天然氣利用技術(shù)4-3(第四章非常規(guī)天然氣)

1、第四節(jié)、非常規(guī)天然氣簡(jiǎn)述2022/8/21 非常規(guī)天然氣概念：非常規(guī)天然氣資源很多, 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, 甚至還有無(wú)機(jī)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(kāi)采。 2022/8/22 煤層甲烷氣 煤層氣又稱煤層甲烷是人們俗稱的瓦斯。它是在成煤過(guò)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(chǔ)似天然氣體。煤層氣與天然氣屬同一性質(zhì)的可燃?xì)怏w。其甲烷組分占90以上，還有少量的二氧化碳、氮、氫以及烴類化合物。熱值在37620 kJ / m3 以上,是

2、一種清潔、高效的氣體燃料。2022/8/23What Is CBM?CBM=Coalbed Methane=Coal Seam GasNatural Gas in Trapped Coal SeamThe Purest Form of Natural GasGenerally 95-98% CH4 ContentPurity Also Depends the Purity of CoalAbout 8500-9000 kcal/m3CBM mixed with air becomes CMMCMM is Coal Mine MethaneMethane (5-15%) with air cau

3、se spontaneous combustions and leads to explosion in u/g mines2022/8/24煤 層 甲 烷 氣 當(dāng)煤炭沒(méi)有被開(kāi)采條件下，煤層氣不會(huì)自動(dòng)釋放出來(lái); 但在采煤過(guò)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(shí)把瓦斯設(shè)法抽引出去，就會(huì)造成三種危害。第一種危害:若礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到一定程度，遇有火源，就會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸。第二種危害:CH4 釋放到大氣中，所造成的溫室效應(yīng)比CO2 要強(qiáng)20 多倍第三種危害:CH4 對(duì)大氣層中臭氧(O3 ) 的破壞作用是CO2 的7 倍，比弗里昂的破壞作用要強(qiáng)得多。2022/8/25煤層甲烷氣國(guó)家煤炭

4、資源/億t煤層氣資源量/萬(wàn)億m3俄羅斯中國(guó)美國(guó)加拿大澳大利亞6500040000397007000017000113303211.3108.5世界煤層氣資源量2022/8/26煤層甲烷氣 我國(guó)煤層氣資源十分豐富，位居世界第二，埋深在2000米以內(nèi)的煤層氣資源量就達(dá)36.8萬(wàn)億m3，與常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)，截至2002 年我國(guó)煤層氣已探明1023 億3地質(zhì)儲(chǔ)量。聚 煤 大 區(qū)華 北西 北華 南東北含煤區(qū)，個(gè)資源量，1012 m3資源比例，甲烷濃度變化范圍，甲烷平均濃度，2017.1362.67839891137.6527.98859390232.157.8587969290.41.4687949

5、02022/8/272022/8/28資源量：32萬(wàn)億立方米2022/8/29煤 層 甲 烷 氣 沁水盆地是世界儲(chǔ)量最大的高煤階煤層氣田之一，是我國(guó)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(chǔ)量754億立方米。2022/8/210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 甲 烷 氣2022/8/2111、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)天然氣生產(chǎn)只能滿足市場(chǎng)需求的60%左右。盡管天然氣缺口可通過(guò)進(jìn)口天然氣和液化石油氣解決，但在成本和安全上均存在問(wèn)題。預(yù)計(jì)到2020年全國(guó)煤層氣產(chǎn)量將達(dá)到300億3，為常規(guī)天然氣產(chǎn)量的1/5，成為常規(guī)天然氣最為現(xiàn)實(shí)的戰(zhàn)略補(bǔ)充

6、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(kāi)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(shè)油氣儲(chǔ)備設(shè)施來(lái)得更快，效益更好，更具有安全性和戰(zhàn)略性。 2022/8/2122、調(diào)配管輸天然氣熱值，促進(jìn)管網(wǎng)天然氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一 下游工程一直是限制煤層氣開(kāi)發(fā)的重要因素之一，“西氣東輸”工程的實(shí)施為煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了難得的機(jī)遇，它穿越中國(guó)眾多的油氣盆地和含煤盆地，管線經(jīng)過(guò)的煤層氣資源富集地區(qū)的總資源量近1410123。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(dá)到不同天然氣之間良好兼容的目的，利用相對(duì)熱值較低的煤層氣來(lái)調(diào)配LNG質(zhì)量，使其適配管輸天然氣氣

