天然氣定義 從廣義的定義來(lái)說(shuō)，天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體，包括大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈中各種自然過(guò)程形成的氣體。而人們長(zhǎng)期以來(lái)通用的“天然氣”的定義，是從能量角度出發(fā)的狹義定義，是指天然蘊(yùn)藏于地層中的烴類和非烴類氣體的混合物，主要存在于油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣中。天然氣又可分為伴生氣和非伴生氣兩種。伴隨原油共生，與原油同時(shí)被采出的油田氣叫伴生氣；非伴生氣包括純氣田天然氣和凝析氣田天然氣兩種，在地層中都以氣態(tài)存在。凝析氣田天然氣從地層流出井口后，隨著壓力和溫度的下降，分離為氣液兩相，氣相是凝析氣田天然氣，液相是凝析液，叫凝析油?！ ∨c煤炭、石油等能源相比，天然氣在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的能影響人類呼吸系統(tǒng)健康的物質(zhì)極少，產(chǎn)生的二氧化碳僅為煤的40%左右，產(chǎn)生的二氧化硫也很少。天然氣燃燒后無(wú)廢渣、廢水產(chǎn)生，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢(shì)。 天然氣簡(jiǎn)介 天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體?！ √烊粴庀倒派镞z骸長(zhǎng)期沉積地下，經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)化及變質(zhì)裂解而產(chǎn)生之氣態(tài)碳?xì)浠衔?，具可燃性，多在油田開(kāi)采原油時(shí)伴隨而出。 天然氣蘊(yùn)藏在地下多孔隙巖層中，主要成分為甲烷，比重0.65，比空氣輕，具有無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒之特性。 天然氣公司皆遵照政府規(guī)定添加臭劑（四氫噻吩），以資用戶嗅辨?！ ∪籼烊粴庠诳諝庵袧舛葹?%～15%的范圍內(nèi)，遇明火即可發(fā)生爆炸，這個(gè)濃度范圍即為天然氣的爆炸極限。爆炸在瞬間產(chǎn)生高壓、高溫，其破壞力和危險(xiǎn)性都是很大的。 依天然氣蘊(yùn)藏狀態(tài)，又分為構(gòu)造性天然氣、水溶性天然氣、煤礦天然氣等三種。而構(gòu)造性天然氣又可分為伴隨原油出產(chǎn)的濕性天然氣、不含液體成份的干性天然氣。 天然氣主要用途 1、天然氣發(fā)電，具有緩解能源緊缺、降低燃煤發(fā)電比例，減少環(huán)境污染的有效途徑，且從經(jīng)濟(jì)效益看，天然氣發(fā)電的單位裝機(jī)容量所需投資少，建設(shè)工期短，上網(wǎng)電價(jià)較低，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 2、天然氣化工工業(yè)，天然氣是制造氮肥的最佳原料，具有投資少、成本低、污染少等特點(diǎn)。天然氣占氮肥生產(chǎn)原料的比重，世界平均為80%左右?！ ?、城市燃?xì)馐聵I(yè)，特別是居民生活用燃料。隨著人民生活水平的提高及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，大部分城市對(duì)天然氣的需求明顯增加。天然氣作為民用燃料的經(jīng)濟(jì)效益也大于工業(yè)燃料?！ ?、壓縮天然氣汽車，以天然氣代替汽車用油，具有價(jià)格低、污染少、安全等優(yōu)點(diǎn)?！ ∧壳叭藗兊沫h(huán)保意識(shí)提高，世界需求干凈能源的呼聲高漲，各國(guó)政府也透過(guò)立法程序來(lái)傳達(dá)這種趨勢(shì)，天然氣曾被視為最干凈的能源之一，再加上1990年中東的波斯灣危機(jī)，加深美國(guó)及主要石油消耗國(guó)家研發(fā)替代能源的決心，因此，在還未發(fā)現(xiàn)真正的替代能源前，天然氣需求量自然會(huì)增加。 天然氣的成因 天然氣與石油生成過(guò)程既有聯(lián)系又有區(qū)別：石油主要形成于深成作用階段，由催化裂解作用引起，而天然氣的形成則貫穿于成巖、深成、后成直至變質(zhì)作用的始終；與石油的生成相比，無(wú)論是原始物質(zhì)還是生成環(huán)境，天然氣的生成都更廣泛、更迅速、更容易，各種類型的有機(jī)質(zhì)都可形成天然氣——腐泥型有機(jī)質(zhì)則既生油又生氣，腐植形有機(jī)質(zhì)主要生成氣態(tài)烴。