什么是天然氣
人們長(zhǎng)期以來(lái)通用的“天然氣”的定義，是從能量角度出發(fā)的狹義定義，是指天然蘊(yùn)藏于地層中的烴類(lèi)和非烴類(lèi)氣體的混合物，主要存在于油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣中。
天然氣又可分為伴生氣和非伴生氣兩種。伴隨原油共生，與原油同時(shí)被采出的油田氣叫伴生氣；非伴生氣包括純氣田天然氣和凝析氣田天然氣兩種，在地層中都以氣態(tài)存在。凝析氣田天然氣從地層流出井口后，隨著壓力和溫度的下降，分離為氣液兩相，氣相是凝析氣田天然氣，液相是凝析液，叫凝析油。
與煤炭、石油等能源相比，天然氣在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的能影響人類(lèi)呼吸系統(tǒng)健康的物質(zhì)極少，產(chǎn)生的二氧化碳僅為煤的40%左右，產(chǎn)生的二氧化硫也很少。天然氣燃燒后無(wú)廢渣、廢水產(chǎn)生，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢(shì)。 但是，對(duì)于溫室效應(yīng)，天然氣跟煤炭、石油一樣會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。因此，不能把天然氣當(dāng)做新能源。
天然氣的使用
天然氣也埋藏在地下封閉的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，如石油，其中一些與石油儲(chǔ)存在同一層，有些單獨(dú)存在。對(duì)于與原油儲(chǔ)存在同一層的天然氣，它與原油一起提取。對(duì)于只有單相氣的氣藏，我們稱之為氣藏。它的提取方法與原油非常相似，但也有其獨(dú)特之處。由于天然氣密度較低（0.75～0.8 kg/m3），井底鉆孔氣柱壓力較小；天然氣的粘度小，地層和管道中的流動(dòng)阻力也�。挥捎谂蛎浵禂�(shù)大，其彈性能也大。因此，天然氣通常通過(guò)自動(dòng)注入產(chǎn)生。這與石油生產(chǎn)的流動(dòng)方式基本相同。然而，由于氣井壓力普遍較高，天然氣易燃易爆，因此采氣井口設(shè)備的承壓能力和密封性能遠(yuǎn)高于采油井口設(shè)備。
天然氣生產(chǎn)也有其自身的特點(diǎn)。首先，天然氣和原油通常是地下水或邊際水的儲(chǔ)層。隨著天然氣的開(kāi)發(fā)，水體的彈性能推動(dòng)水沿著高滲透帶流入氣藏。在這種情況下，由于巖石本身的親水性和毛細(xì)管壓力的影響，水的滲透不會(huì)有效地置換氣體，而是密封氣體，氣體不會(huì)從接縫、空腔或間隙排出，形成死氣區(qū)。這部分截留在水侵帶中的高壓氣體可高達(dá)巖石孔隙體積的30%~50%，大大降低了氣藏的最終采收率。其次，氣井出水后，進(jìn)入井底的氣流的泄漏阻力將增加，沿井的氣液兩相上升管流的總能耗將顯著增加。
隨著水侵影響的增加，氣藏的產(chǎn)氣量降低，氣井的流量降低，單井產(chǎn)量迅速下降，直到由于井底嚴(yán)重積水而停止生產(chǎn)。目前，氣藏水害治理主要從排水和堵水兩個(gè)方面入手。阻水器是使用機(jī)械阻水器、化學(xué)阻水器和其他方法將產(chǎn)氣層與產(chǎn)水層分離或在儲(chǔ)層中建立阻水層。目前有許多排水方法。主要原理是將水排入豎井。專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)是排水氣體生產(chǎn)方法。
生產(chǎn)小管排水氣體的過(guò)程基于這樣的原理，即軟管直徑越小，氣體流速越大，液體輸送能力越強(qiáng)，低于一定的氣體生產(chǎn)率。如果正確選擇軟管直徑，井底不會(huì)積水。該方法適用于地層壓力高、采水初期產(chǎn)水量低的氣井。
泡沫排放氣體生產(chǎn)過(guò)程是將泡沫劑通過(guò)軟管或外殼放入井中，泡沫劑溶解在井底的水中形成氣泡，這不僅可以降低液體積聚的相對(duì)密度，但也可以將形成過(guò)程中產(chǎn)生的水與氣流一起帶出土壤。該方法適用于地層壓力高、產(chǎn)水量相對(duì)較低的氣井。
活塞氣舉式氣體輸送包括將活塞導(dǎo)入軟管。下降時(shí)，活塞中的流道打開(kāi)，活塞在自重作用下向下移動(dòng)。當(dāng)它到達(dá)軟管底部時(shí)，活塞中的流道會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。由于活塞下側(cè)的壓力大于活塞頂部的壓力，活塞開(kāi)始向上移動(dòng)，并將活塞上方的水排到地面。當(dāng)它到達(dá)油管頂部時(shí)，活塞中的流道會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，然后變成向下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)前后移動(dòng)活塞，可以連續(xù)排出積聚的液體。該方法適用于地層壓力足夠、產(chǎn)水量大的氣井。
井泵排水和采氣的方法是通過(guò)使用深井泵、抽油桿和地面泵組控制井底壓力，這些泵組被下放到井中，通過(guò)軟管泵送水，并產(chǎn)生室內(nèi)采氣。該方法適用于地層壓力低的氣井，尤其適用于產(chǎn)水氣井生產(chǎn)的中后期，但操作成本相對(duì)較高。
天然氣的主要用途