7、源。2009年9月10日，中國(guó)石油山西煤層氣經(jīng)由沁水壓氣站壓縮機(jī)順利注入西氣東輸主干線。 2022/8/214 3、有效減排溫室氣體，改善大氣環(huán)境 據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)煤炭開(kāi)采每年向大氣排放的甲烷量超過(guò)194 億m3，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(guó)，僅山西每年采煤過(guò)程中排放的煤層氣相當(dāng)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)境壓力(燃燒1t煤約產(chǎn)生183的CO2)。2022/8/215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2022/8/2164、改善煤礦安全生產(chǎn)條件，

8、提高經(jīng)濟(jì)效益 由于中國(guó)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(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。19812003 年，中國(guó)地方煤礦每年因死亡事故造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)10億元以上，影響原煤產(chǎn)量2000萬(wàn)噸左右。煤礦事故死亡人數(shù)是世界上主要產(chǎn)煤國(guó)煤礦死亡人數(shù)的4倍以上，百萬(wàn)噸煤死亡率是美國(guó)的160倍，2004年全國(guó)共發(fā)生煤礦死亡事故3639 起，造成6027 人死亡。因此，如能在采煤之前先將煤層氣開(kāi)采出來(lái)，可以使煤礦生產(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(jì)效益。2022/

9、8/217中國(guó)煤層氣資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀 已經(jīng)完成了從“瓦斯災(zāi)害”到“優(yōu)質(zhì)能源”的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變。雖然中國(guó)煤層氣的開(kāi)發(fā)利用已開(kāi)始起步，但是，由于煤層氣勘探起步較晚，早期勘探專用技術(shù)不配套，勘探思路也不準(zhǔn)確，至今仍然沒(méi)有達(dá)到規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，煤層氣的利用率只有40。美國(guó)是唯一率先成功實(shí)現(xiàn)煤層氣商業(yè)性開(kāi)發(fā)的國(guó)家。到2002 年底，全美煤層氣生產(chǎn)井達(dá)14200多口，當(dāng)年煤層氣產(chǎn)量已達(dá)到420108m3，比中國(guó)常規(guī)天然氣產(chǎn)量還高。 2022/8/218CBM to CNG and LNGUSA NG production is 550 BCM in 200510% of USA gas production is

10、 from CBMCBM feeds into natural gas pipelinesCBM is being produced in Shanxi, Liaoning Huainan, Guizhou from the Coal Mining GroupsCBM can be compressed and liquifiedCNG and LNGMarket of NG is very good in China2022/8/2202022/8/22180klms P/E pipe; 7klms steel pipe50klms roads; 50klms powerlinesCH4 G

11、as Gathering Installation2022/8/222CH4 Pipeline Installation2022/8/223 非常規(guī)天然氣概述天然氣水合物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形成的結(jié)晶體稱為水合物，它是一種籠形晶格包絡(luò)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。天然氣水合物（NGH）是天然氣分子(約為0 .83)被包進(jìn)水晶體中，以分子形式吸附在冰的晶格骨架中，在低溫與一定壓力下形成的一種特殊的白色結(jié)晶固體化合物,它含有N2 、O2 、CH4 、C2H6等氣體 ,也稱可燃冰。2022

12、/8/224 非常規(guī)天然氣概述天然氣水合物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在?！翱扇急币话阒饕嬖谟趦鐾翆又泻秃５状箨懠苄逼轮?。 NGH 在10 以下溫度和壓力大于10 MPa 條件下是穩(wěn)定的。它存在于永久凍土帶和水深超過(guò)300500 m 的淺海中。在理想的狀態(tài)下。1 m3 的NGH可分解為164 m3 的CH4 和0.8 m3 的水，NGH 比水輕，密度為0.880.90g/cm3 。 2022/8/225NGH的儲(chǔ)量 到目前為止,全世界已發(fā)現(xiàn)在NGH 中所含的CH4 量為(1.82.1)1016 m3 ，相當(dāng)于地球上

