大学精品课件：天然气利用技术4-3(第四章非常规天然气).ppt

1、第四节、非常规天然气简述第四节、非常规天然气简述1 非常规天然气非常规天然气概念：概念：非常规天然气资源很多非常规天然气资源很多,包括煤层气（包括煤层气（coal bed methane）、致密岩石中的天然气、地层中流体压力和深、致密岩石中的天然气、地层中流体压力和深层高压异常压力条件下的水中溶解气、地下和海洋底部天层高压异常压力条件下的水中溶解气、地下和海洋底部天然气水合物然气水合物,甚至还有无机天然气等。其中，除煤层甲烷气甚至还有无机天然气等。其中，除煤层甲烷气外，其他非常规天然气尚未投入工业开采。外，其他非常规天然气尚未投入工业开采。2 煤层甲烷气煤层甲烷气 煤层气又称煤层甲烷是人们俗称

2、的瓦斯。它是在成煤层气又称煤层甲烷是人们俗称的瓦斯。它是在成煤过程中生成并以吸附和游离状态赋存与煤层及周岩的煤过程中生成并以吸附和游离状态赋存与煤层及周岩的自储似天然气体。煤层气与天然气属同一性质的可燃气自储似天然气体。煤层气与天然气属同一性质的可燃气体。其甲烷组分占体。其甲烷组分占90以上，还有少量的二氧化碳、氮、以上，还有少量的二氧化碳、氮、氢以及烃类化合物。热值在氢以及烃类化合物。热值在37620 kJ/m3 以上以上,是一种清是一种清洁、高效的气体燃料。洁、高效的气体燃料。3What Is CBM?n CBM=Coalbed Methane=Coal Seam Gasn Natural

3、 Gas in Trapped Coal Seamn The Purest Form of Natural Gasn Generally 95-98%CH4 Contentn Purity Also Depends the Purity of Coaln About 8500-9000 kcal/m3n CBM mixed with air becomes CMMn CMM is Coal Mine Methanen Methane(5-15%)with air cause spontaneous combustions and leads to explosion in u/g mines4

4、煤煤 层层 甲甲 烷烷 气气 当煤炭没有被开采条件下，煤层气不会自动释放出来当煤炭没有被开采条件下，煤层气不会自动释放出来;但在采煤过但在采煤过程中，煤层气就自由地释放到大气中，形成煤矿瓦斯。若不及时把瓦程中，煤层气就自由地释放到大气中，形成煤矿瓦斯。若不及时把瓦斯设法抽引出去，就会造成三种危害。斯设法抽引出去，就会造成三种危害。第一种危害第一种危害:若矿井内瓦斯浓度达到一定程度，遇有火源，就会发生瓦斯若矿井内瓦斯浓度达到一定程度，遇有火源，就会发生瓦斯爆炸。爆炸。第二种危害第二种危害:CH4 释放到大气中，所造成的温室效应比释放到大气中，所造成的温室效应比CO2 要强要强20 多倍多倍第三种

5、危害第三种危害:CH4 对大气层中臭氧对大气层中臭氧(O3)的破坏作用是的破坏作用是CO2 的的7 倍，比弗里倍，比弗里昂的破坏作用要强得多。昂的破坏作用要强得多。5煤层甲烷气煤层甲烷气国家国家煤炭资源煤炭资源/亿亿t煤层气资源量煤层气资源量/万亿万亿m3俄罗斯俄罗斯中国中国美国美国加拿大加拿大澳大利亚澳大利亚650006500040000400003970039700700007000017000170001131133030323211.311.310108.58.5世界煤层气资源量世界煤层气资源量6煤层甲烷气煤层甲烷气 我国煤层气资源十分丰富，位居世界第二，埋深在我国煤层气资源十分丰富，

