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关于天然气这些知识点你了解了吗？
天然气是指在地表以下、孔隙性地层中、天然存在的气态烃类和非烃类混合物可大致分为常规天然气和非常规天然气。
常规天然气指按常规钻井方式得到的天然气。这种天然气在组分上是以烃类为主，并含有一定量的非烃类组分的气体。非烃类气体大多与烃类气体伴生，但在某些气藏中能成为主要组分，形成以非烃气体为主的气藏。这类狭义的天然气主要有煤生气和油型气。
根据BP 2019年报告，2018年全球一次能源消费为13864.9Mtoe(百万吨油当量)，天然气为3309.4 Mtoe，天然气占一次能源消费的比例为23.9%，比去年23.4%增长了0.5%。
▲ 现代天然气工业是大范围的应用现代科学技术、先进生产手段、现代化管理来从事生产活动的天然气工业。主要特征是：拥有大批文化和技术素质高的技术人员和工人，生产的全部过程实现机械化、半自动化、自动化，并使用先进工艺设备和新型材料；高度严密的专业分工和协作；大范围的应用电子计算机技术；采用运筹学等科学管理方法。
现代天然气工业是在19世纪的城市煤气工业的基础上发展起来的，并以天然气逐步取代城市煤气为进程。
▲ 1821年威廉·哈特（William A.Hart）在纽约州弗里多尼亚钻了一口9米深的井。用管道输送到城镇，供街道和住宅照明。首先使用的是竹木管，1825年改用铅管。美国把1821年定为现代天然气工业的诞生年代。
▲ 世界上最早的深井坐落在我国四川自贡市大安区阮家坝山下，由人工钻凿的燊海井是世界上最早挖掘的深井。开钻于清代道光15年（公元1835年），据《川鹾概略》记载，历时3年，方始凿成。井深1001.42米，既产卤，又产气。
▲ 1946年苏联建成了第一条长输气管道，从萨拉托夫到莫斯科，全长约800公里。苏联把1946年定为苏联现代天然气工业的诞生年代。
▲ 2017年中国天然气在一次能源消费中的份额为206.7/3139.0=6.6%，2018年增加到243.3/3273.5=7.4%。由于中国进口天然气数量力度加大，随之自给率降低。2017年自给率达到62%，到2018年又降低至57%，即中国天然气依存度达43%。
▲ 2018年底全球天然气剩余可采储量为196.9万亿立方米，比2017年底196.1万亿立方米增加了4.1%，2018年底全球天然气储采比为50.9年。天然气剩余储量最多的国家依次是俄罗斯、伊朗、卡塔尔、土库曼斯坦，这四个国家占全球天然气剩余储量的57.5%。美国天然气剩余可采储量有所增加，但仅为全球总量的6.0%，居世界第5位。中国居7位，储采比为37.6年。
▲ 世界上天然气最富集的地区在中东波斯湾，可采储量约有40万亿立方米，由于管输困难，以生产成液化天然气（LNG）和合成油销售。目前卡塔尔是世界上最大的LNG生产国，2018年LNG出口1048亿立方米，占全球LNG出口量的24.3%，都必经能源战略峡口—霍尔木兹海峡（Strait of Hormuz）。
其次是俄罗斯亚马尔半岛，天然气探明可采储量已超过10万亿立方米，主要是管输供应给西欧国家。
▲ 土库曼斯坦是中亚天然气剩余可采储量最丰富、可采储量增长最快的的国家，2000年底居世界第11位，2010年底跃入世界第4位，占世界总量的4.3%，2018年剩余可采储量达19.5万亿立方米，占全球总量的9.9%，而且储采比高达316年。
▲ 俄罗斯是世界上天然气储量最多的国家，在世界上的排名前10位的非伴生气田中，俄罗斯就占有五席。
▲ 现代天然气工业开发的最早最大的气田是胡果顿气田（Hugoton Natural Gas Area），位于美国堪萨斯州胡果顿城苏华德县，1922年发现，1928年投产。地质属二叠纪，含气面积814平方公里。可采储量2.29万亿立方米。该气田的氦含量异常高，可达0.3～1.9%
▲ 伊朗和卡塔尔共享世界最大的气田——南帕尔斯/北部穹窿凝析气田（South Pars / North Dome Gas-Condensate field），在波斯湾内，可采储量为34.95万亿立方米。2018年伊朗天然气产量为2395亿立方米，消费量为2256亿立方米，即身居世界储量第二大国的伊朗天然气只供国内使用，没有出口。
