天然气基础知识

天然气基础知识2目录四、天然气的应用五、天然气的基本性质二、天然气组成一、天然气工业发展三、天然气分类1、我国油气资源分布1．脚步蹒跚的幼年期2．储、产量快速增长的青年期储量，1980年以来，每5年的储量增加值翻一番2、天然气发展历程1990~2005年天然气储、产量变化储产比：年末剩余可采储量/当年产量误解（分子分母都在变化）2、天然气发展历程在规划性的框算中以1000m3气为1t油当量。对中国油气可采资源的估算中油气大致相当。以2005年产量计气为油的27.1%，按2020年前后的可能产量比，二者也只能大体相当。从产量看“天然气时代”缺乏基础。3、石油天然气的比较分析1．气层气（非伴生气）和溶解气（伴生气）探明地质储量剩余可采储量产量气层气79.17%94.48%80.55%溶解气20.83%5.52%19.45%4、天然气产量现状2．大区和公司构成中部鄂尔多斯和四川盆地的探明储量占全国近一半产量超一半特别是四川占全国产量的1/34、天然气产量现状4、天然气产量现状3．中国天然气的品级特点储量规模偏小国内外大气田下限的差别巨型气田的作用丰度偏低储层不均质性强个别大气田储量待核实单井产量低、衰减快、井口价高多数气田远离经济中心，要中、长距管线4、天然气产量现状11目录四、天然气的应用五、天然气的基本性质二、天然气组成一、天然气工业发展三、天然气分类广义：指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。狭义：人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中。石油工业：从油气田开采出来的以甲烷为主要成分的可燃性气。采气工程定义：天然气是以石蜡族低分子饱和烃为主的烃类气体和少量非烃气体组成的混合气。1、天然气的定义122、天然气的组成一、基本组分天然气组成成分多以甲烷为主，甲烷是天然气中的主要成分。它的分子式是4，由一个碳原子和四个氢原子组成。甲烷的分子量为16.043。

天然气中除甲烷外，还有乙烷、丙烷、丁烷（包括正丁烷、异丁烷）、戊烷等。丙烷和丁烷组合在一起就是液化气；戊烷以上是轻质油，其常温常压下是液体。甲烷是空间正四面体结构，碳原子在中间，由四个氢原子在外围四个顶点，四个键角为109028’

包括有机硫和无机硫，无机硫是指天然气中所含的硫化氢，分子式是H2S，它是一种比空气轻、可燃、有毒、有臭鸡蛋气味的气体。硫化氢与天然气中的水化合生成硫酸，对金属造成严重的腐蚀作用。天然气中的有机硫有硫醇、硫醚、二硫化碳、硫酚等。有机硫对管线的腐蚀不是很严重，但对化工工艺中的催化剂产生毒害，使催化剂失去作用，并对环境造成污染。所以对含硫超标的天然气要进行脱硫处理，使硫化氢转换为硫磺等化工产品。二、含硫组分2、天然气的组成3、天然气的组成—国外某些重要气田天然气组成3、天然气的组成—国外某些重要气田天然气组成3、天然气的组成—国内某些重要气田天然气组成序号代号名称分子式气层气伴生气1C1甲烷492.47%69.73%2C2乙烷C2H63.50%10.88%3C3丙烷C3H80.98%10.42%44正丁烷4H100.22%2.20%54异丁烷4H100.34%2.58%65正戊烷5H120.06%1.88%75异戊烷5H12

0.32%8C6己烷C6H14

0.47%9C7庚烷C7H16

0.15%10C8辛烷C8H18

0.05%11N2氮气N21.75%0.56%122二氧化碳20.68%0.76%3、天然气组成3、天然气组成_西二气的天然气组成20目录四、天然气的应用五、天然气的基本性质二、天然气组成一、天然气工业发展三、天然气分类

