天然气中非烃组分地球化学研究进展

第一部分 引言 天然气是一种优质的烃类资源,这一点早已被人类所共识。但是,天然气中或多或少的也存在有一些非烃类气体。这些非烃类组份主要有以下几种:二氧化碳（CO2）、氮气（N2）、硫化氢（H2S）、水蒸气（H2O）和稀有气体（主要是He和Ar）,其次,还含有氢气（H2）和汞蒸气（Hg）等。 天然气中存在这些非烃气体,从一方面来说,确实对人类开发烃类天然气会带来许多不利的问题,如在输送、精炼、防腐和环保等工程方面,这些非烃组份（尤其是CO2、H2S和Hg）     

松辽盆地双城—太平川地区天然气成因类型及气源

对松辽盆地双城—太平川地区中浅层天然气地球化学特征的分析表明,该区天然气为高-过成熟的煤型气,来源于深部的白垩系沙河子组和侏罗系含煤地层。本区天然气的碳同位素组成具有倒转序列特征,这主要是由腐殖型母质的"同型不同源"气或"同源不同期"气的混合造成的,同时也不排除由天然气中某一或某些组分被细菌氧化所造成。本区天然气中稀有气体氦的含量相对较高,有11口井天然气中氦的含量均具有工业开采价值,可作为氦气藏开采。     

萨克蒙托盆地天然气中的幔源氦

萨克蒙托盆地天然气中氦的同位素比值（3He/4He≈0.11RA～2.75R4）研究表明,该盆地所产天然气部分具有幔源的特征,即1～34％的氦是地幔来源的。同时,3He/4He比值与CH4/4He比值之间的回归方程,提供了地壳和岩浆末端层之间的二元组分混合的证据。将该回归方程外推,使CH4/4He=0,则可得到一个3.84RA的岩浆末端层的3He/4He比值,即相当于一半的典型地幔氦的同位素比值。这说明岩浆末端层实际可能代表的是一个地幔和地壳氦的混合层。由这种二元组分混合层来源的气体,可用纯甲烷、放射性成因的4He,或3He/4He≈06RA—1.0RA的高N2—He气体的加入所解释。岩浆末端层的CH4/3He比值变化很大（0～3×109）,且人类是无法改变的。因此,萨克蒙托盆地某些气田中相当一部分甲烷可能是地球深部来源的。然而,具有最高3He/4He比值（2.75RA）的气田（穆恩本德气田）是与潜伏的上新统-更新统侵入岩相关的,因为这些侵入体上拱沉积岩层而形成了烃类聚集的圈闭。这些气田中的甲烷可能是通过入侵岩体向沉积物迅速传递热能而使有机质热解形成的。此外,盆地西部气田中的甲烷表现出深源沉积物形成运移的特征,但局部地区甲烷可能是由微生物作用形成的。     

浅析H2S和CO2对特高含硫天然气水化物形成温度的影响

经过计算分析比较，特高含硫天然气水化物形成温度比不含硫天然气水化物形成温度高。对特高含硫天然气而言，硫化氢含量越高，对水化物形成温度影响越大，且随压力的降低，硫化氢含量越高对水化物形成温度影响得越大。其中二氧化碳含量的高低，对水化物形成温度影响不大。     

宾夕法尼亚和俄亥俄阿巴拉契亚中央盆地高原区某些天然气的地化特征及成因

利用西宾夕法尼亚和东俄亥俄州22口气井、5个岩心的气体样品,采取稳定同位素地球化学方法解释了阿巴拉契亚中央高原区天然气体的成因及与其可能来源的相关性,并评价这一方法的可行性。     

宾夕法尼亚和俄亥俄阿巴拉契亚中央盆地高原区某些天然气的地化特征及成因

利用西宾夕法尼亚和东俄亥俄州22口气井、5个岩心的气体样品,采取稳定同位素地球化学方法解释了阿巴拉契亚中央高原区天然气体的成因及与其可能来源的相关性,并评价这一方法的可行性。     