▲ 世界上最大的陆上气田是乌连戈伊气田（Urengoy gas field），在俄罗斯境内，位于俄罗斯西伯利亚盆地的西北部亚马尔—涅涅茨自治区。1966年被发现，该气田可采储量达8.49万亿立方米。1978年开始生产。隶属于乌连戈伊天然气生产有限责任公司（OOO Urengoigazprom）。
▲ 世界上燃烧最久的天然气坑——达瓦扎坑（Derweze），位于土库曼斯坦阿哈尔州，在卡拉库姆沙漠中部，离阿什哈巴德以北約260公里。1971年苏联地质学家进行钻探时，意外发现了一个充满天然气的地下洞穴。钻探设备下的一片泥土倒塌，留下一个直径約50～100米的大洞。为避免有毒气体外泄，他們決定点燃漏出来的天然气。截至今日，洞口的火焰从未间断過。当地人称之为“地獄之門”。“地獄之門”是直径约为70米的大坑，已经燃烧了48年。
▲ 世界上尚在生产的最古老的油气田出磺坑油气田（ChuHuangKeng field）在中国台湾，1861年发现，深为300~3560米。1876 ~1946年累计产油17万吨、天然气5500万立方米。后发现深部气藏，转而以产气为主，兼产凝析油。该油气田建立有“出磺坑油井纪念碑”。
▲ 美国最大的气田——阿纳达科盆地（ Anadarko Basin），盆地面积为130000平方公里，到20世纪末叶，阿纳达科盆地是美国天然气产量最高的地区，也是美国唯一生产碘和氦的地区。
▲ 中亚最大的气田，也是世界上第六大气田是南约罗坦气田（Galkynysh Gas Field），也称南约罗坦-奥斯曼气田（South Yolotan-Osman gas field）。土库曼斯坦境内，2006年发现，气田长75公里、35公里宽，厚度500米，估计可采储量为2.77万亿立方米。
▲ 中国石化西北油田顺北5-5H井完钻井深8520米，刷新了亚洲陆上最深井顺北蓬1井8450米的纪录，同时创下4项工程技术亚洲陆上新纪录。
▲ 中国首次使用旋转钻机在1939年11月25日，在巴县石油沟巴1井首次使用旋转钻机，德国制。在井深1402.2米的三叠系嘉陵江组获得天然气流，最大关井压力10.6MPa，日产天然气15000立方米。
▲ 中国第一口超深井在1976年4月位于四川东部地台区的武胜县，井深6011米，井名称为 “女基井”。
▲ 2018年全球天然气产量达到38679亿立方米，比去年36777亿立方米增产了1900亿立方米，即增长了5.2%。其中来自美国(860亿立方米)，美国实现了历史上最大的年增长率。俄罗斯(340亿立方米)、伊朗(190亿立方米)和澳大利亚(170亿立方米)。
▲ 天然气产量最多的国家是美国。2009年美国天然气产量超过俄罗斯，变成全球上最大的天然气生产国，2018年生产8318亿立方米，占全球总量的21.5%。产量是被消费拉动的，因此产量高不代表储量多。
▲ 欧洲最大的供气国是俄罗斯。尽管俄罗斯已经降为世界上第二天然气生产国，2018年天然气产量为6695亿立方米，占全球总量的17.3%；但比去年6356亿立方米增加了5.3%。俄罗斯的天然气产量取决于欧盟天然气市场的需求，当欧盟经济不景气时，俄罗斯天然气产量就减少。
▲ 欧洲另一个主要供气国是挪威。挪威2018年天然气产量为1206亿立方米，仅占全球总量的3.1%，但挪威出口到欧洲的数量为1143+46=1189亿立方米，次于俄罗斯的出口量。
▲ 美国想打进欧洲天然气市场甚难，只有依靠LNG，但是欧洲市场被俄罗斯和挪威霸占，美国在2018年仅有39亿立方米LNG输入欧洲。
▲ 2018年全球天然气消费量为38489亿立方米，比去年36540亿立方米增长了1950亿立方米，即5.3%，是1984年以来最快增速之一。
▲ 2018年全球天然气消费量为38489亿立方米，天然气消费增长主要由美国（21.2%）、俄罗斯（11.8%）、中国（7.4%）、伊朗（5.9%）和日本（3.0%）提供支持。这五个国家占全球总量的49.3%。
▲ 世界上最大的天然气生产和销售公司俄罗斯天然气工业股份公司（OAO Gazprom），1989年建立，国有企业，约有60多个子公司，总人数39.3万人，总部在莫斯科。
