碳中和目标下中国天然气工业进展、挑战及对策

天然气在21世纪中叶将迈入“鼎盛期”,“天然气时代”正在到来。回顾全球天然气工业历程,梳理美国页岩革命启示,总结中国天然气发展历史与成果进展,分析天然气在能源绿色低碳转型中的地位与挑战,提出当前和未来中国天然气工业的发展对策。中国天然气工业经历了起步、增长、跨越3个发展阶段,已成为世界第4大天然气生产国与第3大消费国;天然气勘探开发理论技术取得重大成就,为储量产量规模增长提供了重要支撑。碳中和目标下,推动绿色可持续发展,天然气工业发展挑战与机遇并存。天然气低碳优势显著,“气电调峰”助力新能源发展;同时,开采难度与成本加大等问题更突出。为保障国家能源安全,实现经济社会与生态环境和谐共生,碳中和进程中,立足“统筹布局、科技创新;多能互补、多元融合;灵活高效、优化升级”,完善产供储销体系建设,加速推动天然气工业发展:①加大天然气勘探开发力度,规划部署重点勘探开发领域,突破关键理论,强化技术攻关,持续支撑增储上产;②推进天然气绿色创新发展,突破新技术,拓展新领域,融合新能源;③优化天然气供需转型升级,加大管道气、液化天然气布局和地下储气库建设,建立储备体系,提升应急调节能力和天然气一次能源消费比例,助力能源消费结构转型,实现资源利用低碳化、能源消费清洁化。

浅议天然气、煤层气、页岩气成藏特征及勘探开发

煤层气和页岩气是非常重要的非常规天然气藏。天然气、煤层气、页岩气三者在成藏特征、成藏机理和勘探开发上既有相似性又有差异性。对比分析表明,常规天然气藏需要有生、储、盖的合理组合,勘探开发技术成熟,工艺较简单,生产周期一般较段;煤层气、页岩气气藏表现为自生、自储、自保的特征,煤层气藏为吸附成藏机理,页岩气藏自身构成了从吸附聚集、膨胀造隙富集到活塞式推进或置换式运移的机理。煤层气勘探开发较常规页岩气复杂,初期产量低,但生产周期长;页岩气主要采用水平井和压裂技术开采,开采周期最长。

完善政策法规 促进中国非常规天然气发展——“2011年中国页岩气/煤层气国际研讨会”综述

美国页岩气的成功开发为全球非常规天然气的开发树立了典范。"2011年中国页岩气/煤层气国际研讨会"探讨了中国非常规天然气的开发利用、政策导向和市场前景,为完善非常规天然气产业的政策法规和制度提出了建设性的建议。

天然气、煤层气、页岩气成藏特征及成藏机理对比

煤层气和页岩气是非常规天然气藏的重要类型,对比分析表明,常规天然气藏需要有生、储、盖的合理组合,煤层气、页岩气气藏表现为自生、自储、自保的特征,煤层气藏为吸附成藏机理,页岩气藏自身构成了从吸附聚集、膨胀造隙富集到活塞式推进或置换式运移的机理序列。

吸附态轻烃气相色谱分析方法及其在天然气水合物测定中的应用

建立了毛细管柱气相色谱测定土壤中吸附态轻烃(酸解烃、顶空气轻烃)的方法,采用适于批量处理的酸解烃样品制备和通过振荡、加热达到解吸平衡的顶空气样品制备的前处理方法,在优化的仪器条件下,对天然气水合物区土壤中吸附态轻烃进行检测。顶空气轻烃的方法检出限为0.018×10-6(以甲烷计算),精密度为6.6%(甲烷)～16%(异丁烷);酸解烃的方法检出限为0.016μL/kg(以甲烷计算),精密度为2.2%(甲烷)～19%(正戊烷)。该方法应用于大批量实际样品分析中,效果良好。

