華南理工大學課件-天然氣開采與綜合利用技術4-3(第四章非常規(guī)天然氣)匯編

1、 非常規(guī)天然氣簡述非常規(guī)天然氣簡述 2 非常規(guī)天然氣非常規(guī)天然氣 概念：概念：非常規(guī)天然氣資源很多非常規(guī)天然氣資源很多, 包括煤層氣（包括煤層氣（coal bed methane） 、致密巖石中的天然氣、地層中流體壓力和深、致密巖石中的天然氣、地層中流體壓力和深 層高壓異常壓力條件下的水中溶解氣、地下和海洋底部天層高壓異常壓力條件下的水中溶解氣、地下和海洋底部天 然氣水合物然氣水合物, 甚至還有無機天然氣等。其中，除煤層甲烷氣甚至還有無機天然氣等。其中，除煤層甲烷氣 外，其他非常規(guī)天然氣尚未投入工業(yè)開采。外，其他非常規(guī)天然氣尚未投入工業(yè)開采。 3 煤層甲烷氣煤層甲烷氣 煤層氣又稱煤層甲烷是人們

2、俗稱的瓦斯。它是在成煤層氣又稱煤層甲烷是人們俗稱的瓦斯。它是在成 煤過程中生成并以吸附和游離狀態(tài)賦存與煤層及周巖的煤過程中生成并以吸附和游離狀態(tài)賦存與煤層及周巖的 自儲似天然氣體。煤層氣與天然氣屬同一性質(zhì)的可燃氣自儲似天然氣體。煤層氣與天然氣屬同一性質(zhì)的可燃氣 體。其甲烷組分占體。其甲烷組分占90以上，還有少量的二氧化碳、氮、以上，還有少量的二氧化碳、氮、 氫以及烴類化合物。熱值在氫以及烴類化合物。熱值在37620 kJ / m3 以上以上,是一種清是一種清 潔、高效的氣體燃料。潔、高效的氣體燃料。 4 What Is CBM? n CBM=Coalbed Methane=Coal Seam

3、Gas n Natural Gas in Trapped Coal Seam n The Purest Form of Natural Gas n Generally 95-98% CH4 Content n Purity Also Depends the Purity of Coal n About 8500-9000 kcal/m3 n CBM mixed with air becomes CMM n CMM is Coal Mine Methane n Methane (5-15%) with air cause spontaneous combustions and leads to

4、explosion in u/g mines 5 煤煤 層層 甲甲 烷烷 氣氣 當煤炭沒有被開采條件下，煤層氣不會自動釋放出來當煤炭沒有被開采條件下，煤層氣不會自動釋放出來; 但在采煤過但在采煤過 程中，煤層氣就自由地釋放到大氣中，形成煤礦瓦斯。若不及時把瓦程中，煤層氣就自由地釋放到大氣中，形成煤礦瓦斯。若不及時把瓦 斯設法抽引出去，就會造成三種危害。斯設法抽引出去，就會造成三種危害。 第一種危害第一種危害:若礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_到一定程度，遇有火源，就會發(fā)生瓦斯若礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_到一定程度，遇有火源，就會發(fā)生瓦斯 爆炸。爆炸。 第二種危害第二種危害:CH4 釋放到大氣中，所造成的溫室效應比釋放到

5、大氣中，所造成的溫室效應比CO2 要強要強20 多倍多倍 第三種危害第三種危害:CH4 對大氣層中臭氧對大氣層中臭氧(O3 ) 的破壞作用是的破壞作用是CO2 的的7 倍，比弗里倍，比弗里 昂的破壞作用要強得多。昂的破壞作用要強得多。 6 煤層甲烷氣煤層甲烷氣 國家國家煤炭資源煤炭資源/ /億億t煤層氣資源量煤層氣資源量/ /萬億萬億m3 俄羅斯俄羅斯 中國中國 美國美國 加拿大加拿大 澳大利亞澳大利亞 6500065000 4000040000 3970039700 7000070000 1700017000 113113 30303232 11.311.3 1010 8.58.5 世界煤層

