天然氣定義　　從廣義的定義來說，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程形成的氣體。而人們長期以來通用的“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。天然氣燃燒后無廢渣、廢水產(chǎn)生，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢。 天然氣簡介　　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，多在油田開采原油時伴隨而出?！　√烊粴馓N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，具有無色、無味、無毒之特性。 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，其破壞力和危險性都是很大的?！　∫捞烊粴馓N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)電價較低，具有較強(qiáng)的競爭力。　　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。天然氣占氮肥生產(chǎn)原料的比重，世界平均為80%左右。　　3、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)保意識的增強(qiáng)，大部分城市對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，具有價格低、污染少、安全等優(yōu)點?！　∧壳叭藗兊沫h(huán)保意識提高，世界需求干凈能源的呼聲高漲，各國政府也透過立法程序來傳達(dá)這種趨勢，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)，加深美國及主要石油消耗國家研發(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增加。 天然氣的成因 　　天然氣與石油生成過程既有聯(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，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序等方面，有其共性、親緣性，也有其特性、差異性?！　≡诨瘜W(xué)組成的特征上，天然氣分子量小（小于20），結(jié)構(gòu)簡單，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，相差幾個數(shù)量級。天然氣的擴(kuò)散能力和在水中的溶解度均大于石油?！　≡谏傻臈l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。天然氣對儲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、頁巖氣等非常規(guī)的天然氣藏。煤層既是生氣源巖又是儲集體的煤層氣藏已成為很現(xiàn)實的類型?！　　笆澜缟弦烟矫鞯奶烊粴鈨α恐校s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）?！　∮捎谔烊粴饩哂械囊恍┨匦裕蚨诶碚撗芯?、資源評價以及勘探技術(shù)方法和開采方式上與石油也不盡相同，需要發(fā)展一些具有針對性的工作方法和技術(shù)系列，以適應(yīng)今后將不斷擴(kuò)大的天然氣資源開發(fā)的需要。 天然氣開采 　　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，有些和原油儲藏在同一層位，有些單獨存在。對于和原油儲藏在同一層位的天然氣，會伴隨原油一起開采出來。對于只有單相氣存在的，我們稱之為氣藏，其開采方法既與原油的開采方法十分相似，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，井筒氣柱對井底的壓力??；天然氣粘度小，在地層和管道中的流動阻力也??；又由于膨脹系數(shù)大，其彈性能量也大。因此天然氣開采時一般采用自噴方式。這和自噴采油方式基本一樣。不過因為氣井壓力一般較高加上天然氣屬于易燃易爆氣體，對采氣井口裝置的承壓能力和密封性能比對采油井口裝置的要求要高的多。　　天然氣開采也有其自身特點。首先天然氣和原油一樣與底水或邊水常常是一個儲藏體系。伴隨天然氣的開采進(jìn)程，水體的彈性能量會驅(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)語叫排水采氣法。　　小油管排水采氣法是利用在一定的產(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?！　∨菽潘蓺夥椒ň褪菍l(fā)泡劑通過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)水量相對較少的氣井?！　≈麣馀e排水采氣方法就是在油管內(nèi)下入一個柱塞。下入時柱塞中的流道處于打開狀態(tài)，柱塞在其自重的作用下向下運動。當(dāng)?shù)竭_(dá)油管底部時柱塞中的流道自動關(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，柱塞開始向上運動并將柱塞以上的積水排到地面。當(dāng)其到達(dá)油管頂部時柱塞中的流道又被自動打開，又轉(zhuǎn)為向下運動。通過柱塞的往復(fù)運動，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?！　∩罹门潘蓺夥椒ㄊ抢孟氯刖械纳罹谩⒊橛蜅U和地面抽油機(jī)，通過油管抽水，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)水氣井的中后期開采，但是運行費用相對較高。 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。天然氣的蘊藏量和開采量都很大，其基本成分是甲烷。它除了是廉價的化工原料外，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)等交通運輸工具的燃料。由于天然氣熱值高，燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染少，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)潔凈燃料。　　隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油危機(jī)的沖擊和煤、石油所帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，使能源結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生變化，天然氣的消費量急劇增長。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)國家都在競相進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)?！　∥覈奶烊粴赓Y源比較豐富，據(jù)不完全統(tǒng)計，資源量約為3.8×1013m3。近年來，我國在勘探、開發(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)，因此必須解決運輸和儲存問題。天然氣的主要成分是甲烷，其臨界溫度為190.58K，在常溫下無法僅靠加壓將其液化。天然氣的液化、儲存技術(shù)已逐步成為一項重大的先進(jìn)技術(shù)。　　目前，液化天然氣（LNG）在我國已經(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)除了用來解決運輸和儲存問題外，還廣泛地用于天然氣使用時的調(diào)峰裝置上?！　。?） 液化煤層氣( HCL)　　我國是世界煤炭生產(chǎn)大國，煤層氣相應(yīng)的儲藏量也很大，儲藏量和天然氣基本一樣。其基本成分是甲烷。它除了是廉價的化工原料外，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)等交通運輸工具的燃料。由于煤層氣熱值高，燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染少，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)潔凈燃料?！　⒚簩託庖夯笫褂?，主要有幾方面好處：　　① 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)國家能源利用的基本方式。“先采氣，后采煤”大大提高了采煤的安全性。　　③ 政策性　　此方式可節(jié)約能源，做到能源的徹底利用，符合國家的相關(guān)政策。有利于獲得政府的支持?！　∶簩託庖夯O(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)。　?。?）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：　?、俦阌谫A存和運輸　　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，1m3液化天然氣可氣化成625 m3天然氣，由此可見貯存和運輸?shù)姆奖阈?。　?、诎踩院谩　√烊粴饽壳暗膬Σ睾瓦\輸主要方式是壓縮（CNG）。由于壓縮天然氣的壓力高，帶來了很多安全隱患?！　、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，不可避免會有需要量的波動，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)過億萬年的高溫和高壓等作用而形成的可燃?xì)?，是一種無色無味無毒、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)過厭氧腐爛時，會產(chǎn)生富含甲烷的氣體，這種氣體就被稱作生物氣（沼氣）。生物氣的來源地包括森林和草地間的沼澤、垃圾填埋場、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），胃腸氣最通常來自于牛羊等家畜?！　‘?dāng)甲烷散逸到大氣層中時，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源是白蟻、反芻動物（如牛羊）和人類對土地的耕種。據(jù)估計，這三者的散發(fā)量分別是每年15、75和100百萬噸（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　　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)點有：　　① 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)實惠：天然氣與人工煤氣相比，同比熱值價格相當(dāng)，并且天然氣清潔干凈，能延長灶具的使用壽命，也有利于用戶減少維修費用的支出。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)展提供新的動力，帶動經(jīng)濟(jì)繁榮及改善環(huán)境?！　、?安全可靠：天然氣無毒、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，將會極大改善家居環(huán)境，提高生活質(zhì)量。