提高天然气轻烃回收装置C_3^+收率的方案比选——以中坝气田为例

中国石油西南油气田公司川西北矿区江油轻烃厂回收装置采用透平膨胀机单机膨胀制冷工艺,回收中坝气田天然气中C_3以上组分,因仅配备了排气量为(16~17)×10~4m^3/d的低压气增压机组,在目前天然气处理量为40×10~4m^3/d、高压原料气量最低时仅有17×10~4m^3/d、原料气压力由3.65 MPa降到2.80 MPa左右的情况下,出现了透平膨胀机的膨胀比和冷凝效率降低、低温制冷系统冷量不足、液烃产品产量和C_3^+收率下降等问题,同时,也直接影响着装置的安全、平稳运行。为了提高回收装置的C_3^+收率,提出了4种工艺改造方案:①残余气循环工艺(RSV);②直接换热工艺(DHX);③原料气增压的单级膨胀(ISS)工艺;④原料气增压+DHX工艺。对比上述4种方案的轻烃收率、能耗和经济性后认为:上述第三种方案,即原料气增压的单级膨胀工艺静态投资回收期较短(0.74年),C_3收率为89.43%、液化气产量为19.04 t/d,分别较原工艺提高了46.32%和42.94%,同时其单位能耗较低,具有更好的经济效益,适合于该装置的工艺改造。

浅论天然气轻烃回收工艺的选择

主要针对天然气轻烃回收工艺中的关键技术,即脱水及制冷工艺的种类及选择原则,进行了简明的阐述。通过对多种工艺进行工艺特点和应用情况分析知,对于采用体积工艺,应根据具体情况进行分析和综合比较后进行选择。

在线富集-气相色谱法分析天然气中痕量轻烃

建立了高演化天然气在线富集-气相色谱分析方法,将干燥系数大于0.95的高演化天然气流经自行研制的富集反吹装置,痕量轻烃组分在富集管中冷冻液化并富集,对未液化的组分进行反吹,通过加热富集管使已液化的轻烃组分气化并进入色谱仪进行检测。分析结果表明,化合物的分析范围明显扩大,甲烷溶剂效应降低,达到对C10之前轻烃指纹进行分析的目的;对普光7井天然气样品进行3次重复性实验,所得甲基环己烷指数、正庚烷值、异庚烷值、Mango K1指数的实测最大重复性(r值)为0.22、0.23、0.02、0.00,分别小于国家标准要求的0.82、0.75、0.11、0.04,方法稳定可靠。通过本方法得到的轻烃参数可有效地应用于天然气成因类型、热演化程度探讨中。

多维气相色谱法分析天然气组成与轻烃

本文研究了一种用Agilent 6890N气相色谱仪来分析天然气组成和天然气轻烃的方法。利用4个转换阀将3个定量管、4根微填充柱和1根毛细管柱联接到1台色谱仪中,由色谱工作站控制。通过转换阀的自动切换,实现由一台色谱仪完成天然气轻烃和组分的分析工作。经验证,利用该方法所得的分析结果重复性好,准确度高,整个系统具有操作简便,省时等特点。

美国非常规天然气年产量达8.6万亿ft3,占美国天然气总产量的43%——目前，美国天然气钻井总数的2/3是针对致密气藏、煤层气藏和页岩气藏

专门从事非常规气研究和咨询的美国先进资源国际套司（ARI）2007年7月发表文章，评述过去10年非常规气已发展成为美国天然气工业的支柱，并成为生产商和石油公司的核心业务，但未来10年将面，临技术发展迟缓、成本与风险加大的挑战。

深层—超深层天然气勘探研究进展与展望

从全球油气勘探发展趋势来看,深层—超深层天然气勘探已经成为化石能源勘探未来的主战场。不仅常规碳酸盐岩和碎屑岩领域,非常规的页岩气和煤层气等领域也进入深层—超深层勘探阶段。前期,我国在深层天然气勘探中形成了一批具有开创性的理论和技术,指导了很多具有战略意义的商业发现,提升了我国能源的保障能力。但同时在面向更深层的勘探目标时,还面临着新的地质、工程等方面的挑战,还有很多世界级难题需要攻关。本文系统回顾了近年来,我国在深层—超深层碳酸盐岩、碎屑岩、页岩气、煤层气等领域勘探中取得的成就,重点总结了深层—超深层不同领域天然气成藏条件与主控因素的研究进展,从资源评价、储层发育与保持机理、油气成藏与富集规律、地球物理和工程技术等方面,提出了深层—超深层天然气勘探面临的主要问题与发展建议,以期能为加快我国深层—超深层天然气勘探提供参考。