6、氣資源量世界煤層氣資源量 7 煤層甲烷氣煤層甲烷氣 我國煤層氣資源十分豐富，位居世界第二，埋深在我國煤層氣資源十分豐富，位居世界第二，埋深在2000米以內(nèi)的煤米以內(nèi)的煤 層氣資源量就達層氣資源量就達32萬億萬億m3，與常規(guī)天然氣資源量相當，截至，與常規(guī)天然氣資源量相當，截至2002 年年 我國煤層氣已探明我國煤層氣已探明1023 億億3地質(zhì)儲量。地質(zhì)儲量。 聚聚 煤煤 大大 區(qū)區(qū)華華 北北西西 北北華華 南南東北東北 含煤區(qū)，個含煤區(qū)，個 資源量，資源量，1012 m3 資源比例，資源比例， 甲烷濃度變化范圍，甲烷濃度變化范圍， 甲烷平均濃度，甲烷平均濃度， 20 17.13 62.67 83

7、98 91 13 7.65 27.98 8593 90 23 2.15 7.85 8796 92 9 0.4 1.46 8794 90 中國主要煤層氣資源分布數(shù)據(jù)表 8 9 煤煤 層層 甲甲 烷烷 氣氣 沁水盆地是世界儲量最大的高煤階煤層氣田之一，沁水盆地是世界儲量最大的高煤階煤層氣田之一， 是我國惟一已經(jīng)探明的整裝煤層氣田。該地現(xiàn)探明煤層是我國惟一已經(jīng)探明的整裝煤層氣田。該地現(xiàn)探明煤層 氣地質(zhì)儲量氣地質(zhì)儲量754億立方米。億立方米。 10 煤層氣產(chǎn)業(yè)在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展中的作用煤層氣產(chǎn)業(yè)在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展中的作用 11 1、利于能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，緩解天然氣短缺 2010年以后，常規(guī)

8、天然氣生產(chǎn)只能滿足市場需求的年以后，常規(guī)天然氣生產(chǎn)只能滿足市場需求的60%左右。盡左右。盡 管天然氣缺口可通過進口天然氣和液化石油氣解決，但在成本和安管天然氣缺口可通過進口天然氣和液化石油氣解決，但在成本和安 全上均存在問題。預計到全上均存在問題。預計到2010年全國煤層氣產(chǎn)量將達到年全國煤層氣產(chǎn)量將達到100億億3， 2020年將達到年將達到220億億3，為常規(guī)天然氣產(chǎn)量的，為常規(guī)天然氣產(chǎn)量的1/5，成為常規(guī)天然氣，成為常規(guī)天然氣 最為現(xiàn)實的戰(zhàn)略補充資源。煤層氣可以安全可靠地緩解天然氣短缺最為現(xiàn)實的戰(zhàn)略補充資源。煤層氣可以安全可靠地緩解天然氣短缺 的局面，利于能源結(jié)構(gòu)調(diào)整；從開拓新能源的角度

9、上起到了一定的的局面，利于能源結(jié)構(gòu)調(diào)整；從開拓新能源的角度上起到了一定的 保障油氣戰(zhàn)略資源的作用，它比建設油氣儲備設施來得更快，效益保障油氣戰(zhàn)略資源的作用，它比建設油氣儲備設施來得更快，效益 更好，更具有安全性和戰(zhàn)略性。更好，更具有安全性和戰(zhàn)略性。 12 2、調(diào)配管輸天然氣熱值，促進管網(wǎng)天然氣質(zhì)量標準統(tǒng)一 下游工程一直是限制煤層氣開發(fā)的重要因素之一，下游工程一直是限制煤層氣開發(fā)的重要因素之一，“ 西氣東輸西氣東輸”工程的實施為煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了難得的機工程的實施為煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了難得的機 遇，它穿越中國眾多的油氣盆地和含煤盆地，管線經(jīng)過的遇，它穿越中國眾多的油氣盆地和含煤盆地，管線經(jīng)過的

10、 煤層氣資源富集地區(qū)的總資源量近煤層氣資源富集地區(qū)的總資源量近1414101012 12 3 3。因煤層氣。因煤層氣 成分是甲烷，完全可以與天然氣管網(wǎng)互聯(lián)混輸。為了達到成分是甲烷，完全可以與天然氣管網(wǎng)互聯(lián)混輸。為了達到 不同天然氣之間良好兼容的目的，利用相對熱值較低的煤不同天然氣之間良好兼容的目的，利用相對熱值較低的煤 層氣來調(diào)配層氣來調(diào)配LNGLNG質(zhì)量，使其適配管輸天然氣氣源質(zhì)量，使其適配管輸天然氣氣源。 13 3、有效減排溫室氣體，改善大氣環(huán)境 據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，中國煤炭開采每年向大氣排放的甲烷量超過據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，中國煤炭開采每年向大氣排放的甲烷量超過194 億億m3，約占世界采煤排放甲烷的