因此天然氣的成因是多種多樣的。歸納起來(lái)，天然氣的成因可分為生物成因氣、油型氣和煤型氣。 石油與天然氣的差別 石油、天然氣在元素組成、結(jié)構(gòu)形式以及生成的原始材料和時(shí)序等方面，有其共性、親緣性，也有其特性、差異性。 在化學(xué)組成的特征上，天然氣分子量?。ㄐ∮?0），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，H/C原子比高（4～5），碳同位素的分餾作用顯著。石油的分子量大（75～275） ，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，H/C 原子比相對(duì)低（1.4～2.2），碳同位素的分餾作用比天然氣弱。 在物理性質(zhì)方面，天然氣基本是只含有極少量液態(tài)烴和水的單一氣相；石油則可包容氣、液、固三相而以液相為表征的混合物。天然氣密度比石油小得多，既易壓縮，又易膨脹。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，天然氣粘度僅n×10-2～10-3mPa·s，而石油粘度為n～n×10-3mPa·s，相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。天然氣的擴(kuò)散能力和在水中的溶解度均大于石油。 在生成的條件方面，天然氣比石油寬。天然氣既有有機(jī)質(zhì)形成，也有深成無(wú)機(jī)形成；沉積環(huán)境以湖沼型為主；生氣母質(zhì)以腐殖型干酪根（Ⅲ型）為主，生成的溫度區(qū)間較寬，在淺部低溫下即開(kāi)始生成生物氣；在中等深度（溫度多數(shù)在65～90℃）范圍內(nèi)，發(fā)生的有機(jī)質(zhì)熱降解作用而大量生成石油的“液態(tài)窗”階段，也可伴之生成；在深部高溫條件下有機(jī)質(zhì)裂解則又主要是生成天然氣。天然氣對(duì)儲(chǔ)集層的要求也比石油要寬，一般巖石的孔隙度為10%～15%，滲透率在1×10-3～5×10-3μm2也可成藏。而由于天然氣的活潑性，則對(duì)蓋層的要求比石油嚴(yán)格得多。因此，天然氣分布的領(lǐng)域要比石油廣,產(chǎn)出的類型、貯集的形式也比石油多樣，既有與石油聚集形式相似的常規(guī)天然氣藏，如構(gòu)造、地層、巖性氣藏等,又可形成煤層氣、水封氣、氣水化合物以及致密砂巖、頁(yè)巖氣等非常規(guī)的天然氣藏。煤層既是生氣源巖又是儲(chǔ)集體的煤層氣藏已成為很現(xiàn)實(shí)的類型?！ 笆澜缟弦烟矫鞯奶烊粴鈨?chǔ)量中，約有90%都不與石油伴生，而是以純氣藏或凝析氣藏的形式出現(xiàn)，形成含氣帶或含氣區(qū)。這說(shuō)明天然氣地質(zhì)與石油地質(zhì)雖然有某些共同性，也有密切的聯(lián)系，但天然氣畢竟有它自身發(fā)生、發(fā)展、形成礦藏的地質(zhì)規(guī)律”（包茨，1988）。 由于天然氣具有的一些特性，因而在理論研究、資源評(píng)價(jià)以及勘探技術(shù)方法和開(kāi)采方式上與石油也不盡相同，需要發(fā)展一些具有針對(duì)性的工作方法和技術(shù)系列，以適應(yīng)今后將不斷擴(kuò)大的天然氣資源開(kāi)發(fā)的需要。 天然氣開(kāi)采 天然氣也同原油一樣埋藏在地下封閉的地質(zhì)構(gòu)造之中，有些和原油儲(chǔ)藏在同一層位，有些單獨(dú)存在。對(duì)于和原油儲(chǔ)藏在同一層位的天然氣，會(huì)伴隨原油一起開(kāi)采出來(lái)。對(duì)于只有單相氣存在的，我們稱之為氣藏，其開(kāi)采方法既與原油的開(kāi)采方法十分相似，又有其特殊的地方。 由于天然氣密度小，為0.75～0.8千克/立方米，井筒氣柱對(duì)井底的壓力??；天然氣粘度小，在地層和管道中的流動(dòng)阻力也??；又由于膨脹系數(shù)大，其彈性能量也大。因此天然氣開(kāi)采時(shí)一般采用自噴方式。這和自噴采油方式基本一樣。不過(guò)因?yàn)闅饩畨毫σ话爿^高加上天然氣屬于易燃易爆氣體，對(duì)采氣井口裝置的承壓能力和密封性能比對(duì)采油井口裝置的要求要高的多?！ √烊粴忾_(kāi)采也有其自身特點(diǎn)。首先天然氣和原油一樣與底水或邊水常常是一個(gè)儲(chǔ)藏體系。