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油气基础知识 一 原油的外观及组成在地下构造中及常温常压下均呈液态 且以烃类化合物为主的可燃液体称为石油 加工提炼前称为原油 第一节原油 一 原油的外观性质 大部分原油呈黑色或深棕色 有特殊气味 不溶于水 且比水稍轻的粘稠液体 各类原油的主要外观性质 二 原油的组成 按元素组成 原油主要由碳 氢两种元素以及硫 氮 氧及一些微量金属 非金属元素 Fe Cu P Si等 组成 原油中元素组成的质量分数 按化合物组成 原油由C H元素构成的烃类化合物 S N O等元素构成的非烃类化合物 石油中的烃类主要是由烷烃 环烷烃 芳香烃这三种烃类构成 同时含有少量的烯烃 炔烃等不饱和烃 非烃化合物在石油馏分中的分布是不均匀的 大部分集中在重质馏分和残碴油中 有含硫化合物 含氮化合物 含氧化合物 胶状沥青状物质等 二 原油的分类 1 工业分类法按密度 含硫量 含蜡量 胶质含量分类 2 化学分类法特性因数分类法 由原油的沸点和相对密度组成的参数进行分类 关键馏分分类法 取250 275 和395 425 两个馏分段 测密度 确定属性 分类 三 原油的质量技术要求 根据不同类别的原油 质量技术要求有 含水量含盐量饱和蒸汽压 第二节天然气 一 天然气的定义天然气 在不同地质条件下生成 运移并以一定压力储集在地下构造中 以碳氢化合物为主的可燃性烃类气体 含碳和氢两种元素的有机化合物称为碳氢化合物 又称为烃 碳氢化合物种类极多 一般以分子中含碳原子的多少为排列顺序 烃类化合物 烷烃 通式CnH2n 2常温常压下 C1 C4的烷烃为气体 C5 C16为液体 C原子数目16以上 是固体 除C1 C2是无色无味气体外 其它易挥发的低分子烷烃具有汽油味 碳数多的高分子烷烃无气味 挥发性很小 在一般条件下 烷烃的化学性质很不活泼 不易与其它物质发生反应 燃烧性能好 二 天然气的组成 天然气的成分因地而异大部分为 甲烷其次 乙烷 丙烷 丁烷等少量非烃气体 如氮气 硫化氢 一氧化碳 二氧化碳 水气 氧 氢 不饱和烃 芳烃 低级含硫有机化合物 硫醇 硫醚 二硫化碳等 和微量惰性气体氦 氩等 一 甲烷的分子结构 1 甲烷的分子式是 CH4 2 甲烷的分子结构 甲烷分子结构示意图 科学实验证明 甲烷分子呈正四面体结构 碳原子位于正四面体的中心 四个氢原子位于正四面体的顶点上 二 甲烷的物理性质 通常情况下 甲烷是一种无色无味的气体 密度是0 717g L 标准状况 比空气轻 甲烷极难溶于水 甲烷在自然界中的存在 池沼的底部 沼气 油田气和煤矿坑道 坑气 瓦斯 天然气 一般含CH480 97 三 甲烷的化学性质 甲烷的氧化反应 甲烷是一种很好的燃料 在空气中容易燃烧生成二氧化碳和水 同时放出大量的热 三 天然气的分类 1 油田伴生气 气田气 凝析气田气 根据矿场特点来区分 油田伴生气 与原油共生 开采原油时伴生气与原油同时被采出 气田气 从气井中开发出来 主要成分甲烷 少量乙烷 丙烷 丁烷及非烃气体 凝析气田气 凝析气田开采出来 成分除了甲烷 乙烷 还有一定数量的丙烷 丁烷 戊烷及戊烷以上的烃类 2 干气和湿气 根据天然气中烃类含量多少来区分 干气 贫气 甲烷含量高于90 天然汽油 戊烷以上组分 含量低于10mL m3的天然气 湿气 富气 甲烷含量低于90 天然汽油 戊烷以上组分 含量高于10mL m3的天然气 3 酸性天然气和洁气 根据天然气中含硫量的多少区分酸性天然气 天然气中含硫化氢和二氧化碳气体超过20mg m3 需进行净化处理才能达到管输标准 洁气 硫化氢和二氧化碳气体含量甚微 不需净化的天然气 四 天然气的主要物理 化学性质 1 天然气的相对分子质量天然气的视相对分子质量 M 天然气的视相对分子质量 yi 天然气中组分i的摩尔分数 Mi 天然气中组分i的相对分子质量 2 密度 单位体积物质的质量 g 密度 kg m3 m 质量 kg V 体积 m3 气体的密度与压力 温度有关 在低温高压下与压缩因子Z有关 