第01章 天然氣資源

1、1 天然氣資源,1.1 天然氣的形成和分布 1.2 天然氣的開采 1.3 天然氣的組成與性質(zhì) 1.4 天然氣的應(yīng)用及前景 1.5 我國(guó)天然氣的利用現(xiàn)狀 1.6 我國(guó)天然氣發(fā)展戰(zhàn)略,天然氣的形成過程分為生物催化、熱降解、熱裂解幾個(gè)階段： (1)生物催化階段：有機(jī)質(zhì)在厭氧菌作用下部分被完全分解成簡(jiǎn)單分子；部分被分解為生物化學(xué)單體，分解產(chǎn)物相互作用，形成較復(fù)雜的高分子固態(tài)化合物。 (2)熱降解階段：隨著埋藏深度的增加，溫度和壓力不斷升高，高分子固態(tài)化合物發(fā)生熱降解和聚合加氫等作用，轉(zhuǎn)化生成氣態(tài)烴類(天然氣)和液態(tài)烴類(石油)。 (3)熱裂解階段：溫度和壓力隨埋藏深度的增加進(jìn)一步升高，催化分解和熱降解

2、的生成物發(fā)生熱分解反應(yīng)，即高分子烴分解成低分子烴，液態(tài)烴裂解為氣態(tài)烴，最終形成以甲烷為主的天然氣。,1.1 天然氣的形成和分布,天然氣化工工藝學(xué)第1章,常規(guī)天然氣,天然氣依其成因和儲(chǔ)存狀態(tài)可分為常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣。,生物化學(xué)氣 熱解化學(xué)氣,（按所處熱演化階段分類）,（按成烴母質(zhì)分類）,非常規(guī)天然氣,致密巖石氣 煤層氣（俗稱瓦斯） 水溶性天然氣 天然氣水合物（可燃冰） 深層氣,1.1.2 天然氣的儲(chǔ)存狀態(tài),天然氣化工工藝學(xué)第1章,油層氣 煤層氣,表1.2 全球常規(guī)和非常規(guī)天然氣資源量,天然氣化工工藝學(xué)第1章,1.1.3 天然氣資源和分布,天然氣資源極其豐富，僅常規(guī)天然氣可供人類開發(fā)利用20

3、0-300年，非常規(guī)天然氣潛力更為巨大。,世界天然氣資源分布極為不均，常規(guī)天然氣主要集中在俄羅斯和中東，其可采儲(chǔ)量約占世界總儲(chǔ)量的34%和35.6%。,表1.3 Cedligaz估算的全球天然氣常規(guī)資源量(1012m3),天然氣化工工藝學(xué)第1章,天然氣分布,我國(guó)天然氣總資源量為531012m3，預(yù)測(cè)可采資源量為141012m3?，F(xiàn)已累計(jì)探明可采儲(chǔ)量為2.81012m3，目前剩余可采儲(chǔ)量為2.21012m3，居世界第15位。,主要分布在四川、鄂爾多斯、塔里木、柴達(dá)木、準(zhǔn)格爾、松遼等六大盆地； 人均占有低，開發(fā)潛力大； 煤層氣遠(yuǎn)景資源為世界煤層氣總資源的10； 海域天然氣水合物主要分布在南海，相當(dāng)

4、于7000億噸石油； 鄂爾多斯、吐哈、準(zhǔn)格爾、四川、塔里木等盆地的深層氣藏的遠(yuǎn)景資源量豐富。,天然氣化工工藝學(xué)第1章,1.1.4 我國(guó)天然氣概況,我國(guó)天然氣年產(chǎn)量逐年增加，但在現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)消耗結(jié)構(gòu)中，天然氣只占3，遠(yuǎn)低于世界平均水平25和亞洲平均水平8.8。,表1.5 我國(guó)19992005年天然氣產(chǎn)量,天然氣化工工藝學(xué)第1章,1.1.5 我國(guó)天然氣的利用現(xiàn)狀,現(xiàn)代使用最廣泛的鉆機(jī)是轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。 鉆井設(shè)備按功能可分為旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、吊升系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。 常用采氣法包括： (1) 天然氣井依靠氣壓能量將天然氣井中噴出； (2) 在采石油中，一般均伴同采出天然氣，每噸石油可伴生天然氣30300

