化石能源化石能源

资源资源

煤炭煤炭

2010 年中国一次能源消费结构图1952 年中国一次能源消费结构图

我国是一个富煤、贫油、少气我国是一个富煤、贫油、少气的国家，这就决定了煤炭在一的国家，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。次能源中的重要地位。

煤的形成煤的形成 煤是植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用而转变成的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。

成煤作用过程：植物→泥炭（腐泥）→褐煤→烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、 焦煤、瘦煤、贫煤）→无烟煤

煤化程度是煤受热温度和持续时间的函数。温度越高，变质作用的速度越快

成煤植物成煤植物 低等植物形成的煤叫腐泥煤。

藻类、真菌类和地衣的合称。植物体构造简单，单细胞的群体或多细胞组成的无根、茎、叶等分化的丝状或叶片状植物体。

元古代至早泥盆世之前，是菌藻类低等植物的时代，为腐泥煤的形成积累了原始物质。

25-4 亿年

高等植物形成的煤叫腐植煤。

苔藓植物、蕨类植物和种子植物的合称。形态上有根、茎、叶分化，构造上有组织分化，多细胞生殖器官。

三次高等植物的极盛期：

石炭、二叠纪 ——蕨类植物三叠、侏罗纪 ——裸子植物古近、新近纪——被子植物

它们为腐植煤的形成提供了丰富的原始物质。

蕨类植物 裸子植物 被子植物

生物大灭绝原因猜测

植物遗体堆积，到转变为煤的全部过程叫成煤作用。

这个过程经历了复杂的生物化学作用、物理化学作用。

成煤作用分为两个阶段： （一）泥炭化阶段 （二）煤化阶段

成煤作用成煤作用

第一阶段：在沼泽浅部植物遗体受氧化、分解。 第二阶段：随积水深度增加，氧化环境被还原环境

代替，产生腐植酸和沥青质，形成泥炭。

泥炭化作用泥炭化作用

现代草本泥炭沼泽形成的泥炭，可见大量草本残骸。

泥炭形成后，由于地壳下降而被其它沉积物覆盖，则进入了煤化作用阶段。

此时生物化学作用逐渐停止，代之以物理化学作用（ T、 P 增大）。包括了成岩作用和变质作用两个连续过程。

煤化阶段煤化阶段

成岩作用成岩作用 泥炭在温度、压力作用下，经压实、脱水、固结转变成褐煤。

褐煤

形成晚

埋藏浅

内蒙古霍林河煤矿褐煤露天开采

变质作用变质作用褐煤继续在温度、压力、时间影响下（继续升高）转变为烟煤、无烟煤。

烟煤：因燃烧时烟多而得名，一般呈黑色。广泛用于炼焦、炼油、气化、液化、动力和化工等方面，是腐植煤中用途最广的煤种。

无烟煤：因燃烧时无烟而得名，一般呈钢灰色，具极强的金刚或似金属光泽。燃烧热值高，是优良的民用燃料。

煤的特性煤的特性

煤的化学结构模型煤的化学结构模型

煤的化学组成（元素分析）煤的化学组成（元素分析）

煤是有机物质和无机物质的混合物，其中有机质是主要成分，主要有 C、 H、 O （占 95 ％以上），还有 N、 S等。1. 碳（ C ） 煤中主要成分， C 越多、煤发热量越高，煤中 C 含量随变质程度加深而增加。

2. 氢（ H ） 煤中重要成分，其发热量是 C的 4.2 倍。煤中 H 随变质程度加深而减少。

3. 氧（ O ） 煤中氧随变质程度加深而减少，但变化较大。

4. 氮（ N ） 含量较低，随变质程度加深而略趋减少。5. 硫（ S ） 硫是煤中有害元素之一。煤中硫分为无机硫

和有机硫。

煤的工业分析指标煤的工业分析指标

1. 水分（ W ）：煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。

2. 灰分 （ A ）：指煤在燃烧的后留下的残渣。3. 挥发份（ V ）： 指煤中有机物和部分矿物质加热分

解后的产物。4.固定碳（ FC ）：测定挥发分剩下的焦渣减去灰分即

为固定碳。是煤中有机质高温分解的残余物。5. 发热量（ Q ）：又称为煤的热值，即单位质量的煤完全燃烧所发出的热量。

煤的分类煤的分类

无烟煤：固定碳含量最高，挥发分含量最低，灰分和水分较低，发热量很高，着火困难，不容易燃尽。

烟煤：碳化程度较无烟煤浅，挥发分含量较高，而固定碳和发热量都较无烟煤低。烟煤的着火和燃尽都比较好。

次烟煤：挥发分含量和发热量都低于烟煤，着火比较困难。

褐煤：碳化程度次于烟煤，其挥发分含量很高，且挥发分的析出温度较低，所以着火和燃烧比较容易。但水分和灰分很高，而且发热量低。

按碳化程度的不同，一般将煤分为：

煤的开采煤的开采 由于煤炭资源的埋藏深度不同，一般相应的采用矿井开采（埋藏较深）和露天开采（埋藏较浅）两种方式。

露天开采习惯上叫剥离法开采，这是因为露出地面的煤已开采殆尽，有必要剥离表土，使煤层显露出来。此法在煤层埋藏不深的地方应用最为合适。

矿井开采适用于埋藏过深的煤层，具体可用 3 种方法取得通向煤层的通道，即竖井、斜井、平硐。我国采煤以矿井开采为主。

我国的煤炭回采率只有我国的煤炭回采率只有 30%30% 不到国际先进水平的一半不到国际先进水平的一半

目前全国拥有各类煤矿 2.8万座，其中国有大型煤矿 2000 多座，产量约占全国煤炭产量的 65% ，矿井回采率 ( 开采出来的煤量和可采储量之比 ) 平均只有 45%左右；产量约占全国煤炭产量的 35% 的乡镇和个体小型煤矿 2.6万座，这些煤矿的回采率平均只有 15%-20% 。