川西坳陷叠覆型油气区天然气地球化学特征与成因机制

川西坳陷陆相领域气藏分布具有叠合性和广覆性特点,天然气地球化学特征差异明显。基于川西坳陷上三叠统须家河组及侏罗系沙溪庙组、遂宁组、蓬莱镇组1052个天然气样品,研究天然气组分、天然气轻烃和碳同位素组成,明确天然气地球化学特征分布规律,分析气源对比和运移条件,揭示川西坳陷叠覆型油气区复杂天然气藏成因机制。结果表明:川西坳陷叠覆型油气区天然气成分以甲烷为主,质量分数为65.36%~98.47%,甲烷碳同位素(δ13C 1)分布在-39.41‰~-27.10‰之间。由深层上三叠统须家河组二段(须二段)、须家河组四段(须四段)向须家河组五段(须五段),天然气甲烷质量分数降低,甲烷碳同位素减轻;自须五段向中浅层侏罗系天然气甲烷质量分数逐渐升高,甲烷碳同位素逐渐增重。研究区主要为热解成因气,其中深层须四段、须五段和中浅层侏罗系天然气为煤型气,深层须二段天然气是煤型气和油型气的混合类型。中浅层天然气主要来自须五段和须四段,下侏罗统在部分地区有贡献,在马井—什邡地区受断层沟通作用影响,须三段也有一定贡献。须四段和须二段天然气主要来自须三段、马鞍塘组和小塘子组。须五段天然气主要为自源形成。天然气地球化学特征的差异主要受母质来源和母质成熟度差异、同一气源运移过程中分馏效应及天然气藏属性差异等影响。该结果为川西坳陷叠覆型油气区致密砂岩气成藏勘探部署提供指导。

茂名油页岩裂解气轻烃组成和热演化特征

本文通过对茂名油页岩模拟实验裂解气轻烃的研究,发现裂解气中的轻烃和沉积物中的轻烃较为相似。随热演化程度的增加,C_1含量逐渐减少。相对于正构烷烃的含量,异构烷烃的含量逐渐减少。在较高的成熟度阶段,正构烷烃表现为nC_7>nC_6>nC_5≈nC_4。这代表了一种富氢母源形成轻烃的特征。此外,本文对iC_4/nC_4,iC_5/nC_5指标也进行了讨论。

《四川盆地下组合天然气的成藏过程和机理》《四川盆地及周缘下古生界富有机质黑色页岩——从优质烃源岩到页岩气产层》简介

由刘树根、马永生、王国芝、蔡勋育、徐国盛、孙玮等11位学者合著的《四川盆地下组合天然气的成藏过程和机理》，由刘树根、冉波、郭彤楼、王世谦、胡钦红、罗超等17位学者合著的《四川盆地及周缘下古生界富有机质黑色页岩从优质烃源岩到页岩气产层》2部专著，最近由科学出版社出版发行。

美国煤层气和页岩气勘探开发现状及对我国的启示

作为常规化石能源的最有效补充,非常规天然气因资源量巨大,在全世界已受到广泛重视。美国因其先进的技术和较成熟的地质理论,已对煤层气和页岩气两种非常规天然气实现了商业性开采,并走在了当今世界前列。文章从煤层气和页岩气的概念和特征、美国的地质认识进展、勘探开发现状、评价内容等方面进行了综述,以期对加快我国非常规天然气的勘探开发有所启示。并认为,当前我国煤层气和页岩气应重视以下三方面的工作:充分认识其战略地位和重大研究意义;着力解决当前阶段的关键地质和技术问题;深入研究现实国情下的勘探开发和管理政策。

我国出台页岩气和煤层气产业政策,助推非常规气健康发展

北美“页岩气革命”带动了全球页岩气以及非常规天然气产业的快速发展,包括中国在内的多个天然气生产国都将非常规天然气的发展放在了重要的位置.2013年,我国在页岩气和煤层气产业领域发布了一些重要政策,对推进非常规天然气的勘探开发与利用、调整能源消费结构、保障国家能源安全将起到积极的作用.