1.天然氣發(fā)電是緩解能源短缺、減少煤炭發(fā)電份額和減少環(huán)境污染的有效途徑。就經(jīng)濟(jì)效益而言，天然氣生產(chǎn)需要較少的單位裝機(jī)容量投資、較短的建設(shè)時(shí)間、較低的電網(wǎng)電價(jià)和較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
2、在天然氣化工行業(yè)，天然氣是生產(chǎn)氮肥的最佳原料，具有投資少、成本低、污染低等特點(diǎn)。全球氮肥生產(chǎn)原料中天然氣的份額平均約為80%
3.城市燃?xì)夤I(yè)，特別是住宅燃料。隨著人們生活水平和環(huán)境意識(shí)的提高，大多數(shù)城市對(duì)天然氣的需求大幅增加。天然氣作為民用燃料的經(jīng)濟(jì)效益也大于工業(yè)燃料。
4.使用天然氣代替石油的壓縮天然氣車(chē)輛具有價(jià)格低、污染少和安全的優(yōu)點(diǎn)。目前，人們的環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨笤黾印８鲊?guó)政府還通過(guò)立法程序調(diào)解了這一趨勢(shì)。天然氣一度被認(rèn)為是最清潔的能源之一。此外，20世紀(jì)90年代中東的波斯灣危機(jī)加深了美國(guó)和主要石油消費(fèi)國(guó)開(kāi)發(fā)替代能源的決心。因此，在找到真正的替代能源之前，對(duì)天然氣的需求自然會(huì)上升。
碳中和，天然氣的作用不可被低估
1、清潔低碳，有利于節(jié)能減排
三大化石燃料，煤，石油，天然氣。石油和煤燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，第一個(gè)部分是硫，和一些燃燒不完全產(chǎn)生的不飽和碳?xì)?碳氧化物，酸雨和溫室效應(yīng)是他們的主要功勞；第二個(gè)部分是氮氧化物，也就是所謂的光觸媒。
天然氣雖然不是零排放，零污染，但是相對(duì)于煤和石油來(lái)說(shuō)，其排放量大大減少，天然氣單位熱值碳排放系數(shù)是石油的0.76倍，是煤炭的0.59倍。
2、作為接替能源，與零碳能源長(zhǎng)期并存
從我國(guó)國(guó)情來(lái)看，相對(duì)于世界油氣消費(fèi)大國(guó)，我國(guó)油氣產(chǎn)業(yè)仍處于成長(zhǎng)階段，在零碳能源沒(méi)有大規(guī)模取代的情況下，能源轉(zhuǎn)型還需要有一個(gè)過(guò)渡期。
過(guò)渡期內(nèi)，將從“低碳能源替代高碳能源”、“零碳能源替代化石能源”兩個(gè)結(jié)構(gòu)性替代的角度有序推進(jìn)，天然氣具備清潔性、可獲得性、使用便捷性、商品可儲(chǔ)性、供應(yīng)安全性等五大特點(diǎn)，不論從儲(chǔ)量，價(jià)格，成熟度來(lái)說(shuō)，還是自身的清潔度，天然氣都是煤炭和石油的很好的接替能源。
3、燃?xì)獍l(fā)電調(diào)峰，提高新能源消納能力
我國(guó)目前大力發(fā)展風(fēng)電、光伏、光熱等新能源。《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》提出，到2030年，我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上。
據(jù)國(guó)家能源局消息，截至2021年10月底，我國(guó)可再生能源發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到10.02億千瓦，突破10億千瓦大關(guān)，比2015年底實(shí)現(xiàn)翻番，占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的比重達(dá)到43.5%。
新能源清潔環(huán)保，無(wú)碳排放，是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑，但是風(fēng)電、光電等具有間歇性、隨機(jī)性和反調(diào)節(jié)特性，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；加之我國(guó)用電負(fù)荷高峰的逐年增長(zhǎng)和峰谷差的不斷拉大，系統(tǒng)的調(diào)峰任務(wù)艱巨，使得風(fēng)電等可再生能源消納困難。
天然氣發(fā)電機(jī)組具備啟停迅速、運(yùn)行靈活、污染排放少等性能優(yōu)勢(shì)，將燃?xì)鈾C(jī)組用于電網(wǎng)調(diào)峰，能有效改善我國(guó)現(xiàn)有電網(wǎng)適應(yīng)負(fù)荷變化能力差的現(xiàn)狀，促進(jìn)可再生能源的消納吸收，并且節(jié)能環(huán)保效益顯著。
4、作為中間原料，助力碳匯減碳
中 國(guó)工程院院士，清華大學(xué)化學(xué)科學(xué)與技術(shù)研究院院長(zhǎng)金涌表示：“從碳中和的角度看，天然氣是很好的碳中和原料，應(yīng)當(dāng)分離碳和氫元素，分別利用兩種元素。氫是碳匯中的一部分，可以與碳氧化合物反應(yīng)。碳可以作為還原劑，將二氧化碳還原為用途更廣泛的一氧化碳�！�
在將來(lái)這些化石燃料不再用來(lái)燃燒了，當(dāng)然就沒(méi)有二氧化碳的產(chǎn)生。從化石能源時(shí)代轉(zhuǎn)化為化石材料時(shí)代，這些化石能源、化學(xué)材料我們要把它做成高端的材料，供給高新科技來(lái)用。