天然气的视密度 天然气的视密度 kg m3 yi 天然气中组分i的摩尔分数 i 天然气中组分i在标准状态下的密度 3 相对密度相同压力 温度下天然气的密度与干燥空气密度的比值 S 空S 天然气相对密度 天然气视密度 kg m3 空 标准状态下空气密度 1 293kg m3 4 粘度粘度 气体分子之间存在摩擦力 气体内部 相对运动 内摩擦力 内部阻力粘度越大 内部阻力越大 流动困难粘度就是气体流动的难易程度 快层 慢层 流向 内摩擦力 粘度使天然气在地层 井筒和地面管道中流动时产生阻力 压力降低 天然气的粘度与其组分的相对分子质量 组成 温度及压力有关 低压条件 压力变化对粘度影响不明显 温度升高 粘度增大 相对分子质量增大 粘度减小 高压条件 压力增大 粘度增加 温度增高 粘度减小 相对分子质量增大 粘度减小 5 临界温度和临界压力临界温度 每种气体要变成液体 都有一个特定的温度 高于该温度时 无论加多大的压力 气体也不能变成液体 临界压力 当温度为临界温度时 使气体压缩成液体所需的压力 视临界温度 Tc 天然气各组分的临界温度的加权平均值 视临界压力 pc 天然气各组分的临界压力的加权平均值 气体的临界温度越高 越易液化 天然气的主要成分甲烷的临界温度很低 为190 58K 故较难液化 而液化石油气的主要成分是丙烷 369 82K 丁烷 425 18K 其临界温度较高 故较易液化 6 天然气的热值天然气是一种重要的燃料 其热值就是一项重要的经济指标 热值定义 单位数量的天然气完全燃烧所释放的热量 汽化热 天然气燃烧时生成水 并被汽化 由液态变成气态时 所吸收的热量 高热值 全热值 将汽化热计算在内的热值 低热值 净热值 不计算汽化热的热值 7 天然气的含水量1 天然气的含水量指天然气中水蒸气的含量 与温度 压力 气体组成有关 1 天然气的湿度天然气含水量 绝对湿度 e 每立方米天然气中所含水蒸气的克数 kg m3 天然气的饱和含水量es 一定压力 温度下 每立方米天然气中含有最大水蒸气克数 相对湿度 一定的压力和温度下 天然气的含水量 绝对湿度 与饱和含水量的比值 e es 天然气的水露点 一定压力条件下 天然气为水蒸气所饱和时的温度 天然气中含有一定量的水蒸气 当温度下降或压力升高到一定数值时 天然气中水蒸气开始凝析出来 此时该天然气为水蒸气所饱和 另一说法 一定压力下 天然气中刚有一滴露珠出现时的温度 天然气的饱和含水量 压力相同时 温度越高 含水量越高 温度相同时 压力越高 含水量越低 天然气中重烃 杂质含量以及地层水的含盐量会影响天然气的饱和含水量 8 天然气的爆炸限天然气爆炸 在一瞬间产生高温 高压的燃烧过程 天然气与空气以一定比例组成的混合气体 在封闭的系统中 遇明火就发生爆炸 可能发生爆炸的最低浓度 爆炸低限 可能发生爆炸的最高浓度 爆炸高限低限和高限之间的浓度范围 爆炸界限爆炸限与混合气体的压力及温度有关 五 天然气的质量技术要求 高位发热量 一定体积或质量的天然气所发出的热能 含汽化热 总硫含量硫化氢含量二氧化碳含量水露点 天然气为水蒸气所饱和时的温度 六 天然气加工的主要产品 天然气加工的主要产品主要有 液化天然气 天然气凝液 液化石油气 天然汽油 压缩天然气等 1 液化天然气 液化天然气 LNG liquefiedNaturalGas 是由天然气液化制取的 以甲烷为主的液烃混合物 液化天然气的体积为其气体体积 101 325kPa 20 的1 625 有利于输送和储存 天然气液化几乎是跨越海洋运输天然气的主要方法 2 天然气凝液 天然气凝液 NGL NaturalGasLiquids 是指从天然气中回收到的液烃混合物 包括乙烷 丙烷 丁烷及戊烷以上烃类等 天然气凝液可进一步分离出乙烷 丙烷 丁烷和天然汽油等 3 液化石油气 液化石油气 LiquefiedPetroleumGas 简称LPG 是以C3 C4为主的烃类混合物 常温常压下是气体 在常温或低温下施加至一定压力时 转变为液态 卸压后又能变成气体 丁烷 丙烷 液化石油气的来源主要有两种 从天然气或油田伴生气