11、，約占世界采煤排放甲烷的1/3，是全球溫室氣體第一排放大國，是全球溫室氣體第一排放大國 ，僅山西每年采煤過程中排放的煤層氣相當于世界排放總量的，僅山西每年采煤過程中排放的煤層氣相當于世界排放總量的7% 8%。利用煤層氣不僅可以直接減少煤礦甲烷排放量，還可以替代煤。利用煤層氣不僅可以直接減少煤礦甲烷排放量，還可以替代煤 炭和石油燃燒，間接降低炭和石油燃燒，間接降低CO2的排放量，緩解大量燃煤造成的環(huán)境的排放量，緩解大量燃煤造成的環(huán)境 壓力壓力(燃燒燃燒1t煤約產(chǎn)生煤約產(chǎn)生183的的CO2)。 14 煤層氣產(chǎn)業(yè)在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展中的作用煤層氣產(chǎn)業(yè)在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展中的作用 15 4

12、、改善煤礦安全生產(chǎn)條件，提高經(jīng)濟效益 由于中國煤礦高瓦斯礦井比例大，煤礦瓦斯事故頻繁發(fā)生，平均由于中國煤礦高瓦斯礦井比例大，煤礦瓦斯事故頻繁發(fā)生，平均 6.3天發(fā)生一起瓦斯爆炸或突出事故，造成嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損天發(fā)生一起瓦斯爆炸或突出事故，造成嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損 失。失。19812003 年，中國地方煤礦每年因死亡事故造成的直接經(jīng)濟年，中國地方煤礦每年因死亡事故造成的直接經(jīng)濟 損失達損失達10億元以上，影響原煤產(chǎn)量億元以上，影響原煤產(chǎn)量2000萬噸左右。煤礦事故死亡人萬噸左右。煤礦事故死亡人 數(shù)是世界上主要產(chǎn)煤國煤礦死亡人數(shù)的數(shù)是世界上主要產(chǎn)煤國煤礦死亡人數(shù)的4倍以上，百萬噸煤死亡率是

13、倍以上，百萬噸煤死亡率是 美國的美國的160倍，倍，2004年全國共發(fā)生煤礦死亡事故年全國共發(fā)生煤礦死亡事故3639 起，造成起，造成6027 人人 死亡。因此，如能在采煤之前先將煤層氣開采出來，可以使煤礦生死亡。因此，如能在采煤之前先將煤層氣開采出來，可以使煤礦生 產(chǎn)中的瓦斯涌出量降低產(chǎn)中的瓦斯涌出量降低7085，變高瓦斯礦為低瓦斯礦，不僅可，變高瓦斯礦為低瓦斯礦，不僅可 從根本杜絕煤礦瓦斯事故，改善煤礦的安全條件，提高煤礦的生產(chǎn)從根本杜絕煤礦瓦斯事故，改善煤礦的安全條件，提高煤礦的生產(chǎn) 效率和經(jīng)濟效益。效率和經(jīng)濟效益。 16 中國煤層氣資源開發(fā)利用現(xiàn)狀中國煤層氣資源開發(fā)利用現(xiàn)狀 已經(jīng)完成了

14、從已經(jīng)完成了從“瓦斯災害瓦斯災害”到到“優(yōu)質(zhì)能源優(yōu)質(zhì)能源”的認識轉(zhuǎn)變。雖然的認識轉(zhuǎn)變。雖然 中國煤層氣的開發(fā)利用已開始起步，但是，由于煤層氣勘探起步較中國煤層氣的開發(fā)利用已開始起步，但是，由于煤層氣勘探起步較 晚，早期勘探專用技術不配套，勘探思路也不準確，至今仍然沒有晚，早期勘探專用技術不配套，勘探思路也不準確，至今仍然沒有 達到規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，煤層氣的利用率只有達到規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，煤層氣的利用率只有40。美國是唯一率先。美國是唯一率先 成功實現(xiàn)煤層氣商業(yè)性開發(fā)的國家。到成功實現(xiàn)煤層氣商業(yè)性開發(fā)的國家。到2002 年底，全美煤層氣生產(chǎn)年底，全美煤層氣生產(chǎn) 井達井達14200多口，當年煤層氣產(chǎn)量

