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天然气开采与综合利用NaturalGasExploitationandUtilizationTechnologiesSouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology第四章、天然气开采与加工工艺第一节、天然气的开采SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/33第一节、天然气的开采由于深埋于地壳中，天然气储集层的压力可能达到数十兆帕。从地质构造方面看，由于经过漫长的地质年代和地壳运动，形成不同的沉积物特征和环境，积累成不同的地层，产生各种地质构造形态，因而天然气的储集具有纷繁复杂的形态和环境。而且天然气的生产在很大程度上受到地下天然气渗流规律的控制。由此使得对天然气的勘探、开发和生产成为具有丰富内涵的工程技术。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/34第一节、天然气的开采1、气井井身结构与地面流程：气井生产系统由储层、举升油管、针形阀、地面集气管线、分离器等多个部件串连组成。天然气井的井身结构及其与地面主要设备之间的关系：SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/35SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/36第一节、天然气的开采2、气井的生产系统：气流从储层流到地面分离器一般要经历多个流动过程。不同的流动过程遵循不同的流动规律。气体的流动包括从气藏外边界到钻开的气层表面的多孔介质中的渗流，从射孔完井到井底的，并沿着管柱向上到达井口的垂直或倾斜管流，从井口经过集气管线到达分离器的水平或倾斜管流。由于流动规律不同，各个部分的压力损失不一样，而且与内部参数有关。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/37气井生产系统第二节、天然气的处理与加工工艺SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/39一、商品天然气的质量要求：天然气作为一种商品通过管道输送至用户，必须达到一定的质量指标以满足安全平稳输气和用户的要求。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/310一、商品天然气的质量要求：热值水露点烃露点硫含量（H2S）二氧化碳含量SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/311一、商品天然气的质量要求1、热值1.1什么是燃气的热值？燃气热值：是指单位体积的燃气完全燃烧所放出的热量，分为高热值（QH）和低热值（QL）两种，高低热值数字之差为燃烧产生的烟气中水蒸汽的气化潜热。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/312theheatvalueoftheNGmaincomponentsatthestandardconditionnameMolecularformulaHigeheatvalueMJ/Nm3HigeheatvalueMJ/kgLowheatvalueMJ/Nm3LowheatvalueMJ/kgmethaneCH439.84255.36735.90650.050ethaneC2H670.35151.90864.39747.515propaneC3H8101.26650.37693.24046.383SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/3131、热值华白数：是衡量燃气输给燃烧器热负荷大小的特性参数，是指控制燃具热负荷稳定状况的指标，也称热负荷指数，W=H/d0.5，W--华白数，H--燃气高热值，MJ/m3（kcal/m3）,d--燃气相对密度。（空气相对密度为１）。华泊指数是天然气的一个特性。它量化了热输入，并综合考虑了热值和天然气密度，是燃气互换性的一个判定指数。一般规定，在两种燃气互换时华白指数的允许变化不大于±5-10%SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/3141.2、天然气热值标准制定天然气质量标准，统一天然气热值标准是天然气工业发展的需要。1、热值SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/315thestandardindexoftheNGheatvalueintheworldcountryAmericaEnglandJapanHolandAustraliaGermanyCanadaHighHVMJ/m3kcal/m337.26890038.84~42.859276~1023546.051099935.17840041.45990030.2~47.27218~11274368598SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/316我国部分油、气田的天然气组分表mol分数，％组分四川卧龙河气田气大庆杏南伴生气华北任北伴生气新疆柯克亚凝析气