[科普中國]-常規(guī)天然氣

介紹

從廣義的定義上講，天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體，包括大氣圈、外圈和巖石圈中各種自然過程形成的氣體。而油氣領(lǐng)域長期以來通用的“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。

根據(jù)((石油天然氣儲量計算規(guī)范》(中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準DZ/T0217—2005)，常規(guī)天然氣(Gas)是指天然存在的烴類和非烴類氣體以及各種元素的混合物，其在地層條件下呈氣態(tài)或者溶解于油、水中，在地面標準條件下只呈氣態(tài)。

烴類氣體的主要成分為烷烴,其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。天然氣具可燃性，在標準狀態(tài)下甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以下為液體。甲烷是最短和最輕的烴分子。非烴類氣體包括硫化氫、二氧化碳、氮、水氣和少量一氧化碳以及微量的稀有氣體(如氦和氬)等。

從地質(zhì)角度上講，常規(guī)天然氣在烴源巖由有機質(zhì)經(jīng)生物化學作用、熱催化作用或熱裂解作用生成后，在浮力和流體壓力的驅(qū)使下，經(jīng)過一定距離的一次運移和二次運移在常規(guī)圈閉中聚集，形成常規(guī)天然氣藏。常規(guī)天然氣主要是以游離狀態(tài)儲集在儲層中，所以氣藏常位于構(gòu)造的較高部位，受生、儲、蓋組合控制，成藏需要致密蓋層和有效的圈閉條件。2

常規(guī)天然氣與非常規(guī)的區(qū)別美國石油工程師學會(SPE)、石油評估工程師學會(SPEE)、美國石油地質(zhì)學家協(xié)會(AAPG)和世界石油大會(WPC)2007年聯(lián)合發(fā)布了非常規(guī)油氣資源的定義：存在于大面積分布的油氣聚集中的、不受水動力效應(yīng)的明顯影響的油氣聚集。非常規(guī)天然氣包括頁巖氣、煤層氣、天然氣水合物(可燃冰)等。

常規(guī)天然氣與非常規(guī)天然氣的區(qū)別主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，常規(guī)天然氣是存在于單個的天然氣藏(圈閉)中，圈閉界限很明顯；而非常規(guī)天然氣是存在于大面積連續(xù)分布的儲層中，圈閉界限不明顯。另一方面，常規(guī)天然氣可以通過傳統(tǒng)技術(shù)獲得有經(jīng)濟價值的自然工業(yè)產(chǎn)量；而非常規(guī)天然氣是指用傳統(tǒng)技術(shù)無法獲得自然工業(yè)產(chǎn)量、需用新技術(shù)改善儲層滲透率等才能實現(xiàn)經(jīng)濟開采。

我國常規(guī)天然氣的資源特點常規(guī)天然氣的物理化學特征天然氣的化學組分可分為烴類氣體與非烴氣體兩類：烴類氣體主要指甲烷和重烴氣(C2-4)；非烴氣體常見的有CO2、N2、H2S、稀有氣體等。自然界中絕大多數(shù)天然氣都是由多種氣體組分組成，由于天然氣的成因以及其后經(jīng)歷的運移、成藏過程不同，不同氣藏的各組分所占比例不盡相同。天然氣中烴類組分一般以甲烷為主，重烴氣為次。重烴氣以C2H6。和C3H8。最為常見，C4一C7除正、異構(gòu)烷烴外，有時還有少到微量的環(huán)烷烴和芳香烴。在多數(shù)情況下，烴類含量隨碳數(shù)增加而減少，但在某些氣藏中可見C2H6、C3H8異常高值的現(xiàn)象。根據(jù)重烴氣含量的高和低，天然氣又可分為濕氣和干氣、富氣和貧氣。

天然氣物理性質(zhì)因各組分含量而不同，在地面標準狀態(tài)下，天然氣混合物的密度一般為0.7～0.75千克/立方米，隨重烴含量增多密度增大，但輕于空氣。某些油田伴生氣，其密度可達1.5千克/立方米，密度隨壓力增高而增大，隨溫度增高而變小。天然氣能溶于水和油，與石油具有互溶關(guān)系，溶解系數(shù)比水中的大。

常規(guī)天然氣的成藏特征常規(guī)天然氣主要發(fā)育在盆地的正向構(gòu)造單元，例如斷陷盆地大型構(gòu)造帶、克拉通盆地大型隆起等。成藏特征主要表現(xiàn)為：生氣層和儲氣層不是同一個層系；發(fā)生過一次運移、短距離初次運移或長距離運移；天然氣聚集在構(gòu)造高點，平面上呈孤立的單體式分布；或聚集于巖性圈閉、地層圈閉中．平面上呈較大規(guī)模的集群式分布。典型實例為塔里木盆地克拉2天然氣田。

我國常規(guī)天然氣資源分布我國天然氣資源總量豐富，國土資源部完成的全國油氣資源動態(tài)評價(2012)結(jié)果顯示，全國天然氣地質(zhì)資源量為62.14萬億立方米、可采資源量為37.42萬億立方米。我國天然氣資源主要分布在塔里木、四川、鄂爾多斯、東海、柴達木等大型盆地中。