伴隨天然氣的開(kāi)采進(jìn)程，水體的彈性能量會(huì)驅(qū)使水沿高滲透帶竄入氣藏。在這種情況下，由于巖石本身的親水性和毛細(xì)管壓力的作用，水的侵入不是有效地驅(qū)替氣體，而是封閉縫縫洞洞或空隙中未排出的氣體，形成死氣區(qū)。這部分被圈閉在水侵帶的高壓氣，數(shù)量可以高達(dá)巖石孔隙體積的30%～50%，從而大大地降低了氣藏的最終采收率。其次氣井產(chǎn)水后，氣流入井底的滲流阻力會(huì)增加，氣液兩相沿油井向上的管流總能量消耗將顯著增大。隨著水侵影響的日益加劇，氣藏的采氣速度下降，氣井的自噴能力減弱，單井產(chǎn)量迅速遞減，直至井底嚴(yán)重積水而停產(chǎn)。目前治理氣藏水患主要從兩方面入手，一是排水，一是堵水。堵水就是采用機(jī)械卡堵、化學(xué)封堵等方法將產(chǎn)氣層和產(chǎn)水層分隔開(kāi)或是在油藏內(nèi)建立阻水屏障。目前排水辦法較多，主要原理是排除井筒積水，專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫排水采氣法?！ ⌒∮凸芘潘蓺夥ㄊ抢迷谝欢ǖ漠a(chǎn)氣量下，油管直徑越小，則氣流速度越大，攜液能力越強(qiáng)的原理，如果油管直徑選擇合理，就不會(huì)形成井底積水。這種方法適應(yīng)于產(chǎn)水初期，地層壓力高，產(chǎn)水量較少的氣井。 泡沫排水采氣方法就是將發(fā)泡劑通過(guò)油管或套管加入井中，發(fā)泡劑溶入井底積水與水作用形成氣泡，不但可以降低積液相對(duì)密度，還能將地層中產(chǎn)出的水隨氣流帶出地面。這種方法適應(yīng)于地層壓力高，產(chǎn)水量相對(duì)較少的氣井。 柱塞氣舉排水采氣方法就是在油管內(nèi)下入一個(gè)柱塞。下入時(shí)柱塞中的流道處于打開(kāi)狀態(tài)，柱塞在其自重的作用下向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)油管底部時(shí)柱塞中的流道自動(dòng)關(guān)閉，由于作用在柱塞底部的壓力大于作用在其頂部的壓力，柱塞開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)并將柱塞以上的積水排到地面。當(dāng)其到達(dá)油管頂部時(shí)柱塞中的流道又被自動(dòng)打開(kāi)，又轉(zhuǎn)為向下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，就可不斷將積液排出。這種方法適用于地層壓力比較充足，產(chǎn)水量又較大的氣井。 深井泵排水采氣方法是利用下入井中的深井泵、抽油桿和地面抽油機(jī)，通過(guò)油管抽水，套管采氣的方式控制井底壓力。這種方法適用于地層壓力較低的氣井，特別是產(chǎn)水氣井的中后期開(kāi)采，但是運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高。 天然氣的分類 天然氣的分布 在石油地質(zhì)學(xué)中，通常指油田氣和氣田氣。其組成以烴類為主，并含有非烴氣體。廣義的天然氣是指地殼中一切天然生成的氣體，包括油田氣、氣田氣、泥火山氣、煤撐器和生物生成氣等。按天然氣在地下存在的相態(tài)可分為游離態(tài)、溶解態(tài)、吸附態(tài)和固態(tài)水合物。只有游離態(tài)的天然氣經(jīng)聚集形成天然氣藏，才可開(kāi)發(fā)利用。天然氣主要用途是作燃料，可制造炭黑、化學(xué)藥品和液化石油氣，由天然氣生產(chǎn)的丙烷、丁烷是現(xiàn)代工業(yè)的重要原料。天然氣主要由氣態(tài)低分子烴和非烴氣體混合組成?！ 。?） 天然氣(LNG) 天然氣與煤炭、石油并稱目前世界一次能源的三大支柱。天然氣的蘊(yùn)藏量和開(kāi)采量都很大，其基本成分是甲烷。它除了是廉價(jià)的化工原料外，主要作為燃料使用，它不僅作為居民的生活燃料，而且還被用作汽車、船舶、飛機(jī)等交通運(yùn)輸工具的燃料。由于天然氣熱值高，燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染少，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)潔凈燃料?！ ‰S著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油危機(jī)的沖擊和煤、石油所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，使能源結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生變化，天然氣的消費(fèi)量急劇增長(zhǎng)。