15、已達到多口，當年煤層氣產(chǎn)量已達到420108m3，比中國常規(guī)天，比中國常規(guī)天 然氣產(chǎn)量還高。然氣產(chǎn)量還高。 17 CBM to CNG and LNG n USA NG production is 550 BCM in 2005 n 10% of USA gas production is from CBM n CBM feeds into natural gas pipelines n CBM is being produced in Shanxi, Liaoning Huainan, Guizhou from the Coal Mining Groups n CBM can be comp

16、ressed and liquified n CNG and LNG n Market of NG is very good in China 19 20 80klms P/E pipe; 7klms steel pipe 50klms roads; 50klms powerlines CH4 Gas Gathering Installation 21 CH4 Pipeline Installation 22 中國煤層氣開發(fā)利用的制約因素中國煤層氣開發(fā)利用的制約因素 n 煤層氣管理責任不明確煤層氣管理責任不明確 n 資金投入少，關鍵技術有待攻關資金投入少，關鍵技術有待攻關 n 煤層氣基礎設施建

17、設不完善煤層氣基礎設施建設不完善 n 缺乏國家鼓勵發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)的扶持政策缺乏國家鼓勵發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)的扶持政策 23 煤層氣產(chǎn)業(yè)開發(fā)利用的建議煤層氣產(chǎn)業(yè)開發(fā)利用的建議 n 將煤層氣發(fā)展納入國家規(guī)劃，加速煤層氣產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化步伐將煤層氣發(fā)展納入國家規(guī)劃，加速煤層氣產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化步伐 n 掌握資源情況，制訂好開發(fā)利用規(guī)劃掌握資源情況，制訂好開發(fā)利用規(guī)劃 n 加大資金投入，重視先進技術的開發(fā)加大資金投入，重視先進技術的開發(fā) n 將煤層氣納入全國燃氣管網(wǎng)規(guī)劃將煤層氣納入全國燃氣管網(wǎng)規(guī)劃 n 加大相關政策扶持力度加大相關政策扶持力度 加快商業(yè)化進程加快商業(yè)化進程 24 非常規(guī)天然氣概述非常規(guī)天然氣概述 天然

18、氣水合物天然氣水合物NGH (Natural Gas Hydrate) 在一定溫度壓力下，氣體或易揮發(fā)液體與水的聚合分子在一定溫度壓力下，氣體或易揮發(fā)液體與水的聚合分子 形成的結(jié)晶體稱為水合物，它是一種籠形晶格包絡物，水分形成的結(jié)晶體稱為水合物，它是一種籠形晶格包絡物，水分 子形成籠形晶格，而氣體或易揮發(fā)液體的分子在籠形孔室中。子形成籠形晶格，而氣體或易揮發(fā)液體的分子在籠形孔室中。 天然氣水合物（天然氣水合物（NGHNGH）是天然氣分子是天然氣分子(約為約為0 .83)被包進水被包進水 晶體中，晶體中，以分子形式吸附在冰的晶格骨架中，以分子形式吸附在冰的晶格骨架中，在低溫與一定在低溫與一定 壓

19、力下形成的壓力下形成的一種特殊的白色結(jié)晶固體化合物一種特殊的白色結(jié)晶固體化合物, ,它含有它含有N N2 2 、 O O2 2 、CHCH4 4 、C C2 2H H6 6 等氣體等氣體 ,也稱可燃冰。也稱可燃冰。 25 非常規(guī)天然氣概述非常規(guī)天然氣概述 天然氣水合物天然氣水合物NGH (Natural Gas Hydrate) 1971年，世界上首次探明了天然氣水合物礦藏的具體存年，世界上首次探明了天然氣水合物礦藏的具體存 在。在?！翱扇急扇急币话阒饕嬖谟趦鐾翆又泻秃５状箨懠苄逼乱话阒饕嬖谟趦鐾翆又泻秃５状箨懠苄逼?中。中。 NGH NGH 在在10 10 以下溫度和壓力大于以下溫度和壓力大于10 MPa 10 MPa 條件下是穩(wěn)定條件下是穩(wěn)定 的。它存在于永久凍土帶和水深超過的。它存在于永久凍土帶和水深超過300300500 m 500 m 的淺海中。的淺海中。 在理想