“威远气田的气源以有机成因气为主”——与张虎权等同志再商榷

有机成因烷烃气具有以下规律：碳同位素值δ¹³C₁＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃＜δ¹³C₄，一般δ¹³C₁＜－30‰；CH₄/³He为10⁹～10¹²。有机成因二氧化碳的δ¹³C_CO2＜－10‰。威远气田天然气的δ¹³C₁值从－31.96‰～－35.7‰，均小于－30‰，δ¹³C₁＜δ¹³C₂，CH₄/³He为1.1734×10¹⁰～2.8811×10¹⁰。其δ¹³C_CO2值从－11.16‰～－15.81‰，均小于－10‰。加之，威远气田烷烃气和二氧化碳占气体组成的主要区间为89.84%～97.16%。因此，威远气田的天然气以有机成因为主。     

火山-幔源与有机成因CO2气混合模型探讨——以南海北部边缘盆地为例

以南海北部边缘盆地为例，选取典型火山-幔源型CO₂气和不同有机成因CO₂气的碳同位素值作为端元，模拟计算了2种成因CO₂气按不同比例混合后碳同位素值变化规律。结果表明，无论有机成因CO₂的同位素值（-10‰～-25‰）和初始有机成因CO₂气含量（0.5%～2.0%）如何变化，当CO₂气含量小于10%（摩尔分数）时，混合后的δ¹³C_CO2值随总的CO₂气含量增加而迅速增大；而当CO₂含量超过约10%（摩尔分数）时，δ¹³C_CO2值增加缓慢，最后都迅速趋近火山-幔源型CO₂的端元碳同位素值（约-4‰）。该模拟结果合理地解释了为什么世界上所发现的火山-幔源型CO₂气为主天然气藏，其CO₂含量多高于10%（摩尔分数）或15%（重量分数），其碳同位素值大都介于-4‰~-7‰之间。模拟结果与北部湾盆地福山凹陷和珠江口盆地实测CO₂气的碳同位素值变化趋势吻合很好。     

天然气中H2S的化学成因实验研究

对天然气-CaSO4-水体系进行了恒温实验研究.结果表明,含水条件下天然气与CaSO4在450 ℃～570 ℃时可以发生反应,产物主要为H2S、CO2、CaCO3和焦炭.随着反应程度加深,天然气中总烃所占比例呈递减趋势,天然气干燥程度与酸化程度均增大.给出了反应途径通式并进行了热力学分析.热力学计算表明,天然气与CaSO4的反应可自发进行,升高温度对反应有利,长链烷烃比短链烷烃更容易与CaSO4发生反应.本研究对解释天然气中H2S的化学成因提供了理论与实验依据.     

Ni/α-Al2O3上CH4/CO2重整反应动力学的研究--反应温度的影响

在活塞流式微分反应器和脉冲微型反应器中,反应温度550～750℃,分别通过连续反应和脉冲反应,考察了Ni/α-Al2O3催化剂上CH4/CO2反应的动力学行为.结果表明,在550～600℃,原料气CH4和CO2的反应级数随温度升高而增大,产物CO的反应级数随温度提高而提高,H2的反应级数随温度升高而降低.在650～750℃,原料气CH4的反应级数随温度的升高略有增加,而CO2的反应级数恒定,产物H2不再影响反应速率,产物CO反应级数随温度升高几乎恒定.并且发现以上两个温度区间的CH4/CO2反应的表观活化能有显著不同,表明Ni/α-Al2O3催化剂上CH4/CO2重整的反应历程在650℃左右发生了明显变化.     

焙烧温度对SO_4~(2-)/ZrO_2-Dy_2O_3-HZSM-5催化性能的影响

运用Hammett指示剂法、比表面测定技术、XRD、SEM和TGA等多种表征手段研究了焙烧温度对SO2 4/ZrO2 Dy2 O3 HZSM 5催化性能的影响。研究结果表明 ,5 5 0℃下焙烧制得的催化剂具有较强的酸性、较大的比表面积和较高的SO2 4含量 ,催化剂中的ZrO2 主要呈四方晶相。