（2）凝析气：在天然气开采过程中有较多的天然汽油凝析出来的天然气。例如新疆柯克亚的天然气就属于凝析气。（1）气层气：是指在地层中呈气态单独存在，采出地面后仍然为气态的天然气，例如四川大多数气田、中原油田的文23气田都属于这种类型的天然气。气层气的甲烷含量一般在90%以上。（3）伴生气：在地层中溶解于原油中，或呈气态与原油共存，随原油同时被开采出来的天然气。伴生气的甲烷含量一般在6580%左右，需要经过净化处理后才能使用。1、按天然气的来源分类（1）干气：按C5界定法指在1m3井口流出物中C5以上液烃含量低于13.53的天然气。（2）湿气：反之，C5以上液烃含量高于13.53的天然气。（3）贫气：C3及以上烃类含量少于10033的天然气。（4）富气：C3及以上烃类含量高于10033的天然气。2、按天然气的烃类组成分类22（2）净化气：含硫量在13以内的天然气。（1）酸气：含硫量在13以上的天然气。3、按天然气含硫量分类（3）：是压缩天然气的缩写，它是指将天然气压缩到25左右，装入钢瓶供汽车发动机作为清洁燃料，具有污染小、成本低、抗爆震性好等优点，对减少城市大气污染、提高环境质量有着重要作用。（1）管输天然气：使用密闭管道输送的天然气，这与“井口天然气”概念相对应。井口天然气一般没有经过分离或处理，气质很差；管输天然气一般经过多级处理，气质较干净。国内天然气输送大部分采用管输方式。（2）：是液化天然气的缩写，它是将天然气进行高压低温处理后全部变成液体，适用于离油区较远、输气管网未覆盖的地区。4、按天然气输送方式分类25目录四、天然气的应用五、天然气的基本性质二、天然气组成一、天然气工业发展三、天然气分类1、应用前景天然气资源是天然气行业发展的基础，新中国成立以来，我国天然气生产有了很大发展。特别是“八五”以来，天然气探明储量快速增长，天然气产业进入高速发展时期。2010年我国天然气新增探明地质储量5945.5亿立方米，新增探明技术可采储量2875.0亿立方米。截至2010年底，全国天然气累计探明地质储量9.3万亿立方米，剩余技术可采储量3.9万亿立方米，比上年增长3.7%。

21世纪以来，我国天然气市场进入大规模发展阶段，天然气消费量以每年两位数的速度增长。2009年我国生产天然气830亿立方米，同比增长7.7%。全国天然气表观消费量为874.5亿立方米，与2008年相比增长11.5%。2010年，国内天然气产量继续保持稳定增长。2010年1-12月份，国内天然气产量944.8亿立方米，同比大幅增长12.1%。2010年，国内天然气表观消费量首次突破1000亿立方米，达到1070.3亿立方米，同比大幅增长15.9%。2010年我国天然气产业体制改革取得明显成效，油气资源税在新疆试点征收，天然气定价机制改革迈出新步伐。从天然气储量来看，中国的天然气储量也相当可观。新疆、四川和内蒙古等地区蕴藏着丰富的天然气资源。塔里木油田投入西气东输的资源可以稳定供气30年，内蒙古苏里格气田也展示了良好的发展前景。同时，不可忽视的是我们还有300万平方公里的“蓝色国土”。中国近海有7个大的含气盆地，天然气资源近14万亿m3；南沙盆地的天然气资源量高达8万到10万亿m3。这些气田接近沿海发达地区，勘探程度也较低，为中国的天然气发展提供了广阔空间。

从国内的开采技术与运输手段来看，中国的一些勘探技术已达到或超过世界水平，塔里木、四川、内蒙古等一些大气田的发现已是明证；在运输手段上，建设长输管道进行天然气输送对于中国来说已不是问题，西气东输管道的建设证明了中国具备建设世界级管道的能力；另一重要运输方式就是将天然气液化后运送到进口方码头还原为气体，然后输送到用户。据记者了解，中国对此也已制定了具体举措。国家发展和改革委员会能源局在第八届东北亚天然气和管道国际大会上预计，2002年到2020年，中国天然气基础设施建设投资共需2200多亿元，主要用于建设5万公里的天然气管线，千万吨级液化天然气接收站和百万吨规模的液化天然气运输能力。从经济方面来看，目前，我国经济建设正处于一个新的发展期，能源需求日益增加，拉闸限电更是进一步说明了能源需求的旺盛。国家在可持续发展战略中提出，要调整能源结构，开发利用可再生能源和新能源，这也为天然气行业的发展提供了机遇。中国天然气产业的发展总原则是：“立足国内，利用海外，西气东输，北气南下，海气登陆，就近供应。”中国政府目前正在制定天然气产业的中长期发展规划，以进一步加快天然气勘探、开发和利用，优化能源结构，维护国家能源安全。