6、位居世界第二，埋深在2000米以内的煤米以内的煤层气资源量就达层气资源量就达36.8万亿万亿m3，与常规天然气资源量相当，截至，与常规天然气资源量相当，截至2002 年我国煤层气已探明年我国煤层气已探明1023 亿亿3地质储量。地质储量。聚聚 煤煤 大大 区区华华 北北西西 北北华华 南南东北东北含煤区，个含煤区，个资源量，资源量，1012 m3资源比例，资源比例，甲烷浓度变化范围，甲烷浓度变化范围，甲烷平均浓度，甲烷平均浓度，2017.1362.67839891137.6527.98859390232.157.8587969290.41.46879490789煤煤 层层 甲甲 烷烷 气气 沁

7、水盆地是世界储量最大的高煤阶煤层气田之一，沁水盆地是世界储量最大的高煤阶煤层气田之一，是我国惟一已经探明的整装煤层气田。该地现探明煤层是我国惟一已经探明的整装煤层气田。该地现探明煤层气地质储量气地质储量754亿立方米。亿立方米。10煤层气产业在能源结构调整和可持续发展中的作用煤层气产业在能源结构调整和可持续发展中的作用 煤煤 层层 甲甲 烷烷 气气111、利于能源结构调整，缓解天然气短缺 2010年以后，常规天然气生产只能满足市场需求的年以后，常规天然气生产只能满足市场需求的60%左右。尽左右。尽管天然气缺口可通过进口天然气和液化石油气解决，但在成本和安管天然气缺口可通过进口天然气和液化石油气

8、解决，但在成本和安全上均存在问题。预计到全上均存在问题。预计到2020年全国煤层气产量将达到年全国煤层气产量将达到300亿亿3，为常规天然气产量的为常规天然气产量的1/5，成为常规天然气最为现实的战略补充资源，成为常规天然气最为现实的战略补充资源。煤层气可以安全可靠地缓解天然气短缺的局面，利于能源结构调。煤层气可以安全可靠地缓解天然气短缺的局面，利于能源结构调整；从开拓新能源的角度上起到了一定的保障油气战略资源的作用整；从开拓新能源的角度上起到了一定的保障油气战略资源的作用，它比建设油气储备设施来得更快，效益更好，更具有安全性和战，它比建设油气储备设施来得更快，效益更好，更具有安全性和战略性。

9、略性。122、调配管输天然气热值，促进管网天然气质量标准统一 下游工程一直是限制煤层气开发的重要因素之一，下游工程一直是限制煤层气开发的重要因素之一，“西气东输西气东输”工程的实施为煤层气产业发展提供了难得的机工程的实施为煤层气产业发展提供了难得的机遇，它穿越中国众多的油气盆地和含煤盆地，管线经过的遇，它穿越中国众多的油气盆地和含煤盆地，管线经过的煤层气资源富集地区的总资源量近煤层气资源富集地区的总资源量近1414101012123 3。因煤层气。因煤层气成分是甲烷，完全可以与天然气管网互联混输。为了达到成分是甲烷，完全可以与天然气管网互联混输。为了达到不同天然气之间良好兼容的目的，利用相对热

10、值较低的煤不同天然气之间良好兼容的目的，利用相对热值较低的煤层气来调配层气来调配LNGLNG质量，使其适配管输天然气气源质量，使其适配管输天然气气源。2009年年9月月10日，中国石油山西煤层气经由沁水压气日，中国石油山西煤层气经由沁水压气站压缩机顺利注入西气东输主干线。站压缩机顺利注入西气东输主干线。14 3、有效减排温室气体，改善大气环境 据联合国统计，中国煤炭开采每年向大气排放的甲烷量超过据联合国统计，中国煤炭开采每年向大气排放的甲烷量超过194 亿亿m3，约占世界采煤排放甲烷的，约占世界采煤排放甲烷的1/3，是全球温室气体第一排放大国，是全球温室气体第一排放大国，仅山西每年采煤过程中排

11、放的煤层气相当于世界排放总量的，仅山西每年采煤过程中排放的煤层气相当于世界排放总量的7%8%。利用煤层气不仅可以直接减少煤矿甲烷排放量，还可以替代煤。利用煤层气不仅可以直接减少煤矿甲烷排放量，还可以替代煤炭和石油燃烧，间接降低炭和石油燃烧，间接降低CO2的排放量，缓解大量燃煤造成的环境压的排放量，缓解大量燃煤造成的环境压力力(燃烧燃烧1t煤约产生煤约产生183的的CO2)。15煤层气产业在能源结构调整和可持续发展中的作用煤层气产业在能源结构调整和可持续发展中的作用164、改善煤矿安全生产条件，提高经济效益 由于中国煤矿高瓦斯矿井比例大，煤矿瓦斯事故频繁发生，平均由于中国煤矿高瓦斯矿井比例大，煤

