天然气

[拼音]：tianranqi

[外文]：natural gas

地壳中以烃类为主的天然气体。在石油地质学中，通常多指油气田气，即狭义的天然气。这种天然气在成分上以烃类为主，含有一定的非烃气体。非烃气体大多与烃气伴生，但在某些气藏中可以成为主要组分，形成以非烃气体为主的气藏。广义的天然气是指自然界存在的一切气体,包括岩石圈中各种自然过程形成的气体,如煤成气、泥火山气和生物生成气等。自然界中气体的生成作用十分广泛，可以是有机质的降解和裂解作用、岩石变质作用、岩浆作用、放射性作用以及热核反应等。在自然界里，很少有成因单一的气体单独聚集，而往往是不同成因的气体的混合。

产出类型

依天然气存在的相态可分为：游离态、溶解态、吸附态和固态气水合物。依天然气分布的特点可分为聚集型和分散型。只有游离态的天然气经过聚集形成天然气藏，人们才能开发利用。但也有个别地区已对水溶型等非常规天然气资源进行开发。聚集型天然气可以是气顶气（在油藏顶部聚集成气顶）、气藏气（由游离天然气聚集形成的气藏）和凝析气（在超过临界温度和压力下，液态烃逆蒸发而形成的天然气藏）。

化学组成

地壳上部的天然气，其主要成分是烃类，其中以CH4（甲烷）为主，含少量的C2H6（乙烷）、 C3H8（丙烷）、C4H10（丁烷）、C5H12（戊烷）和C6H14(己烷)等，一般碳数越大,含量越少,有时还含有非烃气体，常见的有N2、CO2、H2S，还有CO、SO2、H2、Hg等,以及痕量到微量的惰性气体氦、氖、氩、氪、氙、氡等。

据Б．П．亚库采尼(1976)对世界上不同地质时代、不同构造单元2000个气藏，15000个分析数据统计,绝大多数气藏的天然气都是以烃为主，含量占80％以上，最高达98％，只有少数气田中烃类含量低于80％。

少数以非烃气体为主的气藏，例如：中国广东省三水盆地沙头圩背斜下第三系中发现高纯度CO2气藏,CO2含量达99.53％；中国河北省晋县赵兰庄地区,下第三系孔店组一段中的H2S气藏，H2S含量高达92％,中国鄂西、江汉等地区有N2含量高的天然气藏，N2高达80～90％,成为N2矿藏。非烃气体混杂于烃类气体中，成为有害成分。当富集到一定程度时，某些非烃类气体就可以开发或综合利用，成为有用的矿产资源。

天然气中的稀有气体如氦、氖、氩、氪、氙等，常与其他气体共存于气藏中，不能单独形成气藏。只有浓度相当高，而且数量相当大时，才能作为特殊气藏加以开采。如四川盆地威远气田的震旦系气藏即含有工业性He，正在开采利用。

物理性质

天然气在常温、常压下以气态存在的烃类有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷(C4H10),1立方米天然气的质量一般在0.75千克左右。一般天然气液化后，体积缩小1000倍，故在天然气和原油的产量、储量换算时,常用1000立方米天然气相当于1立方米原油。天然气在标准状态下，与同体积空气质量之比，一般为0.65～0.75，个别高达1.5。天然气的相对比重,随重烃气体含量增加而变大。此外，亦随氮气、硫化氢气、二氧化碳气含量的增加而变大。

天然气在地下深处，常常处于高温高压下，当温度超过临界温度时，不论压力有多大，都不能使气态物质凝结为液态。这种在高温高压下，液态烃反而变成气态的现象,称做逆蒸发。气体开采时,温度和压力降低，气态烃反而凝结为液态，称做逆凝结。所谓临界温度，就是指气相物质能够维持液相的最高温度。高于临界温度时,不论压力多大,都不能使气态物凝结为液态。在临界温度时，气态物质液化所需的最低压力称临界压力。天然气藏中的凝析气藏就是由上述物理现象形成的。如中国黄骅坳陷板桥气田和四川盆地黄瓜山气田所产的白色及浅黄色轻质凝析油，在地下是在临界状态下呈气相存在，开采到地面时逆凝结为浅色凝析油。20世纪70年代以来，在世界各国许多产油气区发现的深达3000～4000米或更深的天然气藏，多是凝析气藏。

天然气能不同程度地溶于水和石油中。溶解的数量决定于天然气和溶剂的成分、气体压力。它们之间的关系符合亨利公式

Q=α·P式中Q为溶解度；α 为溶解系数或称亨利系数；P为气体压力。

溶解系数，在很大程度上取决于温度和含盐度，随温度上升和含盐度升高而降低。

压力不大时，用亨利公式计算溶解度是十分准确的。当压力增加到气体液化点附近时，溶解气的数量要比用亨利公式计算出的大得多。在地下深处（大于1000米），每升水中溶解的烃气可达几升，如果分布面积广，这种水溶气就具有工业价值。在日本已对这种水溶气进行工业开发。

天然气（烃气）在石油中的溶解度比在水中大，并且随压力增加而增大。在标准状态下，甲烷在石油中的溶解系数为0.3，比水中大9倍。在较高压力下，石油可溶解数百倍于本身体积的天然气。

天然气中烃类气体，是具有高热值的优质燃料，烃分子中含氢原子数越多，热值越高。天然气中主要烃类的热值如表所示。