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“气”从何处来

2020-10-29 8:22:41 来源:中国矿业报 作者:张鹏辉 何大双 何梅兴

天然气是现代能源体系中最清洁的化石能源,燃烧后只产生二氧化碳和水,具有热值高、效能高、洁净、绿色、低污染等特点,被广泛用于包括但不限于工业燃料、城镇燃气、发电用气和化工用气等领域,与我们的日常生活息息相关。那么,天然气是什么?它从哪里来?

从常规到非常规

天然气一般是指天然蕴藏于地下岩层中的气体,其主要成分为烃类气体,其中甲烷占绝大多数,另有少量乙烷、丙烷和丁烷,还包括硫化氢、二氧化碳、氮气等非烃类气体和少量一氧化碳及微量的稀有气体,能够在地壳上部聚集成藏或者被工业开发的烃类气体是油气公司和石油地质学家主要关注的对象。天然气种类繁多,类型多样;按照开采的技术难度可将天然气划分为常规天然气和非常规天然气。

常规天然气即由常规油气藏开发出的天然气,开采难度及开采成本最低;非常规天然气即除了常规天然气以外的、主要成分也为甲烷但开采难度较高的天然气,主要包括煤层气、页岩气、天然气水合物等。与常规天然气相比,包括页岩气等在内的非常规天然气资源储量更高,勘探开发潜力巨大,且非常规天然气具有低碳、洁净、绿色、低污染的特性,开发利用技术也日趋成熟,是我国新能源发展的重要方向。随着世界油气工业勘探开发领域从常规油气向非常规油气延伸,非常规天然气的开发利用将成为未来油气领域的重要补充。

从固态到气态

天然气和石油一样,都是重要的燃料和化工原料。它们一个是气体,一个是液体,人们将之统称为“油气”。天然气和石油常常埋藏在一起,气轻在上面,油重在下面,这种天然气为“油田伴生天然气”;当然,天然气也可以单独生存,称之为“天然气田”。石油和天然气的形成是生物有机质经过数百万年复杂分解过程的结果。在地球不断演化的漫长历史进程中,大量植物和动物死亡后,其遗骸被层层泥沙掩埋,经过漫长的地质年代,地层内形成高温和高压,使得生物遗骸有机质逐渐转化及变质裂解形成了石油或天然气,即石油和天然气是古代有机物通过漫长的压缩和加热后逐渐形成。

石油主要形成于有机质演化中晚期即深层作用阶段,天然气的形成则贯穿于整个有机质演化过程,早期埋藏浅、演化程度低,天然气主要为沉积有机质经微生物的群体发酵和合成作用形成的生物成因气;随着演化程度增加,有机质在热解和变质作用过程中形成以甲烷为主的天然气。各种类型的有机质都可以形成天然气,其中腐泥型有机质(主要为海洋或湖泊环境中的浮游藻类及其它低等生物)既 产生油又产生气,腐殖型有机质(主要为陆生高等植物)主要生成气态烃。

从地下到地上

天然气一般埋藏在地下数百到数千米不等。地下的天然气,在高温高压的作用下,其形态有些是溶于原油里,有些储存于油气藏的顶部,还有些地层中只有天然气没有石油。随着压力的降低溶于原油里的天然气也将逐步分离出来变成气体。常规天然气一般储集在地下砂岩孔隙、裂隙中,非常规天然气则储集在页岩、泥岩、致密砂岩等致密岩层的孔隙中。

地壳中石油和天然气在各种天然因素作用下会发生运移和扩散。油、气在生油层中形成时,呈分散状态分布;由于地层深部的高压和来自地心的高温以及流体自身的重力作用,促使油气在地层中移动;在移动过程中,油气遇到不渗透地层、褶曲、断层等地质构造的阻挡,逐渐聚集起来形成油气藏。油气藏(储集层)中油、气、水按比重分异现象,即顶部聚气,中部是油,底部是水,这也是油气运移的结果。通常在地表发现的油气苗,就是地下石油和天然气通过一定的通道(例如断裂、不整合面等)向上运移的结果。

石油与天然气勘探的目的是为了找到石油和天然气,油气田开发是采用各种技术手段,把石油和天然气从地层的束缚中解脱出来。成功的油气开发是利用最少的成本得到最多的石油和天然气。油气藏的开发,就是人工从地面钻井,打开通向地下油气藏的通道,让石油和天然气在压差的作用下,穿过打开的通道从地下来到地上。

从油田到厨房

中国石油天然气股份有限公司第四次油气资源评价,显示我国常规天然气地质资源量为78×1012立方米。常规天然气产地比较集中,主要分布在中西部地区和南部海域,包括中西部地区的四川、鄂尔多斯和塔里木等盆地以及莺歌海等海域盆地。非常规天然气资源分布则相对广泛,在南方扬子地区有大片的页岩气产地,在中部、西部等含煤盆地中煤层气产业正在冉冉升起,东部致密气藏产量喜人,南海海域的天然气水合物试采方兴未艾。

天然气经过合理开发采集到地面上之后,经过一系列的天然气集输程序,最终得到符合质量标准的天然气产品。气田集输系统的工作即收集天然气,并经过降压、分离、净化使天然气达到管输要求的条件。处理净化后的天然气就在长长的连绵不断的管网中流动,经过铁路、公路、河流、沟谷时,有穿越和跨越工程,这些管网大都是由钢铁建造。最终通过较细的管道输送到用户家里,家庭厨房中所用的液化天然气就是这样来的。

从国外到国内

我国天然气地质资源量虽然体量较大,且由于复杂的地质构造条件,勘探开发的难度较大,但整体探明率并不高;我国的人均天然气探明剩余可采储量为0.44万立方米/人,全球排名仅第38位。目前,我国天然气消费的对外依存度高居不少,是全球第一大天然气进口国,2018年国产气仅占56.3%,其余均需要从国外运到国内。

目前,我国天然气的进口国包括土库曼斯坦、澳大利亚、卡塔尔、马拉西亚、印度尼西亚、乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦等国家,其中前3个国家合计占我国天然气进口总量一半以上。在运输方式方面,主要通过管道运输(PNG)、液化天然气运输(LNG)、压缩天然气运输(CNG)等,前两者是现今最主要的运输途径,PNG主要来自土库曼斯坦,LNG主要来自澳大利亚和卡塔尔。此外,我国正在积极扩大长输管线配套保障能力,未来我国的天然气资源来源选择将形成了中亚ABC线、中缅输气管道、中俄天然气管道东线以及沿海多座LNG接收站等四大进口通道。

从现在到未来

生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计,能源结构的改善是推进生态文明建设、绿色发展的重要抓手。发展清洁能源则是改善能源结构的重要任务,当然要改变我国能源结构中煤炭、石油等传统能源的占比是一个长期的过程,现阶段提高天然气在化石能源消费中的使用比重是重要途径之一。

近年来,随着勘探开发技术的突破,能源消费“气化”的趋势日渐显现,对于我国高达22万亿立方米的常规天然气可采资源量及不到25%的探明率来讲,具有较好的开发利用潜力;2019年,天然气探明地质储量超过1000亿立方米的渤中19-6大型太古界低潜山圈闭群的成功发现,进一步拓展了我国富油型盆地的天然气勘探。此外,丰富的页岩气、煤层气、致密气等非常规天然气的开发利用已趋于成熟,海域天然气水合物试采成功将加速该新矿种的商业化利用。随着技术的创新和发展,不久的未来,天然气占一次性能源消费的比重将越来越大,为“2035年生态环境根本好转,美丽中国目标基本实现”这一目标的实现提供重要支撑。

(作者单位:中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所)

网站编辑:宫莉

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