒壓泵(雙缸并聯(lián))工作壓力最高為150.0MPa，控制精度為0.1MPa。氣相色譜儀器為美國HP-6890型色譜儀，其控溫范圍介于0-399.0

3、，最高靈敏度為1x10A/mv。圖1天然氣溶解-出溶實驗工作原理簡圖本次實驗所用天然氣樣品為四川盆地川西氣田馬蓬3井侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組的天然氣，其甲烷體積含量為95.19%，重?zé)N含量低，乙烷和丙烷含量分別為1.86%和0.90%，異丁烷和正丁烷含量分別為0.20%和0.10%；異戊烷和正戊烷含量分別為0.09%和0.07%。有少量氮氣，為0.64%，屬于干氣表1。本次采用的實驗壓力點數(shù)據(jù)分別為20、40、60、80、100、120MPa，對應(yīng)的實驗溫度分別為90、120、150、175、200。實驗測定了不同溫度和壓力條件下天然氣在地層水中組分相對含量。所用地層水為NaHCO型，礦化度為34567

4、mg/L。實驗時，首先使天然氣樣進(jìn)入裝有適量地層水的溶解室內(nèi)，用加壓泵把氣體加壓至指定壓力，通過升溫系統(tǒng)控溫器把溫度升至測定溫度，并恒溫。使氣樣與地層水在指定溫度和壓力條件下相互作用而溶解到達(dá)平衡。然后，釋放10mL左右溶解有天然氣的地層水，在常溫常壓條件下，量出地層水和溶解氣的體積，計算溶解度氣水比，并對出溶的水溶氣進(jìn)行氣相色譜分析，得到不同溫壓條件下出溶的天然氣的組成數(shù)據(jù)。為了保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度，分別在20MPa、90和60MPa、150條件下進(jìn)行不同恒定時間的溶解度平行實驗表1。可見，相同溫度、壓力下，不同恒定時間所得到的溶解度數(shù)據(jù)誤差最高不超過5.2%，說明儀器的精度和實驗結(jié)果

5、是可信的。表1天然氣溶解度平行實驗結(jié)果比照表 壓力 (MPa) 時間 (小時) 溫度 () 溶解度 (m /m ) 壓力 (MPa) 時間 (小時) 溫度 () 溶解度 (m /m ) 20 6 90 2.33 60 4 150 5.43 20 10 90 2.21 60 8 150 5.40 20 20 90 2.23 60 12 150 5.38 3實驗結(jié)果討論與原始天然氣樣品組成相比，不同溫度、壓力下，出溶氣中最低分子量的甲烷相對含量都增加了，原始樣品的甲烷相對含量為95.19%，出溶的水溶氣甲烷含量一般都在96.9%以上圖2，最高增加了2.81%。在溫度相同時，壓力增加，甲烷含量增大；

6、在壓力相同時，溫度增高，甲烷含量也有增加特征，但在溫度到達(dá)120及其之后，增加幅度明顯降低了。圖3中表現(xiàn)為從90到120為甲烷含量快速增加，之后增加幅度減緩了。與甲烷含量相比，出溶的天然氣中重?zé)N含量都相對降低了圖3，壓力相同時，溫度升高，重?zé)N含量先降低后又略微升高，其中，壓力在20-60MPa時，從90到120重?zé)N含量降低幅度很大；壓力在80-100MPa時，90時，重?zé)N含量明顯較低，之后溫度升高，重?zé)N含量降低幅度減小，80MPa對應(yīng)點在溫度超過175后略微上升圖3。圖2水溶氣甲烷含量-壓力、溫度關(guān)系圖圖3水溶氣重?zé)N含量-溫度、壓力關(guān)系圖溫度相同而壓力不同時，出溶氣的重?zé)N組分含量相對于原始?xì)鈽?/p>

7、組分含量降低的幅度隨碳數(shù)增加而增大；壓力越高，重?zé)N組分含量降低越多，與原始?xì)鈽硬町愒酱?，但隨溫度升高，不同壓力下重?zé)N組分含量的差異減小圖4和圖5。圖4不同溫度壓力條件下出溶天然氣與原始?xì)鈽咏M成比照圖圖5表示的是出溶氣與原始?xì)獠煌M分相對含量之比與溫度、壓力的關(guān)系?？梢?，在不同溫度下，出溶氣與原始?xì)鈽蛹淄楹恐入S壓力升高而增加圖5，實際上表示的是出溶氣中甲烷含量隨壓力升高而增大；壓力相同時，溫度升高，甲烷含量增加，但在溫度超過120之后，增加幅度很低圖5。不同溫度下，隨壓力升高，出溶氣中不同的重?zé)N組分含量均具有隨壓力升高而降低的趨勢，碳數(shù)越低降低越明顯。重?zé)N中乙烷含量最高，其變化最具特點，低于

