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《高等学校教材·中国石油大学(华东)规划教材:天然气开采工程基础》以油藏工程和采油工程的知识背景为基础,以天然气开采工艺过程为主线,系统地介绍了天然气开采工程的基本原理、工艺技术和设计计算方法。全书共分8章,内容包括:天然气基础知识、气井完井、气井产能分析、气井生产系统分析、排水采气工艺、气井井场工艺、气井增产措施和采气工程方案设计等。授课教师使用时可根据教学的具体要求进行取舍。
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天然气基础知识
第 1 页 共 11 页 天然气基础知识 第一部分 天 然 气 基 本 性 质 一、概述 天然气是从地下开采出来的一种可燃性气体 ,它是埋藏在地壳下面的生 物有机体 ,经过漫长的地质年代和复杂的转化过程而形成的。 我国利用天然气有着悠久的历史,它是气体燃料中出类拔萃的新秀,具 有清洁、无毒、热值高、使用调节方便等优点,广泛用于各行各业,如熬盐、 化工、化肥、冶炼、碳黑生产, CNG汽车和城市民用等。 随着城市建设发展,城市天然气事业迅速壮大,公用、民用气用户大量 增加,为减轻环境污染,天然气在各行各业不断受到重视,它是二十一世纪 一种清洁、高效、优质的环保能源。 二、天然气的种类 1、气田气 热值一般为 34.69MJ/Nm3(8300KCAL/Nm3) 2、油田伴生气 热值一般为 45.47MJ/Nm3(10878KCAL/Nm3) 3、凝析气田气 热值一般为 48.36MJ/Nm3(1
天然气基础知识题库
1 管道标准化的内容:有管道附件、管子的直径、连接尺寸、结构尺寸、以及压力的标准。 天然气知识题库 一、天然气基础知识 1. 天然气在常压下的液化温度为 -162℃ 。 2. 燃烧三要素包括可燃物、助燃物和着火点。 3. 目前国内天然气计量单位均采用 Nm3。精品文档,超值下载 4.天然气是指从自然界中开采出来的,以碳氢化合物为主要成分的可燃气体混合物。 5.天然气的热值为 3.5×107J/m3。 6. 大多数天然气中,甲烷的含量是 70%-90%。 7.天然气中的硫化氢是一种比空气重,可燃、有毒,有臭鸭蛋气味的气体。 8.天然气比液化石油气安全,主要是因为天然气密度比空气小、爆炸极限下限较高。 9.液化石油气的爆炸极限是 1.5-9.5% 。 10.溶解气体是指在一定压力下,溶解于气瓶内溶剂中的气体。 11.燃烧和爆炸本质上都是可燃物质的氧化反应。 12.乙炔瓶、氧气瓶距离火源的距离
天然气也同原油一样埋藏在地下封闭的地质构造之中,有些和原油储藏在同一层位,有些单独存在。对于和原油储藏在同一层位的天然气,会伴随原油一起开采出来。
对于只有单相气存在的,我们称之为气藏,其开采方法既与原油的开采方法十分相似,又有其特殊的地方。由于天然气密度小,为0.75~0.8千克/立方米,井筒气柱对井底的压力小;天然气粘度小,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的多。
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入气藏。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,而是封闭缝缝洞洞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,数量可以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,气液两相沿油井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。治理气藏水患主要从两方面入手,一是排水,一是堵水。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油藏内建立阻水屏障。
办法较多,主要原理是排除井筒积水,专业术语叫排水采气法。小油管排水采气法是利用在一定的产气量下,油管直径越小,则气流速度越大,携液能力越强的原理,如果油管直径选择合理,就不会形成井底积水。这种方法适应于产水初期,地层压力高,产水量较少的气井。
泡沫排水采气方法就是将发泡剂通过油管或套管加入井中,发泡剂溶入井底积水与水作用形成气泡,不但可以降低积液相对密度,还能将地层中产出的水随气流带出地面。这种方法适应于地层压力高,产水量相对较少的气井。
柱塞气举排水采气方法就是在油管内下入一个柱塞。下入时柱塞中的流道处于打开状态,柱塞在其自重的作用下向下运动。当到达油管底部时柱塞中的流道自动关闭,由于作用在柱塞底部的压力大于作用在其顶部的压力,柱塞开始向上运动并将柱塞以上的积水排到地面。当其到达油管顶部时柱塞中的流道又被自动打开,又转为向下运动。通过柱塞的往复运动,就可不断将积液排出。这种方法适用于地层压力比较充足,产水量又较大的气井。
深井泵排水采气方法是利用下入井中的深井泵、抽油杆和地面抽油机,通过油管抽水,套管采气的方式控制井底压力。这种方法适用于地层压力较低的气井,特别是产水气井的中后期开采,但是运行费用相对较高。
中国是世界上最早开发和利用天然气的国家。据记载,宋代开始较大规模地开发和利用天然气。明清时期,天然气的开发和利用已颇具规模。位于四川自贡市、富顺县和荣县境内的自流井气田,史称自流井场,是当时世界上最大的天然气田 。
世界上有天然气田26,000个,探明储量142万亿立方米,最大的气田是俄罗斯的乌连戈伊气田,储量为8.1万亿立方米。第二号大气田是亚姆堡,储量4.76万亿立方米,它们都分布在西西伯利亚盆地。该盆地储量超过l万亿立方米的超巨型气田有8个,其中包括世界上排前四位的四个储量最大的气田,所以说,西西伯利亚盆地是世界上天然气富集程度最高的盆地。
据美国能源信息署(EIA)网站的最新数据显示,截止2010年1月1日,全球探明天然气储量大国分别为:俄罗斯(1690万亿立方英尺);伊朗(1045.7万亿立方英尺);卡塔尔(899.3万亿立方英尺);沙特阿拉伯(263万亿立方英尺);美国(244.7万亿立方英尺);阿联酋(214.4万亿立方英尺);尼日利亚(185.3万亿立方英尺);委内瑞拉(176万亿立方英尺);阿尔及利亚(159万亿立方英尺)。
(1) 热激发开采法 热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热,使天然气水合物层的温度超过其平衡温度,从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程。热激发开采法可实现循环注热,且作用方式较快。加热方式的不断改进,促进了热激发开采法的发展。但这种方法尚未很好地解决热利用效率较低的问题,而且只能进行局部加热,因此该方法尚有待进一步完善。
(2) 减压开采法 减压开采法是一种通过降低压力促使天然气水合物分解的开采方法。减压途径主要有两种: ①采用低密度泥浆钻井达到减压目的;②当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时,通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力。减压开采法不需要连续激发,成本较低,适合大面积开采,尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采,是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。但它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求,只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时,减压开采法才具有经济可行性。
(3) 化学试剂注入开采法 化学试剂注入开采法通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂,如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等,破坏天然气水合物藏的相平衡条件,促使天然气水合物分解。这种方法虽然可降低初期能量输入,但缺陷却很明显,它所需的化学试剂费用昂贵,对天然气水合物层的作用缓慢,而且还会带来一些环境问题,所以,对这种方法投入的研究相对较少。
(1) CO2置换开采法。这种方法首先由日本研究者提出,方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下,天然气水合物保持稳定需要的压力比CO2水合物更高。因此在某一特定的压力范围内,天然气水合物会分解,而CO2水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向天然气水合物藏内注入CO2气体,CO2气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2水合物。这种作用释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。
(2)固体开采法。固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物,将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是,首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相,采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆,然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理,促使天然气水合物彻底分解,从而获取天然气。