2、优质的燃料天然气作为燃料用于两大部分，一是用于家庭和公共设施的烹饪、取暖、制冷和空调，二是用于企业，主要用于冶金、电力、水泥和陶瓷等许多行业，而且可以作为汽车发动机的燃料，以减少城市污染，在航空工业，液化天然气可以作为超音速飞机的主要燃料。天然气作为城市燃气，与人工煤气、液化石油气相比，具有很多优点：一是热值高，为人工燃气的两倍；二是无毒害作用，不像人工燃气那样含有大量的一氧化碳有毒气体；三是比空气轻，泄漏后扩散到空气中容易散出，不像液化石油气那样比空气重、不易积存到通风不好的房间或室内的低处；四是用管道输送到居民家中，省力便捷；五是完全燃烧后生成的二氧化碳的含量比液化石油气少，降低了烟气对大气的温室效应，有利于环境保护六是与其他能源相比，天然气有更大的开采潜力。据刘克雨介绍，虽然1998年统计表明，天然气的可采储量略低于石油，但根据能源界“储采比”的说法，现在发现的储量与目前年产量相比，石油的储采比是41年，而天然气的储采比是61年，比石油的开采年限多出50%3、重要的化工原料天然气可以分离出甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等纯烃，它们是最基本的有机化工原料，甲烷可以生产合成氨、甲醇、碳黑、尿素等产品，从乙烷、丙烷、丁烷等经过高温裂解可以生产乙烯、丙烯、丁烯等，再通过氧化、脱氢、异构化可以生产聚乙烯、合成纤维、合成橡胶以及合成塑料等。33目录四、天然气的应用五、天然气的基本性质二、天然气组成一、天然气工业发展三、天然气分类1、参比条件11062—1998《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》(非等效采用6976：1995)对天然气密度、相对密度等计算进行了具体的规定。天然气的性质与所处的压力、温度有关，因此有必要将不同压力、温度条件下的气体性质换算到相同条件下来进行定量研究，这种条件就叫参比条件。参比条件分为两种情况：（2）燃烧参比条件：指规定的燃料燃烧时的参比温度和压力，我国为：20℃,101.325。（1）计量参比条件：指规定的燃料燃烧时,计量统一指定的参比温度和压力，我国为：20℃,101.325。（1）定义由两种或两种以上单一气体组成的气体称为气体混合物。例如天然气就是以甲烷为主的多种气体组成的混合气体。（2）体积分数在天然气中，各组分的数量分别占天然气总数量的比值叫天然气某组分的含量，气体组成可以用体积分数、质量分数或摩尔分数表示。气体分析结果一般采用摩尔分数。当混合气体中某一组分处于混合气体的压力、温度下时所占的体积叫该组分的分体积，天然气的总体积等于各组分的分体积之和：12+……各组分体积分数：y11y22…

天然气各组分的体积分数之和等于1，即：y1+y2+……12、体积分数摩尔分数由下式进行换算：(1-1)式中：——气体某组分的摩尔分数——气体某组分的体积分数；——气体某组分的压缩因子。（2）混合气体的摩尔质量混合气体的摩尔质量按下式计算：

（1-2）（1）摩尔分数3、摩尔分数对于实际气体，由于实际气体的分子占有体积，分子间存在相互作用力，当压力升高，气体分子本身的体积占总体积的比重增大，分子间的作用力（引力或斥力）增加，气体体积将严重偏离理想气体的体积。因而需要引入一个校正因子——压缩因子，它是指在规定的压力和温度条件下，给定质量气体的实际体积除以在相同条件下按理想气体定律计算出的体积。对于给定参比条件下的压缩因子，根据各组分的求和因子，按下式计算天然气压缩因子：

（1-3）式中：Z——天然气压缩因子;——天然气中i组分的摩尔分数;——天然气中i组分的求和因子（见表1-2）。

对于其他条件下的压缩因子，必须按照6143标准或17747-1999标准进行计算。4、压缩因子天然气物性参数表（20℃，101.325）序号组分名称摩尔质量求和因子沸点K体积发热量3高位低位1甲烷16.0430.0436111.6337.04433.3672乙烷30.070.0894184.5764.9159.393丙烷44.0970.1288231.0892.2984.944正丁烷58.1230.1783272.66119.66110.4752-甲基丙烷58.1230.1703261.34119.28110.096正戊烷72.150.2345309.21147.04136.0172-甲基丁烷72.150.2168300.99146.76135.7282,2-二甲基丙烷72.150.2025282.65146.16135.139己烷86.1770.2846341.89174.46161.59102-甲基戊烷86.1770.272333.41174.14161.27113-甲基戊烷86.1770.2683336.42174.25161.38122,2-二甲基丁烷86.1770.255322.88173.73160.86132,3-二甲基丁烷86.1770.2569331.13174.05161.1914庚烷100.2040.3521371.57201.84187.1315辛烷114.2310.4278398.82229.22212.6716壬烷128.2580.5148

256.64238.2517癸烷142.2850.614

284.03263.818苯78.1140.253353.24137.27131.7619甲苯92.1410.3286373.78164.16156.820氢气2.0159-0.005120.2811.88910.0521一氧化碳28.010.0281.6611.7611.7622硫化氢34.0820.1212.8423.3721.5323氦气4.002604.215

