华南理工大学课件 天然气开采与综合利用技术4-3(第四章非常规天然气)

1、非常规天然气简述非常规天然气简述2 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。 3 煤层甲烷气煤层甲烷气 煤层气又称煤层甲烷是人们俗称的瓦斯。

2、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。4What Is CBM?n CBM=Coalbed Methane=Coal Seam Gasn Natural G

3、as 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 mines

4、5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

5、三种危害第三种危害: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。6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7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

6、气资源十分丰富，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32万亿万亿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 年年我国煤层气已探明我国煤层气已探明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，2017.1362.67839891137.6527.98859390232.157.8587969290.41.46879490中国主要煤层气资源分布数

7、据表 89煤煤 层层 甲甲 烷烷 气气 沁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 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

8、气和液化石油气解决，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2010年全国煤层气产量将达到年全国煤层气产量将达到100亿亿3，2020年将达到年将达到220亿亿3，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，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，利于能源结构调整；从开拓新能源的角度上起到了一定的的局面，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，它比建设油气储备设施来得更快，效益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，

9、效益更好，更具有安全性和战略性。更好，更具有安全性和战略性。 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

10、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。13 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

11、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的排放量，缓解大量燃煤造成的环境压力压力(燃烧燃烧1t煤约产生煤约产生183的的CO2)。14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154、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

12、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6027 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

13、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。16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

14、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。 17CBM to CNG and LNGn USA NG production is 550 BCM in 2005n 10% of USA gas

15、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 China1920 80klms P/E pipe; 7klms steel pipe 50klms roads; 50klms powerl

16、inesCH4 Gas Gathering Installation21CH4 Pipeline Installation22中国煤层气开发利用的制约因素中国煤层气开发利用的制约因素 n 煤层气管理责任不明确煤层气管理责任不明确n 资金投入少，关键技术有待攻关资金投入少，关键技术有待攻关n 煤层气基础设施建设不完善煤层气基础设施建设不完善 n 缺乏国家鼓励发展煤层气产业的扶持政策缺乏国家鼓励发展煤层气产业的扶持政策 23煤层气产业开发利用的建议煤层气产业开发利用的建议n 将煤层气发展纳入国家规划，加速煤层气产业的规模化步伐将煤层气发展纳入国家规划，加速煤层气产业的规模化步伐n 掌握资源情况，制

17、订好开发利用规划掌握资源情况，制订好开发利用规划n 加大资金投入，重视先进技术的开发加大资金投入，重视先进技术的开发 n 将煤层气纳入全国燃气管网规划将煤层气纳入全国燃气管网规划 n 加大相关政策扶持力度加大相关政策扶持力度 加快商业化进程加快商业化进程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) 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

18、体的分子在笼形孔室中。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。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。25 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 MPa10 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。