8、80MPa時，90出溶氣乙烷含量明顯高于其他高溫點，各高溫點的乙烷組分含量接近，但都隨壓力升高而降低，最終不同溫度的乙烷含量大體隨壓力升高而趨于一固定值14.9%左右。丙烷等重?zé)N由于含量很低而不同溫度之間差異規(guī)律性難以反映，但相同溫度下，隨壓力升高出溶氣中組分含量降低的趨勢還是比擬明顯的。圖5出溶天然氣不同組分與原始?xì)饨M分之比-溫度和壓力關(guān)系圖不同結(jié)構(gòu)的烴在不同溫度、壓力條件下，相對含量也有變化圖6，其中正丁烷nC與異丁烷iC、正戊烷nC與異戊烷iC是重?zé)N中兩種重要的不同結(jié)構(gòu)烴。與原始?xì)鈽酉啾?，iC/nC在40-80MPa之間有局部值高于原始?xì)鈽樱咧祵?yīng)壓力為60MPa，主要是90、120對

9、應(yīng)數(shù)據(jù)，200、60MPa時出溶氣的iC/nC也高于原始?xì)鈽?；iC/nC較高值對應(yīng)的壓力有所降低，主要在40MPa，90、40MPa時出溶氣的iC/nC最高圖6，其最高值出現(xiàn)的壓力差異可能與分子量有一定關(guān)系?？傮w可見，不同結(jié)構(gòu)烴相對含量的變化與溫度、壓力有密切關(guān)系。圖6出溶氣iC/nC左圖和iC/nC右圖-溫度壓力關(guān)系圖本次分析的天然氣中非烴氣主要為氮氣，其含量為0.64%，而出溶氣中的氮氣含量最低為1.28%，最高為2.01%。與原始?xì)鈽酉啾?，相對含量增加?-3倍以上圖5。在溫度相同時，出溶氣中氮氣含量具有隨壓力升高而增加的趨勢。由上述實驗結(jié)果可見，天然氣經(jīng)過水溶、出溶后，甲烷和氮氣含量增

10、加了，氮氣增加幅度比甲烷大得多，重?zé)N含量普遍降低了。在含氣盆地中，氣源巖中生成的天然氣首先進(jìn)入輸導(dǎo)層或儲集層，由于天然氣首先接觸到的介質(zhì)就是地層水，在一定溫度、壓力下，必然有一局部天然氣要溶解在地層水中。當(dāng)溶解有天然氣的地層水運移時，溶解的天然氣必然隨地層水一起運移，當(dāng)運移到適宜的部位時，由于溫壓條件的改變，局部天然氣就會從地層水中溢出，不同深度有不同的溫壓條件，溢出的天然氣組分相對含量也不同。這樣經(jīng)過水溶相運移的天然氣出溶形成的氣藏中的天然氣成份就與烴源巖中生成的原始天然氣成份產(chǎn)生了分異，結(jié)果就使得出溶聚集的天然氣中甲烷含量和氮氣含量增加了，重?zé)N含量降低了。在許多深部存在氣源巖的含油氣盆地中

11、，隨深度變淺，甲烷、氮氣含量增加、重?zé)N含量降低的趨勢在一定程度上與此有關(guān)。此外在利用天然氣成份進(jìn)行氣源比照和運移方向時也應(yīng)考慮到水溶作用的影響。4結(jié)論與認(rèn)識天然氣在地層水中的溶解是自然界含油氣盆地中的一種普遍現(xiàn)象，溶解在地層水中的天然氣當(dāng)溫、壓等條件發(fā)生變化時，過飽和的局部就會從地層水中溢出形成氣相，從而發(fā)生氣相運移和聚集。與溶解前相比，出溶的天然氣中甲烷、氮氣含量相對增加了，重?zé)N含量普遍都降低了，不同結(jié)構(gòu)的烴類相對含量也發(fā)生了變化。在分析含氣盆地天然氣組成變化規(guī)律、氣源比照以及進(jìn)行天然氣運移研究時應(yīng)考慮地層水溶解分異作用的影響。參考文獻(xiàn)1 Mc Auliffe C.,Solubility i

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