页岩气/煤层气运移过程中的同位素分馏研究进展

从同位素分馏特征与影响因素、分馏机理与定量表征模型和地质应用等3方面对页岩气/煤层气运移过程中的同位素分馏研究进展进行综述。研究发现,页岩气/煤层气完整产出过程中的同位素分馏表现为“稳定—变轻—变重—再变轻”的4阶段特征,这与页岩/煤层孔隙内复杂的气体运移方式密切相关。页岩/煤层内气体运移机制包括渗流、扩散和吸附/解吸,其中压差驱动的体相渗流基本不产生同位素分馏,而扩散和吸附/解吸过程中的同位素分馏显著。现有的同位素分馏模型包括纯扩散分馏模型、扩散、吸附/解吸耦合模型和多尺度多机制耦合模型,模型计算结果表明,天然气运移过程中的同位素分馏主要受控于岩石孔隙结构、吸附能力和初始/边界条件。目前,同位素分馏模型已成功应用于评价页岩/煤岩原位含气量和吸附气/游离气比例等关键参数,同时在气井生产状态判识和产能变化趋势预测等方面展现出一定的应用前景。下一步研究应重点关注:①天然气运移过程不同组分碳、氢同位素组成的协同演化规律;②生—排—运—聚—散全过程同位素分馏的整体表征;③复杂孔-裂隙系统内天然气运移过程同位素分馏的定量表征及应用。

四川盆地页岩气与煤层气勘探前景分析

页岩气与煤层气是非常规气勘探的重要领域,国外早已进入实质性商业勘探开发。我国从本世纪初对页岩气关注渐增。页岩气以吸附、溶解、游离状态存在,形成于暗色高炭泥质烃源岩中。该文根据四川盆地烃源岩研究成果,论证了上二叠统龙潭组煤系利于煤层气成藏,有利区块位于华蓥山及其东南侧与南端地带。该地带以烟煤为主,瓦斯含量高、埋藏浅。上三叠统须家河组煤系,煤岩瓦斯含量低,有利页岩气成藏。有利区块有二:一是川西南威远背斜周缘及川南之北段区块;二是米仓山前缘,目的层埋藏较浅。油系泥质烃源岩有利页岩气成藏的层系是下侏罗统,有利区块位于川东北、川北有机质成熟度高的高陡构造翼部及盆地边缘浅埋带。下志留统龙马溪组、下寒武统筇竹寺组暗色泥质烃源岩,在盆地内早期有利页岩气成藏。现今因成熟度剧增,不利页岩气保存,而且目的层埋深大,可在老气田"立体勘探"时关注。但在大巴山靠盆地一侧,江南古陆西北缘,其有机质成熟度有降低的趋势,不失为页岩气成藏的有利地带。

页岩气资源潜力及发展策略——世界油气工业发展正历经从常规油气向非常规油气转化的关键时期，页岩油气、煤层气、致密岩性油气等非常规油气资源正成为油气勘探开发的新目标

页岩气是指赋存于富有机质（泥）页岩中、以吸附及游离状态存在的天然气，与致密砂岩气、煤层气等同属于非常规天然气。21世纪以来，随着全球能源需求快速增长与勘探开发理论技术进步，页岩气得到有效开发利用，已经占据相当的产量份额，成为全球天然气资源多元化供给的重要组成部分。

主要能源消费国的非常规油气资源及其对天然气水合物的展望——考虑到页岩气所带来的天然气价格降低和政寤进口财政负担的减少各国有必要加大在非常规能源技术方面的投资

文章调研并总结了主要能源消费国美国、中国、印度和日本的非常规油气资源开发情况，讨论了其勘探和开发的方向：依赖于常规能源、煤层气、进口页岩气的中国、印度和日本很难实现能源自给，且中国和印度的页岩气资源还有待进一步评估；美国得益于其本土页岩资源和煤层气的商业化开采，有望在未来实现能源独立，同时由于天然气价格低廉、储量丰富，在短期内没有开采国内天然气水合物的需求：为降低能源对外依存度，印度和日本需要加大天然气水合物的开发力度；在全球范围内，考虑到页岩气革命所带来的天然气价格的降低和政府进口财政负担的减少，各国有必要加大在非常规能源技术方面的合理投资。