12、矿瓦斯事故频繁发生，平均6.3天发生一起瓦斯爆炸或突出事故，造成严重的人员伤亡和经济损天发生一起瓦斯爆炸或突出事故，造成严重的人员伤亡和经济损失。失。19812003 年，中国地方煤矿每年因死亡事故造成的直接经济年，中国地方煤矿每年因死亡事故造成的直接经济损失达损失达10亿元以上，影响原煤产量亿元以上，影响原煤产量2000万吨左右。煤矿事故死亡人万吨左右。煤矿事故死亡人数是世界上主要产煤国煤矿死亡人数的数是世界上主要产煤国煤矿死亡人数的4倍以上，百万吨煤死亡率是倍以上，百万吨煤死亡率是美国的美国的160倍，倍，2004年全国共发生煤矿死亡事故年全国共发生煤矿死亡事故3639 起，造成起，造成6

13、027 人人死亡。因此，如能在采煤之前先将煤层气开采出来，可以使煤矿生死亡。因此，如能在采煤之前先将煤层气开采出来，可以使煤矿生产中的瓦斯涌出量降低产中的瓦斯涌出量降低7085，变高瓦斯矿为低瓦斯矿，不仅可，变高瓦斯矿为低瓦斯矿，不仅可从根本杜绝煤矿瓦斯事故，改善煤矿的安全条件，提高煤矿的生产从根本杜绝煤矿瓦斯事故，改善煤矿的安全条件，提高煤矿的生产效率和经济效益。效率和经济效益。17中国煤层气资源开发利用现状中国煤层气资源开发利用现状 已经完成了从已经完成了从“瓦斯灾害瓦斯灾害”到到“优质能源优质能源”的认识转变。虽然的认识转变。虽然中国煤层气的开发利用已开始起步，但是，由于煤层气勘探起步较

14、中国煤层气的开发利用已开始起步，但是，由于煤层气勘探起步较晚，早期勘探专用技术不配套，勘探思路也不准确，至今仍然没有晚，早期勘探专用技术不配套，勘探思路也不准确，至今仍然没有达到规模产业化阶段，煤层气的利用率只有达到规模产业化阶段，煤层气的利用率只有40。美国是唯一率先。美国是唯一率先成功实现煤层气商业性开发的国家。到成功实现煤层气商业性开发的国家。到2002 年底，全美煤层气生产年底，全美煤层气生产井达井达14200多口，当年煤层气产量已达到多口，当年煤层气产量已达到420108m3，比中国常规天，比中国常规天然气产量还高。然气产量还高。18CBM to CNG and LNGn USA N

15、G production is 550 BCM in 2005n 10%of USA gas production is from CBMn CBM feeds into natural gas pipelinesn CBM is being produced in Shanxi,Liaoning Huainan,Guizhou from the Coal Mining Groupsn CBM can be compressed and liquifiedn CNG and LNGn Market of NG is very good in China2021 80klms P/E pipe;

16、7klms steel pipe 50klms roads;50klms powerlinesCH4 Gas Gathering Installation22CH4 Pipeline Installation23 非常规天然气概述非常规天然气概述天然气水合物天然气水合物NGH(Natural Gas Hydrate)在一定温度压力下，气体或易挥发液体与水的聚合分子在一定温度压力下，气体或易挥发液体与水的聚合分子形成的结晶体称为水合物，它是一种笼形晶格包络物，水分形成的结晶体称为水合物，它是一种笼形晶格包络物，水分子形成笼形晶格，而气体或易挥发液体的分子在笼形孔室中。子形成笼形晶格，而气体或易挥