▲ 根据BP 2019的报道，2018年天然气在一次能源消费中最多的国家是特立尼达&多巴哥，占该国一次能源消费中的86.3%；其次为乌兹别克斯坦（83.4%）、土库曼斯坦（77.5%）、卡塔尔（74.5%）。
▲ 天然气价格较低的地区是北美洲，其次是欧洲，亚洲地区较贵，这取决于市场自由化程度。亚洲一般会用“照付不议”合同形式。
▲ 地下储气库是调峰保证供应和管网优化的有效手段，也是国家能源安全的重要保障。根据Cedigaz的报告，2017年底全球运行的地下储气库(underground gas storage facilities）672座，其中美国居世界第一，拥有392座，占全球总量392/ 672=58%；中国仅为11座，占全球总量的11/672=1.6%。
▲ 在4种类型地下储气库中，气藏型地下储气库工作气量最大，约占总工作气量的75%，含水层型地下储气库占12%，盐穴型地下储气库占7%，油藏型地下储气库6%。
▲ 地下储气库以衰竭油气田（depleted field）为储气库最多。2017年底全球衰竭油气田储气库有498座，占全球总量的498/672=74%；中国仅为8座，占全球总量的8/672=1.2%。
▲ 根据Cedigaz的报告，全球地下储气库的工作上的能力以衰竭油气田居首，高达3406亿立方米，占全球地下储气库工作上的能力4240亿立方米的80%。
▲ 地下储气库最多的前五位公司依次为俄罗斯天然气股份公司，储气量为390亿立方米，有21座储气库；乌克兰天然气公司储气量310亿立方米，有12座储气库；意大利阿吉普公司储气量为129亿立方米，有8座储气库；美国压缩天然气输送公司储气量109亿立方米，有13座储气库；法国天然气公司储气量86亿立方米，有20座储气库。
▲ 全球预计将有115个新建地下储气库项目在2018年至2022年期间开始运营。欧洲领先55个新建项目，其次是北美21个，FSU 19个。
▲ 根据Cedigaz 2017年的报告，中国储气库数量、工作气容量以及最大调峰能力都明显低于美国和俄罗斯，因此还有很大的发展空间。
▲ 根据Cedigaz引用CNPC的报道，2017年7月中国地下储气库运行和在建的工作气为176.7亿立方米，垫层气为224.0亿立方米。
▲ 中国苏桥储气库位于河北省霸州市和永清县内，是世界上储层埋深最高，达5500米。
▲ 能源贸易只有天然气和电力一定要通过网络交易，即天然气通过管道到户，电力经由电线路到户。天然气和电力有很大区别：1、 天然气只能在油气田生产，而电力生产方式有多种并产地多处。2、 天然气管道跨国线路数千公里，而电力线、 天然气国际贸易量很大，可达产量的32%，而电力国际贸易量仅限邻国，为全球发电总量的2%以下。 根据世界天然气协会（IGU）发布的《Natural Gas:The Energy for today and future 2017》的报告中，讲述能源输送的损失，100份天然气到用户都能够获得92份，而100份电力来源，输送到用户，只能获得32份。
▲ 根据BP 2019的报告，全球仍然以燃煤发电为主，但俄罗斯、美国、日本等16个国家以上的燃气发电量已超越燃煤发电量，比例最高的国家在盛产天然气的中东国家。
▲ 日本是燃气发电最多的国家之一，居世界第二位，全球十大燃气发电站有七座都在日本。
▲ 苏古特-2发电站（Surgut-2 Power Station）是世界上最大的燃气发电站，位于俄罗斯西伯利亚鄂毕河（Ob River）边。2011年扩建，增加两个400MW，加上原有的4800MW，装机容量达5597MW。采用联合循环装置，总效率达56%。
▲ 中国最大的燃气发电站是位于台湾桃园市观音区大潭发电厂（Tatan Power Plant），居全球第六位，装机容量为4384MW。
▲ 世界上最早的城市煤气公司1804年5月18日德国温莎（Frederick Albert Winsor，1763～1830年）得到英国第一个制造瓦斯的专利。不顾别人反对和讥笑，温莎在公司中获得有一定的影响力的股东支持。1807年1月28日将伦敦的帕尔林荫道的公共街道用瓦斯照明。这消除了许多人对瓦斯实用性的疑虑。1812年4月，国会颁发特许状给温莎的威斯敏斯特瓦斯及焦炭公司，变成全球最早的城市煤气公司。