5、立方米； (3)煤層氣開采，通常采用抽氣系統(tǒng)從煤層中和煤井巷道中抽出煤層氣。,天然氣化工工藝學(xué)第1章,1.2 天然氣的開采,鉆井的最后一道工序是完井； 完井目的是為了使油、氣層與井筒更好的連通； 完井有利于減小油、氣進(jìn)入井中的阻力，隔離水層，增加產(chǎn)量； 完井方法主要有裸眼完井、射孔完井、襯管完井和尾管完井。,天然氣化工工藝學(xué)第1章,1.2.2 完井結(jié)構(gòu),天然氣化工工藝學(xué)第1章,1.3 天然氣的組成與性質(zhì),天然氣是由多種可燃和不可燃的氣體組成的混合氣體以低分子飽和烴類氣體為主，并含有少量非烴類氣體。 烴類氣體：主要成分CH4；低含量C2H6、C3H8、C4H10 、C5H12；含量極少C7H16

6、及以上烴類。 非烴類氣體：CO2、CO、N2、H2、H2S、H2O及微量惰性氣體He、Ar等。,天然氣化工工藝學(xué)第1章,1.3.2 天然氣及其組分的物化性質(zhì),天然氣各組分的理想氣體熱容的公式為：,各組分飽和蒸汽壓的計(jì)算公式為：,各組分氣體粘度的計(jì)算公式為：,T為溫度，K；A、B、C、D為溫度系數(shù)，它們的下標(biāo)表示不同物性，可在附表中查得各種物質(zhì)的數(shù)據(jù)。,H 燃?xì)?混合氣體)的高熱值或低熱值(kJ/m3)； Hi 燃?xì)庵懈骺扇冀M分的高熱值或低熱值(kJ/m3)； yi 燃?xì)庵懈骺扇冀M分的體積分?jǐn)?shù)(%)。,天然氣化工工藝學(xué)第1章,1.3.3 天然氣的熱值,定義：1m3燃?xì)馔耆紵懦龅臒崃糠Q為該燃

7、氣的體積熱值，簡(jiǎn)稱熱值，單位為kJ/m3或MJ/m3。 熱值分類：高熱值(水蒸氣為冷凝水狀態(tài));低熱值(水蒸氣為蒸汽狀態(tài)) 。 實(shí)際使用的燃?xì)馄錈嶂悼梢灾苯佑脽崃坑?jì)測(cè)定，或由各單一氣體的熱值根據(jù)混合法則進(jìn)行計(jì)算：,天然氣化工工藝學(xué)第1章,爆炸極限：可燃?xì)怏w和空氣混合遇明火能引起爆炸的可燃?xì)怏w濃度范圍。 爆炸上(下)限：在這種混合物中，當(dāng)可燃?xì)怏w的含量增加(減少)到不能形成爆炸混合物時(shí)的那一含量。 只含有可燃?xì)怏w的混合氣體爆炸極限計(jì)算式：,1.3.4 天然氣的爆炸極限,L 爆炸下(上)限(V%)；Li 混合氣體中各可燃?xì)怏w的爆炸下(上)限(V%)；yi 混合氣體中各可燃?xì)怏w的體積分?jǐn)?shù)(%)。,天然氣化工工藝學(xué)第1章,含惰性氣體的爆炸極限,當(dāng)混合氣體中含有惰性氣體時(shí)，其爆炸極限計(jì)算式：,L含有惰性氣體的燃?xì)獗ㄏ?上)限(體積分?jǐn)?shù)%)； Lf 為混合物可燃部分的爆炸下(上)限(體積分?jǐn)?shù)%)； B 惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)(%)。,天然氣化工工藝學(xué)第1章,天然氣化工工藝學(xué)第1章,城市居民應(yīng)用：城市民用燃?xì)獾氖走x燃料； 天然氣發(fā)電：特點(diǎn)環(huán)境污染小、熱效率高、占地少，定員少、投資省、調(diào)峰性能好、發(fā)電成本低； 天然氣汽車：壓縮天然氣(CNG)汽車、吸附天然氣(ANG) 汽車和液化天然氣(LNG)汽車； 燃料電池：質(zhì)子交換膜燃