13、已知煤炭、石油、天然氣等化石燃料的2倍，是全球常規(guī)天然氣可采儲(chǔ)量的60多倍。2022/8/226NGH的儲(chǔ)量美國(guó)、日本、加拿大等各國(guó)已陸續(xù)開(kāi)展對(duì)海底可燃冰的開(kāi)采與利用研究。美國(guó)、日本等期望在2015年之前能夠從水合物中生產(chǎn)出商業(yè)性甲烷。 我國(guó)對(duì)NGH的研究才剛剛起步，也相繼在東海和南海探測(cè)到大量“可燃冰”的礦藏存在，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)NGH的天然氣儲(chǔ)量達(dá)57萬(wàn)億m3 。但隨著對(duì)NGH研究的不斷擴(kuò)大和深入，在我國(guó)境內(nèi)將會(huì)有更多的NGH天然氣儲(chǔ)量被發(fā)現(xiàn)。頁(yè)巖氣-Shale Gas 一種以游離或吸附狀態(tài)藏身于頁(yè)巖層或泥巖層中，特指賦存于頁(yè)巖中的非常規(guī)氣。它可以生成于有機(jī)成因的各種階段天然氣主體上以游離相態(tài)（大

14、約50%）存在于裂縫、孔隙及其它儲(chǔ)集空間。頁(yè)巖亦屬致密巖石，故也可歸入致密氣層氣。取得工業(yè)開(kāi)發(fā)成功的僅以美國(guó)為主。2022/8/227 非常規(guī)天然氣概述2022/8/228頁(yè)巖氣正成為攪動(dòng)世界能源市場(chǎng)的力量。這種被國(guó)際能源界稱之為“博弈改變者”的氣體，極大地改寫了世界的能源格局。受美國(guó)頁(yè)巖氣成功開(kāi)發(fā)影響，全球頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)呈快速發(fā)展態(tài)勢(shì)。在2000年，頁(yè)巖氣產(chǎn)量不足美國(guó)天然氣供應(yīng)的1%，而今天已經(jīng)占到30%，而且份額還在上升。得益于頁(yè)巖氣的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，2009年，美國(guó)取代俄羅斯成為世界第一大天然氣生產(chǎn)國(guó)，占世界天然氣總產(chǎn)量份額達(dá)到20%。2012年，美國(guó)天然氣銷售量更達(dá)到7160億立方米，比2

15、006年增加30%。2022/8/229頁(yè)巖氣頁(yè)巖氣 中國(guó)主要盆地和地區(qū)頁(yè)巖氣資源量約為15萬(wàn)億30萬(wàn)億立方米，與美國(guó)28.3萬(wàn)億立方米大致相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。另一方面，生產(chǎn)周期長(zhǎng)也是頁(yè)巖氣的顯著特點(diǎn)。頁(yè)巖氣田開(kāi)采壽命一般可達(dá)3050年，甚至更長(zhǎng)。美國(guó)聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局最新數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)沃思堡盆地Barnett頁(yè)巖氣田開(kāi)采壽命可達(dá)80100年。開(kāi)采壽命長(zhǎng)，就意味著可開(kāi)發(fā)利用的價(jià)值大，這也決定了它的發(fā)展?jié)摿Α?022/8/230我國(guó)頁(yè)巖氣分布2022/8/231頁(yè)巖氣2014年9月17日，經(jīng)過(guò)近5年的努力，我國(guó)率先在四川盆地取得頁(yè)巖氣勘探突破，中石油、中石化、延長(zhǎng)石油相繼在四川、鄂爾多斯盆地的長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)、昭通、涪陵、延長(zhǎng)等地取得頁(yè)巖氣勘探突破，探明首個(gè)千億方整裝頁(yè)巖氣田，勘查開(kāi)發(fā)技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，獲得三級(jí)儲(chǔ)量近5000億立方米，形成年產(chǎn)15億立方米產(chǎn)能，建成首條93.7公里的輸送管道，累計(jì)生產(chǎn)頁(yè)巖氣6.8億立方米。預(yù)計(jì)到2015年，我國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量將達(dá)到65億立方米，2017年達(dá)150億立方米，2020年將超過(guò)300億立方米，如果措施得當(dāng)，有望達(dá)到400億600億立方米，占天然氣總產(chǎn)量的1/5左右。頁(yè)巖氣這種清潔高效資源即將成為我國(guó)能源