▲ 亚洲地区最早的煤气公司是香港中华煤气有限公司（Hong Kong & China Gas Company），1862年在香港创立。世界各国的煤气公司最初都是采用煤制气，后来天然气工业发展逐步取代煤制气。
▲ 日本最早的煤气公司是东京瓦斯株式会社（Tokyo Gas），成立于1885年。最初经营煤制气。1969年日本政府强调城市清洁，该公司开始进口液化天然气作为城市燃料，是日本进口液化天然气最多的公司，约占日本总量的15%。
▲ 中国是世界上城市天然气使用最多的国家。据中国统计局《中国统计年鉴》统计，2017年中国城市管道长度为62.3万公里,天然气人口为3.4亿人，消费1263.75亿立方米天然气。
▲ 世界上最大的天然气制合成油工厂是珀尔天然气制合成油厂（Pearl GTL）。建在卡塔尔拉斯拉凡港（Ras Laffan）。由卡塔尔石油和壳牌公司出资兴建。首次从珀尔天然气制合成油工厂商业船运合成油是在2011年6月13日。2012年生产能力达到满负荷，将4500万立方米/日天然气转化为2.2万立方米/日。
▲ 世界上少有两座都在卡塔尔拉斯拉凡港（Ras Laffan）。一座是珀尔天然气制合成油厂（Pearl GTL），生产2.2万立方米/日合成油；另外一座是羚羊天然气制合成油厂（Oryx GTL），生产5400立方米/日合成油。
▲ 非洲最大的天然气制合成油是艾斯卡佛斯天然气制合成油厂（Escravos GTL），在尼日利亚艾斯卡佛斯地区，位于首都拉各斯东南100km的尼日尔三角洲。该工厂是将天然气转化为合成油，采用萨索尔公司的费－托技术（Fischer-Tropsch Synthesis）和雪佛龙公司的ISOCRACKING技术，投资84亿美元，2013年投产。初期生产能力为5400立方米/日合成燃料，10年后将达到19000立方米/日。
▲ 世界上最早发现天然气中有氦的化学家是美国堪萨斯州大学H.卡笛（Hamilton Cady，1874～1943年）和D.墨福浪德（David McFarland）于1905年分析天然气试样，发现地球中存在氦，而且天然气中最丰富。现在，工业上通常从含氦的天然气中提取氦或从以天然气为原料生产合成氨的尾气中回收氦，也可以从液态空气中用分馏法提取氦。
▲ 世界氦（Helium）的消费大多数来源于含氦的天然气。根据天然气中氦含量，一般将氦含量＞0.1%（mol）的称为富氦天然气，＜0.01%（mol）的称为贫氦天然气。空气中的氦含量约为0.00054%（mol），即使目前认为无回收经济价值的贫氦天然气，其氦含量也要比空气中的氦含量高出两个数量级，因此含氦天然气是唯一经济的氦来源。
▲ 根据USGS 2019年2月的报告，全球氦产量为1.6亿立方米，美国最多，占总量的40%。
▲ 根据USGS对氦资源的估计，美国206亿立方米，除此以外还有313亿立方米，其中卡塔尔101亿立方米、阿尔及利亚82亿立方米、俄罗斯68亿立方米、加拿大20亿立方米、中国11亿立方米。
▲ 氦的大多数来自是天然气。天然气中氦含量最高可达7.5%，是空气中氦含量的1.5万倍。天然气中的氦是铀等放射性元素的衰变产物，只有气田附近有铀矿时，氦才能在天然气藏中富集。美国氦产量约占世界总量的40%。
▲ Cliffside Gas Field（悬崖边气田）是氦富集最高的气田，位于德克萨斯州阿马里洛（Amarillo, Texas）。1927年，美国政府买下了高氦气含量的悬崖边气田，美国矿业局开始运营阿马里略氦气厂两年。估计该气田氦资源量为9.7亿立方米。2018年该气田氦产量达到2600万立方米，占美国氦总产量的40.6%。
▲ 全球性的甲醇组织—国际甲醇生产者和消费的人协会（International Methanol Producers and Consumers Association，IMPCA）是活跃在全球甲醇市场的公司组织，设在比利时布鲁塞尔。关注甲醇工业的技术和进展市场发展。
▲ 世界上最大的甲醇（methanol）供货商——加拿大梅赛尼斯公司（Methanex）。拥有19艘甲醇远洋货轮，销售到北美洲、太平洋地区、欧洲和拉丁美洲。