华北苏桥凝析气大庆阿拉辛气田气陕西靖边气田气东海平湖凝析气C197.1468.2659.3774.6878.5891.3593.9581.70C20.4310.586.488.388.260.310.777.45C30.0311.2012.024.003.130.120.503.94C40.015.969.213.311.431.64C51.913.812.690.550.28C60.661.342.680.390.14C70.361.405.450.06CO21.460.204.580.261.410.224.703.86N20.730.551.793.990.808.000.77H2S0.20SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/317a、统一天然气热值标准是构建共同管网的需要随着天然气供气管网的延伸、扩大和发展，将出现小区联网到区域性联网，最后发展到全国联网，甚至跨国联网，全国天然气联网对各个来源的入网天然气必须有一个统一的标准，只有标准统一，才能保障管网中天然气的质量稳定性、可用性和安全性,适应网内所有用气设施要求，形成多气源、多产地、多销售商和多用户的质量保证体系。1.3、统一天然气热值标准的重要性SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/318b、统一天然气热值标准是规范燃气用具的依据根据天然气的热值标准设计与之相匹配的炉具，对规范燃具市场，保证质量是一个十分重要的问题。可以防止由于气种的改变，炉具产生脱火、回火、黄焰等现象，也不至因空气过剩而带走热量降低热效率或因空气不足造成燃烧不完全，使CO含量增加，造成中毒现象。单一热值标准的燃气具生产，有助于燃具厂家降低生产成本，有助于降低整个社会的产品维修服务成本，提高经济及社会效益。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/319c、统一天然气热值标准是一些特殊工业用户的需要一些特殊工业制品像电视机显像管及玻璃薄壳管的加工，对温度控制要求精度很高，要求燃气组分和热值相对平稳，只允许天然气热值在±100Kcal/m3范围内波动。波动过大，对产品质量会造成严重的影响。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/320d、统一天然气热值标准也是等热值交易的商业行为按科学的说法应该是一个兆焦多少钱更合理，而不是一立方米多少钱。新疆天然气热值9792Kcal/m3，与陕甘宁天然气8232Kcal/m3比相差1560Kcal/m3。热值差异太大的天然气不可能是同一个售价，香港中华煤气公司都是以家庭耗气定额为多少兆焦，年销售量则以百万兆焦计算。广东地区耗气定额为75万大卡/人.年，北京、天津为65万大卡/人.年，上海地区为70万大卡/人.年作为设计依据。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/321e、统一天然气标准热值是天然气置换的需要在现用的燃气有水煤气、半水煤气、焦炉煤气、油煤气、混空气、液化石油气、天然气，各种气体热值不一，相差较大，从半水煤气的2400大卡/米3到天然气的10000大卡/米3到液化石油气的24000大卡/米3，相差10倍之多。如何做好天然气的转换工作就需要有一个热值标准来规范管网和炉具以及具体的转换方法。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/3221.4、制定天然气质量标准的迫切性(1)西气东输管道气和沿海引进的LNG与城市燃气的可置换性问题(2)各进口LNG项目终端站和供气系统的设计(3)国内大小气田或油田伴生气田集输处理设施以及其集输管网与全国主干管网联结的规划和设计(4)天然气大用户的系统和设备的规划、设计与运营（5）中国天然气作为资源优化利用提出的要求SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/323一、商品天然气的质量要求：2、烃露点烃露点要求是用来防止在输气或配气管道中有液体烃析出。析出的液体烃聚集在管道低洼处，会减少管道流通面积。烃露点一般根据各国具体情况而定，有些国家规定了在一定压力下允许的天然气最高烃露点。例如：加拿大艾伯塔省规定在5.5MPa下的最高烃露点为-10℃。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/324一、商品天然气的质量要求：3、水露点水露点要求是用来防止在输气或配气管道中有液体烃析出。液态水的存在会加速天然气中酸性组分（H2S、CO2）对钢材的腐蚀，还会形成固态天然气水合物，堵塞管道和设备。水露点一般是根据各国具体情况而定。在我国，对管输天然气要求其水露点应比输气管道中其他可能达到的最低温度低5℃。也有国家是规定天然气中的水蒸汽含量，如加拿大艾伯塔省规定水蒸气含量不高于65mg/m3。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/3251、商品天然气的质量要求：4、硫含量硫含量要求主要是用来控制天然气中硫化物的腐蚀性和对大气的污染。5、CO2含量CO2也是天然气中的酸性组分，在有液态水存在时，对管道和设备也有腐蚀性。尤其当H2S、CO2与水同时存在时，对刚才的腐蚀更加严重。SouthChinaUniv