天然氣用于聯(lián)合發(fā)電、供冷和供熱、燃料電池等方面都具有十分誘人的前途，發(fā)達(dá)國(guó)家都在競(jìng)相進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)?！ ∥覈?guó)的天然氣資源比較豐富，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，資源量約為3.8×1013m3。近年來(lái)，我國(guó)在勘探、開(kāi)發(fā)和利用方面均有較大的進(jìn)展。 （2） 液化天然氣（LPG） 由于天然氣的產(chǎn)地往往不在工業(yè)或人口集中地區(qū)，因此必須解決運(yùn)輸和儲(chǔ)存問(wèn)題。天然氣的主要成分是甲烷，其臨界溫度為190.58K，在常溫下無(wú)法僅靠加壓將其液化。天然氣的液化、儲(chǔ)存技術(shù)已逐步成為一項(xiàng)重大的先進(jìn)技術(shù)?！ ∧壳埃夯烊粴猓↙NG）在我國(guó)已經(jīng)成為一門新興工業(yè)，正在迅猛發(fā)展。液化天然氣（LNG）技術(shù)除了用來(lái)解決運(yùn)輸和儲(chǔ)存問(wèn)題外，還廣泛地用于天然氣使用時(shí)的調(diào)峰裝置上。 （3） 液化煤層氣( HCL) 我國(guó)是世界煤炭生產(chǎn)大國(guó)，煤層氣相應(yīng)的儲(chǔ)藏量也很大，儲(chǔ)藏量和天然氣基本一樣。其基本成分是甲烷。它除了是廉價(jià)的化工原料外，主要作為燃料使用，它不僅作為居民的生活燃料，而且還被用作汽車、船舶、飛機(jī)等交通運(yùn)輸工具的燃料。由于煤層氣熱值高，燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染少，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)潔凈燃料。 將煤層氣液化后使用，主要有幾方面好處： ?、?經(jīng)濟(jì)性 投資成本較低，回收快?！ 、?安全性 “先采氣，后采煤”的方式已成為發(fā)達(dá)國(guó)家能源利用的基本方式?！跋炔蓺?，后采煤”大大提高了采煤的安全性?！ 、?政策性 此方式可節(jié)約能源，做到能源的徹底利用，符合國(guó)家的相關(guān)政策。有利于獲得政府的支持。 煤層氣液化設(shè)備和天然氣液化設(shè)備基本一樣，只是由于大多數(shù)煤層氣中氧、氮的含量比天然氣略高，需要增加一套精餾系統(tǒng)。 （4）液化天然氣生產(chǎn)和使用的必要性 液化天然氣與天然氣比較有以下優(yōu)點(diǎn)： ①便于貯存和運(yùn)輸 液化天然氣密度是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的625倍。也就是說(shuō)，1m3液化天然氣可氣化成625 m3天然氣，由此可見(jiàn)貯存和運(yùn)輸?shù)姆奖阈??！ 、诎踩院谩 √烊粴饽壳暗膬?chǔ)藏和運(yùn)輸主要方式是壓縮（CNG）。由于壓縮天然氣的壓力高，帶來(lái)了很多安全隱患?！ 、坶g接投資少 壓縮天然氣（CNG）體積能量密度約為汽油的26%，而液化天然氣（LNG）體積能量密度約為汽油的72%，是壓縮天然氣（CNG）的兩倍還多，因而使用LNG的汽車行程遠(yuǎn)，相對(duì)可大大減少汽車加氣站的建設(shè)數(shù)量?！ 、苷{(diào)峰作用 天然氣作為民用燃?xì)饣虬l(fā)電廠的燃料，不可避免會(huì)有需要量的波動(dòng)，這就要求供應(yīng)上具有調(diào)峰作用?！ 、莪h(huán)保性 天然氣在液化前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的預(yù)凈化，因而LNG中的雜質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CNG，為汽車尾氣或作為燃料使用時(shí)排放滿足更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)（如“歐Ⅱ”甚至“歐Ⅲ”）創(chuàng)造了條件?！ √烊粴猓∟atural Gas）天然氣是埋藏在地下的古生物經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的高溫和高壓等作用而形成的可燃?xì)猓且环N無(wú)色無(wú)味無(wú)毒、熱值高、燃燒穩(wěn)定、潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源。天然氣其主要成分為甲烷，熱值為8500大卡/米3是一種主要由甲烷組成的氣態(tài)化石燃料。它主要存在于油田和天然氣田，也有少量出于煤層?！ ‘?dāng)非化石的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過(guò)厭氧腐爛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生富含甲烷的氣體，這種氣體就被稱作生物氣（沼氣）。生物氣的來(lái)源地包括森林和草地間的沼澤、垃圾填埋場(chǎng)、下水道中的淤泥、糞肥，由細(xì)菌的厭氧分解而產(chǎn)生。生物氣還包括胃腸漲氣（例如：屁），胃腸氣最通常來(lái)自于牛羊等家畜。 當(dāng)甲烷散逸到大氣層中時(shí)，它將是一種直接促使全球變暖愈演愈烈的溫室氣體。這種飄散的甲烷，就會(huì)被視作一種污染物，而不是一種有用的能源。然而，在大氣中的甲烷一旦與臭氧發(fā)生氧化反應(yīng)，就會(huì)變成二氧化碳和水，因此排放甲烷所導(dǎo)致的溫室效應(yīng)相對(duì)短暫。而且就燃燒而言，天然氣要比煤這類石炭紀(jì)燃料產(chǎn)生的二氧化碳要少得多。甲烷的重要生物形式來(lái)源是白蟻、反芻動(dòng)物（如牛羊）和人類對(duì)土地的耕種。據(jù)估計(jì)，這三者的散發(fā)量分別是每年15、75和100百萬(wàn)噸（年散發(fā)總量約為1億噸）?！ 〖兲烊粴夂?CH4(98%) C3H8(0.3%) C4Hm(0.3%) CmHn(0.4%) N2(1.3%),低發(fā)熱值為（36220KJ/Nm3) 天然氣應(yīng)用領(lǐng)域 天然氣利用領(lǐng)域非常廣泛，除了能用于炊事外，還可廣泛作為發(fā)電、石油化工、機(jī)械制造、玻璃陶瓷、汽車、集中空調(diào)的燃料或原料。 天然氣主要優(yōu)點(diǎn) 天然氣是較為安全的燃?xì)庵?，它不含一氧化碳，也比空氣輕，一旦泄漏，立即會(huì)向上擴(kuò)散，不易積聚形成爆炸性氣體，安全性較高。采用天然氣作為能源，可減少煤和石油的用量，因而大大改善環(huán)境污染問(wèn)題；天然氣作為一種清潔能源，能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%，減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于減少酸雨形成，舒緩地球溫室效應(yīng)，從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。其優(yōu)點(diǎn)有： ?、?綠色環(huán)保：天然氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物 質(zhì)，燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化碳少于其他化石燃料，造成溫室效應(yīng)較低，因而能從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。 ?、?經(jīng)濟(jì)實(shí)惠：天然氣與人工煤氣相比，同比熱值價(jià)格相當(dāng)，并且天然氣清潔干凈，能延長(zhǎng)灶具的使用壽命，也有利于用戶減少維修費(fèi)用的支出。天然氣是潔凈燃?xì)?，供?yīng)穩(wěn)定，能夠改善空氣質(zhì)量，因而能為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新的動(dòng)力，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)繁榮及改善環(huán)境?！ 、?安全可靠：天然氣無(wú)毒、易散發(fā)，比重輕于空氣，不宜積聚成爆炸性氣體，是較為安全的燃?xì)?。 ?改善生活：隨著家庭使用安全、可靠的天然氣，以及享用港華燃?xì)馓峁┯H切、專業(yè)和高效率的售后服務(wù)和新式爐具，將會(huì)極大改善家居環(huán)境，提高生活質(zhì)量。
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