▲ 世界上最大的甲醇生产厂——加拿大甲醇公司（Canadian Methanol Corporation，CMC)。位于加拿大不列颠哥伦比亚（BC）东北部和平河旁边的皮斯里弗区切特温德镇，占地6400亩。该工厂从当地页岩中提取天然气生产高的附加价值的甲醇，年产180万吨甲醇。这座工厂是蓝色燃料能源的汽油生产的共享基础设施，从天然气和利用再次生产的能源（风能、水力发电）生产汽油。
▲ 最早使用天然气作汽车燃料始于第一次世界大战，当时是使用常压胶囊装载天然气作为汽车燃料，以解决战时汽车油料短缺的问题。用压缩天然气作汽车燃料始于20世纪30年代的意大利。
▲ 根据《NGV Global》统计，2017年12月31日世界上有 24 479 265辆天然气汽车，加气站30065座。中国天然气汽车居世界第一，拥有5 350 000辆，占全球总量的21.9%，加气站8300座。远超过一直霸占世界第一的伊朗。天然气汽车是指陆地上奔驰的燃料使用天然气、LNG和生物气的汽车。
▲ 根据《NGV Global》统计，2019年4月全球使用天然气汽车的人口上升到27 395 484。其中中国最多，为6 760 000，占总数的24.6%；其次为伊朗、印度、巴基斯坦等。
▲ 世界最大的天然气汽车组织是国际天然气汽车协会（IANGV）。1986年创建，设在新西兰奥克兰。任务是组织天然气汽车的国际论坛，提供技术标准、最新统计、会议。促进和发展全世界的天然气汽车。
▲ 世界上最早促成天然气期货交易的人物罗伯特·勒文（Robert Levin）。1955年生，曾经在美国能源部和新墨西哥州立大学供职。1990年任纽约证券交易所计划发展部高级副主任期间，把天然气期货引入到纽约证券交易所。1993年提升为研究部主任。他致力于天然气期货和合同的研究和实施，促进天然气工业获得很大的发展。
▲ 世界上第一笔天然气期货交易是在1990年4月3日纽约证券交易所完成的。天然气期货合约交易诞生有两个原因：天然气市场行情报价波动和政府放松对天然气的管制。由于这两个原因，给天然气市场带来了附加的风险和责任，导致了对天然气期货合约的需求。
▲ 亨利管网枢纽（Henry Hub）是纽约商品交易所（NYMEX）交易的天然气期货合约的定价点。它是路易斯安那州拉斯输气管道系统的汇集点，是美国最大的管网中枢，由得克萨斯州撒宾管线
▲ 世界上最大的天然气专业组织——国际天然气联盟（International Gas Union，IGU）。创建于1931年，非营利性组织，秘书处设在挪威奥斯陆。
▲ 全球唯一的天然气输出国组织——天然气输出国论坛（Gas Exporting Countries Forum，GECF）。它是世界领先的天然气生产国的政府间组织，2001年成立于伊朗首都德黑兰，总部设在卡塔尔首都多哈。
▲ 世界上最大的天然气信息组织——国际天然气和气态烃信息中心（International Association for Natural gas，Cedigaz）。创建于1961年，总部设在巴黎。该中心提供天然气和液化气（LNG和LPG）信息，在世界享有权威。每年出版“世界天然气报告”。报道世界各国天然气状况，其数据有权威性，广泛被采用。
▲ 国际二甲醚协会（International DME Association，IDA) 是非营利性组织，2001年成立，设在美国弗吉尼亚州阿林顿市。专注于发展二甲醚生产和利用。
▲ 国际管道和海洋承包商协会（International Pipeline & Offshore Contractors Association，IPLOCA）由七家世界著名的管道协会组成，任务是维护管道的安全性、经济性、相互交流情报以及研究传统的铺设管道对环境保护的影响，技术创新对陆地和海洋管道带来的根本性变化等。总部设在瑞士。
▲ 国际燃气轮机学会（International Gas Turbine Institute，IGTI)是美国机械工程协会的技术性分会，非营利性组织。从事国际性燃气轮机的情报交换和开发，致力于改善燃气轮机的设计、应用、制造、操作和维修，注重各种气体透平和相关设备对环境的影响。
▲ 国际天然气转化会议Natural Gas Conversion Board (NGCB) 1987年建立。非营利性的协调会议，三年一次轮流召开。研究天然气转化为液体燃料和化工品。
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