[科普中国]-常规天然气

介绍

从广义的定义上讲，天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、外圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。而油气领域长期以来通用的“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。

根据((石油天然气储量计算规范》(中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T0217—2005)，常规天然气(Gas)是指天然存在的烃类和非烃类气体以及各种元素的混合物，其在地层条件下呈气态或者溶解于油、水中，在地面标准条件下只呈气态。

烃类气体的主要成分为烷烃,其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。天然气具可燃性，在标准状态下甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以下为液体。甲烷是最短和最轻的烃分子。非烃类气体包括硫化氢、二氧化碳、氮、水气和少量一氧化碳以及微量的稀有气体(如氦和氩)等。

从地质角度上讲，常规天然气在烃源岩由有机质经生物化学作用、热催化作用或热裂解作用生成后，在浮力和流体压力的驱使下，经过一定距离的一次运移和二次运移在常规圈闭中聚集，形成常规天然气藏。常规天然气主要是以游离状态储集在储层中，所以气藏常位于构造的较高部位，受生、储、盖组合控制，成藏需要致密盖层和有效的圈闭条件。2

常规天然气与非常规的区别美国石油工程师学会(SPE)、石油评估工程师学会(SPEE)、美国石油地质学家协会(AAPG)和世界石油大会(WPC)2007年联合发布了非常规油气资源的定义：存在于大面积分布的油气聚集中的、不受水动力效应的明显影响的油气聚集。非常规天然气包括页岩气、煤层气、天然气水合物(可燃冰)等。

常规天然气与非常规天然气的区别主要表现在两个方面：一方面，常规天然气是存在于单个的天然气藏(圈闭)中，圈闭界限很明显；而非常规天然气是存在于大面积连续分布的储层中，圈闭界限不明显。另一方面，常规天然气可以通过传统技术获得有经济价值的自然工业产量；而非常规天然气是指用传统技术无法获得自然工业产量、需用新技术改善储层渗透率等才能实现经济开采。

我国常规天然气的资源特点常规天然气的物理化学特征天然气的化学组分可分为烃类气体与非烃气体两类：烃类气体主要指甲烷和重烃气(C2-4)；非烃气体常见的有CO2、N2、H2S、稀有气体等。自然界中绝大多数天然气都是由多种气体组分组成，由于天然气的成因以及其后经历的运移、成藏过程不同，不同气藏的各组分所占比例不尽相同。天然气中烃类组分一般以甲烷为主，重烃气为次。重烃气以C2H6。和C3H8。最为常见，C4一C7除正、异构烷烃外，有时还有少到微量的环烷烃和芳香烃。在多数情况下，烃类含量随碳数增加而减少，但在某些气藏中可见C2H6、C3H8异常高值的现象。根据重烃气含量的高和低，天然气又可分为湿气和干气、富气和贫气。

天然气物理性质因各组分含量而不同，在地面标准状态下，天然气混合物的密度一般为0.7～0.75千克/立方米，随重烃含量增多密度增大，但轻于空气。某些油田伴生气，其密度可达1.5千克/立方米，密度随压力增高而增大，随温度增高而变小。天然气能溶于水和油，与石油具有互溶关系，溶解系数比水中的大。

常规天然气的成藏特征常规天然气主要发育在盆地的正向构造单元，例如断陷盆地大型构造带、克拉通盆地大型隆起等。成藏特征主要表现为：生气层和储气层不是同一个层系；发生过一次运移、短距离初次运移或长距离运移；天然气聚集在构造高点，平面上呈孤立的单体式分布；或聚集于岩性圈闭、地层圈闭中．平面上呈较大规模的集群式分布。典型实例为塔里木盆地克拉2天然气田。

我国常规天然气资源分布我国天然气资源总量丰富，国土资源部完成的全国油气资源动态评价(2012)结果显示，全国天然气地质资源量为62.14万亿立方米、可采资源量为37.42万亿立方米。我国天然气资源主要分布在塔里木、四川、鄂尔多斯、东海、柴达木等大型盆地中。

我国天然气勘探尚处于早期，近年来得到了快速发展，天然气产量增长迅速，由2001年的303亿立方米增长到2013年的1166亿立方米(如下图所示)。有关研究结果显示，我国天然气产量2020年将达2000亿立方米，2025年左右天然气产量可与石油形成“二分天下”的局面。2