17、发液体的分子在笼形孔室中。天然气水合物（天然气水合物（NGHNGH）是天然气分子是天然气分子(约为约为0.83)被包进水被包进水晶体中，晶体中，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，在低温与一定在低温与一定压力下形成的压力下形成的一种特殊的白色结晶固体化合物一种特殊的白色结晶固体化合物,它含有它含有N N2 2 、O O2 2 、CHCH4 4 、C C2 2H H6 6 等气体等气体,也称可燃冰。也称可燃冰。24 非常规天然气概述非常规天然气概述天然气水合物天然气水合物NGH(Natural Gas Hydrate)1971年，世界上首次探明了天然气水合物矿藏的具体

18、存年，世界上首次探明了天然气水合物矿藏的具体存在。在。“可燃冰可燃冰”一般主要存在于冻土层中和海底大陆架斜坡一般主要存在于冻土层中和海底大陆架斜坡中。中。NGH NGH 在在10 10 以下温度和压力大于以下温度和压力大于10 MPa 10 MPa 条件下是稳定条件下是稳定的。它存在于永久冻土带和水深超过的。它存在于永久冻土带和水深超过300300500 m 500 m 的浅海中。的浅海中。在理想的状态下。在理想的状态下。1 m1 m3 3 的的NGHNGH可分解为可分解为164 m164 m3 3 的的CHCH4 4 和和0.8 0.8 m m3 3 的水，的水，NGH NGH 比水轻，密度

19、为比水轻，密度为0.880.880.90g/cm0.90g/cm3 3。25NGH的储量 到目前为止到目前为止,全世界已发现在全世界已发现在NGH 中所含的中所含的CH4 量为量为(1.82.1)1016 m3，相当于地球上已知煤炭、石油、天，相当于地球上已知煤炭、石油、天然气等化石燃料的然气等化石燃料的2倍，是全球常规天然气可采储量的倍，是全球常规天然气可采储量的60多倍。多倍。26NGH的储量美国、日本、加拿大等各国已陆续开展对海底可燃冰美国、日本、加拿大等各国已陆续开展对海底可燃冰的开采与利用研究。美国、日本等期望在的开采与利用研究。美国、日本等期望在2015年之前能年之前能够从水合物中

20、生产出商业性甲烷。够从水合物中生产出商业性甲烷。我国对我国对NGH的研究才刚刚起步，的研究才刚刚起步，也相继在东海和南海也相继在东海和南海探测到大量探测到大量“可燃冰可燃冰”的矿藏存在，的矿藏存在，已经发现已经发现NGH的天的天然气储量达然气储量达57万亿万亿m3。但随着对。但随着对NGH研究的不断扩大和研究的不断扩大和深入，在我国境内将会有更多的深入，在我国境内将会有更多的NGH天然气储量被发现天然气储量被发现。页岩页岩气气-Shale Gas 一一种以游离或吸附状态藏身于页岩层或泥岩层种以游离或吸附状态藏身于页岩层或泥岩层中，特指中，特指赋存于页岩中的非常规气。它赋存于页岩中的非常规气。它

21、可以生成于有机成因的各种可以生成于有机成因的各种阶阶段天然气主体段天然气主体上以游离相态（大约上以游离相态（大约50%50%）存在于裂缝、孔隙）存在于裂缝、孔隙及其它及其它储集空间。页岩亦属致密岩石，故也可归入致密气层储集空间。页岩亦属致密岩石，故也可归入致密气层气。取得工业开发成功的仅以美国为主。气。取得工业开发成功的仅以美国为主。27 非常规天然气概述非常规天然气概述28n 页岩气正成为搅动世界能源市场的力量。这种被国际能源界称之页岩气正成为搅动世界能源市场的力量。这种被国际能源界称之为为“博弈改变者博弈改变者”的气体，极大地改写了世界的能源格局的气体，极大地改写了世界的能源格局。n 受美