我國天然氣勘探尚處于早期，近年來得到了快速發(fā)展，天然氣產(chǎn)量增長迅速，由2001年的303億立方米增長到2013年的1166億立方米(如下圖所示)。有關(guān)研究結(jié)果顯示，我國天然氣產(chǎn)量2020年將達2000億立方米，2025年左右天然氣產(chǎn)量可與石油形成“二分天下”的局面。2

天然氣勘探技術(shù)方法常規(guī)天然氣的勘探和石油勘探是密不可分的，兩者用到的勘探技術(shù)方法基本相同。天然氣勘探是指為了識別勘探區(qū)域或探明天然氣儲量而進行的地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探、鉆探活動以及其他相關(guān)的活動，其目的是為了尋找和查明天然氣資源，利用各種勘探手段了解地下的地質(zhì)狀況，認識生氣、儲氣、運移、聚集、保存等條件，綜合評價含氣遠景，確定天然氣聚集的有利地區(qū)，找到儲氣的圈閉，并探明氣田面積，搞清氣層情況和產(chǎn)出能力的過程。

地震勘探地震勘探是天然氣勘探中一種廣泛應(yīng)用的最重要的方法。它的原理是由人工制造強烈的震動(一般是在地下不深處的爆炸)所引起的彈性波在巖石中傳播時產(chǎn)生的反射波或折射波，確定發(fā)生反射波或折射波的巖層界面的埋藏深度和形狀，認識地下地質(zhì)構(gòu)造，以尋找天然氣圈閉。

地震勘探方法是在地面上布置一條條的測線，沿各條測線進行地震施工采集地震信息，然后經(jīng)過計算機處理得出一張張地震剖面圖。一般情況下，經(jīng)過地質(zhì)解釋的地震剖面圖就像從地面向下切了一刀，在二維空間(長度和深度方向)上顯示了地下的地質(zhì)構(gòu)造隋況。

三維地震是在一定的面積上采集地下地震信息的方法，它可從三維空間(立體的)了解地下的地質(zhì)構(gòu)造情況。這種方法可以提供剖面的、平面的、立體的地下地質(zhì)構(gòu)造圖像，大大提高了地震勘探的精確度，應(yīng)用于地下地質(zhì)構(gòu)造復雜多變的地區(qū)特別有效。3

鉆井在地質(zhì)工作中，利用鉆探設(shè)備向地下鉆成直徑較小、深度較大的柱狀圓孔。鉆井直徑和深度大小取決于鉆探目的，普查、詳查、開發(fā)評價等階段因需要不同，鉆井的深度等要求有一定的差別。天然氣勘探中，鉆井的功用主要為獲取地下實物資料，即從鉆井中采取巖心、礦心、巖屑、液態(tài)樣、氣態(tài)樣等。

測井地球物理測井簡稱測井，是在鉆孑L中使用測量電、聲、熱、放射性等物理性質(zhì)的儀器，以辨別地下巖石和流體性質(zhì)的方法，是勘探和開發(fā)天然氣田的重要手段。

天然氣開采技術(shù)方法常規(guī)天然氣開發(fā)是根據(jù)天然氣藏的特點，選取合理的開發(fā)方式，按照確定的產(chǎn)能目標建設(shè)天然氣田。一般先依靠氣層自身能量進行開采；當天然能量不足時，再通過人工向氣層注水、注氣或注其他溶劑，通過保持氣層壓力進行開采。針對不同天然氣藏的類型和特點，關(guān)鍵在于最大限度地提高天然氣藏的采收率。

由于天然氣密度小，為0.7～0.8千克/立方米，井筒氣柱對井底的壓力?。惶烊粴怵ざ刃?，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得多。

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程，水體的彈性能量會驅(qū)使水沿高滲透帶竄人氣藏。在這種情況下，由于巖石本身的親水性和毛細管壓力的作用，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)量可高達巖石孔隙體積的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，氣液兩相沿井柱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，直至井底嚴重積水而停產(chǎn)。目前治理氣藏水患主要從兩方面人手，一是排水，二是堵水。堵水就是采用機械卡堵、化學封堵等方法將產(chǎn)氣層和產(chǎn)水層分隔開或是在氣藏內(nèi)建立阻水屏障。目前排水辦法較多，主要原理是排除井簡積水，專業(yè)術(shù)語叫排水采氣法。

與石油開采一樣，天然氣行業(yè)是為國民經(jīng)濟提供重要能源的礦產(chǎn)采掘行業(yè)，生產(chǎn)對象是不可再生的天然氣資源，生產(chǎn)活動所依賴的主要是埋藏于地下的天然氣儲量，其生產(chǎn)過程包括礦業(yè)區(qū)權(quán)益的獲取，天然氣勘探、天然氣開發(fā)和天然氣生產(chǎn)等內(nèi)容?；谄涮厥獾纳a(chǎn)過程，天然氣的開采具有高投入、高風險、投入回收期長等特點。