天然气勘探技术方法常规天然气的勘探和石油勘探是密不可分的，两者用到的勘探技术方法基本相同。天然气勘探是指为了识别勘探区域或探明天然气储量而进行的地质调查、地球物理勘探、钻探活动以及其他相关的活动，其目的是为了寻找和查明天然气资源，利用各种勘探手段了解地下的地质状况，认识生气、储气、运移、聚集、保存等条件，综合评价含气远景，确定天然气聚集的有利地区，找到储气的圈闭，并探明气田面积，搞清气层情况和产出能力的过程。

地震勘探地震勘探是天然气勘探中一种广泛应用的最重要的方法。它的原理是由人工制造强烈的震动(一般是在地下不深处的爆炸)所引起的弹性波在岩石中传播时产生的反射波或折射波，确定发生反射波或折射波的岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造，以寻找天然气圈闭。

地震勘探方法是在地面上布置一条条的测线，沿各条测线进行地震施工采集地震信息，然后经过计算机处理得出一张张地震剖面图。一般情况下，经过地质解释的地震剖面图就像从地面向下切了一刀，在二维空间(长度和深度方向)上显示了地下的地质构造隋况。

三维地震是在一定的面积上采集地下地震信息的方法，它可从三维空间(立体的)了解地下的地质构造情况。这种方法可以提供剖面的、平面的、立体的地下地质构造图像，大大提高了地震勘探的精确度，应用于地下地质构造复杂多变的地区特别有效。3

钻井在地质工作中，利用钻探设备向地下钻成直径较小、深度较大的柱状圆孔。钻井直径和深度大小取决于钻探目的，普查、详查、开发评价等阶段因需要不同，钻井的深度等要求有一定的差别。天然气勘探中，钻井的功用主要为获取地下实物资料，即从钻井中采取岩心、矿心、岩屑、液态样、气态样等。

测井地球物理测井简称测井，是在钻孑L中使用测量电、声、热、放射性等物理性质的仪器，以辨别地下岩石和流体性质的方法，是勘探和开发天然气田的重要手段。

天然气开采技术方法常规天然气开发是根据天然气藏的特点，选取合理的开发方式，按照确定的产能目标建设天然气田。一般先依靠气层自身能量进行开采；当天然能量不足时，再通过人工向气层注水、注气或注其他溶剂，通过保持气层压力进行开采。针对不同天然气藏的类型和特点，关键在于最大限度地提高天然气藏的采收率。

由于天然气密度小，为0.7～0.8千克/立方米，井筒气柱对井底的压力小；天然气黏度小，在地层和管道中的流动阻力也小；又由于膨胀系数大，其弹性能量也大。因此天然气开采时一般采用自喷方式。这和自喷采油方式基本一样。不过，因为气井压力一般较高，加上天然气属于易燃易爆气体，对采气井口装置的承压能力和密封性能比对采油井口装置的要求要高得多。

天然气开采也有其自身特点。首先，天然气和原油一样与底水或边水常常是一个储藏体系。伴随天然气的开采进程，水体的弹性能量会驱使水沿高渗透带窜人气藏。在这种情况下，由于岩石本身的亲水性和毛细管压力的作用，水的侵入不是有效地驱替气体，而是封闭缝洞或空隙中未排出的气体，形成死气区。这部分被圈闭在水侵带的高压气，数量可高达岩石孔隙体积的30%～50%，从而大大地降低了气藏的最终采收率。其次，气井产水后，气流入井底的渗流阻力会增加，气液两相沿井柱向上的管流总能量消耗将显著增大。随着水侵影响的日益加剧，气藏的采气速度下降，气井的自喷能力减弱，单井产量迅速递减，直至井底严重积水而停产。目前治理气藏水患主要从两方面人手，一是排水，二是堵水。堵水就是采用机械卡堵、化学封堵等方法将产气层和产水层分隔开或是在气藏内建立阻水屏障。目前排水办法较多，主要原理是排除井简积水，专业术语叫排水采气法。

与石油开采一样，天然气行业是为国民经济提供重要能源的矿产采掘行业，生产对象是不可再生的天然气资源，生产活动所依赖的主要是埋藏于地下的天然气储量，其生产过程包括矿业区权益的获取，天然气勘探、天然气开发和天然气生产等内容。基于其特殊的生产过程，天然气的开采具有高投入、高风险、投入回收期长等特点。