22、国页岩气成功开发影响，全球页岩气勘探开发呈快速发展态受美国页岩气成功开发影响，全球页岩气勘探开发呈快速发展态势。在势。在20002000年，页岩气产量不足美国天然气供应的年，页岩气产量不足美国天然气供应的1%1%，而今天已，而今天已经占到经占到30%30%，而且份额还在上升。得益于页岩气的大规模开发，而且份额还在上升。得益于页岩气的大规模开发，20092009年，美国取代俄罗斯成为世界第一大天然气生产国，占世界年，美国取代俄罗斯成为世界第一大天然气生产国，占世界天然气总产量份额达到天然气总产量份额达到20%20%。20122012年，美国天然气销售量更达到年，美国天然气销售量更达到716071

23、60亿立方米，比亿立方米，比20062006年增加年增加30%30%。29页岩气页岩气页岩气页岩气 中国中国主要盆地和地区页岩气资源量约为主要盆地和地区页岩气资源量约为1515万亿万亿3030万万亿立方米，与美国亿立方米，与美国2828.3 3万亿立方米大致相当，经济价值巨万亿立方米大致相当，经济价值巨大。另一方面，生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩大。另一方面，生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩气田开采寿命一般可达气田开采寿命一般可达30305050年，甚至更长。美国联邦地年，甚至更长。美国联邦地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地BarnettBar

24、nett页岩气页岩气田开采寿命可达田开采寿命可达8080100100年。开采寿命长，就意味着可开年。开采寿命长，就意味着可开发利用的价值大，这也决定了它的发展发利用的价值大，这也决定了它的发展潜力。潜力。30我我国国页页岩岩气气分分布布31页岩气页岩气n 20142014年年9 9月月1717日，经过近日，经过近5 5年的努力，我国率先在四川盆地取得页岩年的努力，我国率先在四川盆地取得页岩气勘探突破，中石油、中石化、延长石油相继在四川、鄂尔多斯盆气勘探突破，中石油、中石化、延长石油相继在四川、鄂尔多斯盆地的长宁、威远、昭通、涪陵、延长等地取得页岩气勘探突破，探地的长宁、威远、昭通、涪陵、延长等

25、地取得页岩气勘探突破，探明首个千亿方整装页岩气田，勘查开发技术基本实现国产化，获得明首个千亿方整装页岩气田，勘查开发技术基本实现国产化，获得三级储量近三级储量近50005000亿立方米，形成年产亿立方米，形成年产1515亿立方米产能，建成首条亿立方米产能，建成首条93.793.7公里的输送管道，累计生产页岩气公里的输送管道，累计生产页岩气6.86.8亿立方米。亿立方米。n 预计到预计到20152015年，我国页岩气产量将达到年，我国页岩气产量将达到6565亿立方米，亿立方米，20172017年达年达150150亿亿立方米，立方米，20202020年将超过年将超过300300亿立方米，如果措施得

26、当，有望达到亿立方米，如果措施得当，有望达到400400亿亿600600亿立方米，占天然气总产量的亿立方米，占天然气总产量的1/51/5左右。页岩气这种清洁高左右。页岩气这种清洁高效资源即将成为我国能源的重要组成部分。效资源即将成为我国能源的重要组成部分。32页岩气页岩气关键点：首先是消耗大量水资源且不可回收。页岩天然气开关键点：首先是消耗大量水资源且不可回收。页岩天然气开采所使用的水压破裂技术需要消耗大量水资源，由此油气开采所使用的水压破裂技术需要消耗大量水资源，由此油气开发商开始抢占农业用水，甚至会挤占市政用水。发商开始抢占农业用水，甚至会挤占市政用水。灌溉灌溉640640英亩（约合英亩（约合2.62.6平方公里）干旱土地需要平方公里）干旱土地需要4.074.07亿亿加仑（约合加仑（约合15.415.4亿升）水，可收获价值亿升）水，可收获价值2020万美元的玉米，等万美元的玉米，等量的水如果用于水压破裂技术钻井，可获得价值量的水如果用于水压破裂技术钻井，可获得价值2525亿美元的亿美元的石油。由于钻井所使用的水注入页岩层，比地下蓄水层要深石油。由于钻井所使用的水注入页岩层，比地下蓄水层要深得多，主要被岩石吸收，不能再回收利用。得多，主要被岩石吸收，不能再回收利用。33页岩气页岩气34