24氩气39.9480.026587.291

25氮气28.01350.017377.35

26氧气31.99880.026590.19

27二氧化碳44.010.0728194.64

28水（气态）18.01530.2191100

29空气28.9626

78.95

密度是指在规定压力和温度条件下，气体质量除以它的体积，单位为：3（1-4）从式(3-4)知，密度等于比容的倒数，ρ=1。（1）理想气体的密度，由理想气体状态方程得:(1-5)式中：ρ0——理想气体密度，3;R——通用气体常数，·K;T——绝对温度;p——气体压力，;M——摩尔质量，。5、密度相对密度是指在相同压力和温度条件下，气体的密度除以具有标准组成的干空气的密度。式中：0——理想气体相对密度；——组分i的摩尔质量，;——标准组成的干空气质量，。式中：——天然气的实际（真实）相对密度；——标准组成的干空气的压缩因子，在20℃，101.325标准参比条件下，0.99963。（1）理想气体相对密度。公式为（2）天然气的相对密度。公式为（1-8）（1-7）6、相对密度发热量定义燃烧一定体积或质量的天然气所能发出的热量称为天然气的发热量，它分为两种：（1）高位发热量是指规定量的气体在空气中完全燃烧时所释放出的热量。在燃烧反应发生时，压力保持恒定，所有燃烧产物的温度降至与规定的反应物温度相同的温度，除燃烧中生成的水全部冷凝为液态外，其余所有燃烧产物均为气态（简称高热值）。天然气燃烧时要产生水蒸气，这些水蒸气冷却到原来的燃烧相同温度时，不但要放出因温度升高而吸收的热量，而且要放出水蒸气的冷凝热。（2）低位发热量是指规定量的气体在空气中完全燃烧时所释放出的热量。在燃烧反应发生时，压力保持恒定，所有燃烧产物的温度降至与指定的反应物温度相同的温度，所有燃烧产物均为气态（简称低热值）。高位发热量减去水蒸气的冷凝热就是低位发热量。在实际燃烧时，水蒸气并没有冷凝，所以只有低位发热量才能被人们利用。7、天然气发热量混合气体发热量(1)混合气体摩尔发热量的计算公式为

（1-9）

式中：——混合气体的理想摩尔发热量，;——混合气体中组分i的摩尔分数；——组分i的理想摩尔发热量，。

天然气摩尔发热量：精确计算天然气理想摩尔发热量，需要对天然气进行焓修正，但修正值很小，标准规定直接采用混合气体的理想摩尔发热量计算。7、天然气发热量天然气的质量发热量与天然气理想质量发热量被看作相等。混合气体体积发热量①、理想气体的体积发热量公式为

式中：0——混合气体的理想体积发热量，3；——组分i的理想体积发热量，3。（1-11）②、天然气的体积发热量公式为

式中：实际气体的体积发热量，3。（1-12）混合气体质量发热量的计算公式为式中：——混合气体的理想质量发热量，;

——组分i的理相质量发热量，。7、天然气发热量沃泊指数用于表征燃气的一个质量指标，表征燃气热负荷的特性数据（又称华白数），它的定义是：在规定的参比条件下的体积高位发热量除以在相同规定计量参比条件下的相对密度的平方根。单位为：3。理想气体的沃泊指数为天然气的沃泊指数计算

(1-14)不同组成的天然气若具有相近的沃泊指数，则在相同的燃具中具有相同的热负荷，从而使天然气互换性和燃具的适应性有了可以描述的参数。通过测量沃泊指数，可以定量地调整燃具的空气量，防止燃具在稳定燃烧时不发生黄焰、回火、离焰及一氧化碳超标等现象。(1-13)8、沃泊指数定义：单位质量的气体，在没有化学反应和相变的情况下，温度每升高1℃时所需要的热量叫比热，单位为(·℃)。(1)定压比热()：定压过程中系统温度升高1℃时所需要的热量。(2)定容比热()：定容过程中系统温度升高1℃时所需要的热量。(3)比热比：定压比热与定容比热之比。

(1-15)理想气体的等熵指数等于比热比。在天然气计量中，一般用甲烷的比热来表征天然气的比热，天然气等熵指数就用甲烷的比热比近似代替，一般可取к=1.30。9、比热动力粘度是表示物体流动时分子之间因相对运动而产生的阻力大小的物理量。作相对运动的两层流体之间的内摩擦力与层之间的距离成反比，与两层的面积和相对速度成正比。比例常数称为流体的动力粘度或绝对粘度。（1-16）式中：F——两层面间的内摩擦力;d——两层面间的距离；A——两层面间的面积2；U——两层流体的相对移动速度；μ——流体的动力粘度,·s。运动粘度是动力粘度与密度的比值，单位为：m2。（1-16）天然气粘度和压力、温度、分子量有关。在接近大气压的低压条件下，压力对粘度的影响很小（可忽略），粘度随温度增加而变大，随分子量增大而减小；而在较高压力下，天然气的粘度随压力增加而增大，随温度升高而减小，随分子量增加而增大。此外，天然气粘度还随非烃气体增加而增加。当天然气中以甲烷为主要成分时，可用甲烷的粘度代替天然气的粘度。10、粘度当气体温度低于某一数值时可以等温压缩成液体