我国煤炭回采率低下的主要原因，是采煤方法落后，那种房柱式、巷柱式的采煤浪费极大。我国许多煤矿煤层都比较厚， 14米厚的煤层大约采 5-6米后，上面的煤层就落不下来了。因为没有支护，如果继续采就很危险，只好退出去再重 开 一 个面，再采 个5 、 6 米。这是全国普遍存在的情况。大大小小的矿主为了利益，采厚弃薄，采易弃难，以大量消耗资源、缩短矿山服务年限为代价，结果使资源严重损失。

世界煤炭储量分布世界煤炭储量分布2010 年，世界煤炭探明储量可以满足今后 118 年的煤炭生产需求，这是到目前为止所有化石燃料中储产比最高的燃料类型。欧洲及欧亚大陆拥有最大的区域煤炭储量。

中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，在 2010 年以 9% 的增幅引领亚洲增长，高于同期世界平均水平。

中国煤炭资源分布中国煤炭资源分布

我国煤炭资源在地理分布上的总格局是西多东少、北富南贫。而且主要集中分布在目前经济还不发达的山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州、宁夏等 6 省 ( 自治区 )，占全国煤炭资源总量的 82.8%；而我国经济最发达，工业产值最高，需要能源最多，耗用煤量最大的京、津、冀等 14 个东南沿海省 ( 市、区 ) 仅占全国煤炭资源总量的5.3% 。

新疆准东煤田蕴藏3900 亿吨煤炭，是我国目前最大的整装煤田，够全国使用一百年。

石油与天然气石油与天然气

石油和天然气的形成石油和天然气的形成

石油和天然气是古代海洋或湖泊中生物遗骸被沙泥掩盖后，在高温、高压和缺氧情况下形成的。

主要特性主要特性

世界煤炭、石油、天然气分布图世界煤炭、石油、天然气分布图

世界上两个最大的产油带，一个叫长科迪勒地带，北起阿拉斯加和加拿大进美国西海岸到南美委内瑞拉、阿根廷；另一个叫特提斯地带，从地中海经中东到印度尼西亚。这两个地带在地质变化过程中曾都是海槽——海相成油

世界石油储量世界石油储量

石油开采技术石油开采技术

自喷采油

石油开采石油开采

油层

油层

油层

压力粘度

32

机械采油机械采油————有杆泵抽油装置有杆泵抽油装置

蒸汽吞吐

蒸汽驱油

蒸汽采油蒸汽采油

降低油层流体的粘度，减小油层渗流阻力

COCO22 采油采油

1952 年沃顿（ Whorton ）等人取得第一项利用 CO2 采油的专利， CO2 完全能溶于原油中，使原油体积膨胀，降低原油粘度，提高石油采收率。 1963 年大庆油田进行了小规模的 CO2 采油先导性试验，提高采收率 10 ％左右； 1998 年胜利油田开始进行 CO2 采油试验，平均单井增油 200吨以上；2008 年吉林油田实施了 CO2 采油重大开发试验，提高采收率 13 ％以上。

三次采油记录（ BBL=桶、MCF=百万立方英尺），此实验处于帕米亚油田之中

壳牌经营着全球最大的壳牌经营着全球最大的 COCO22 驱油项目驱油项目

Industry

1833年 -英国人马科斯 .萨缪尔开店出售古董珍玩及亚洲贝壳和有关贸易1892年 -小马科斯第一艘油轮作处女航

1897年 -壳牌运输贸易有限公司成立

1890年 -荷兰皇家石油公司成立

1892年 -荷兰皇家推出皇冠牌油品，在新家坡布公岛建造储油设施

1907年 -荷兰皇家石油公司与英国壳牌运输公司合并成立荷兰皇家 /壳牌集团

1902年 -英国壳牌运输与荷兰皇家及另一公司合作成立亚细亚火油公司

荷兰皇家 / 壳牌集团的起源

2005年 -荷兰皇家 /壳牌集团正式合并为一家公司

石油危机石油危机

天然气天然气

　　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。

天然气开采天然气开采

小油管排水采气法 泡沫排水采气方法

柱塞气举排水采气方法 深井泵排水采气方法

天然气输送天然气输送管道输送 LNG

世界天然气储量世界天然气储量

盆 地全 国

资源量（亿方）

探明地质储量 （亿方）

探明率（％）

松 辽 18036 3865 21.4鄂尔多斯 107025 20094 18.8

四 川 71851 16967 23.6塔 里 木 113370 9616 8.5 柴 达 木 26273 2900 11.0 渤 海 湾 21569 2668 12.4 准 噶 尔 11771 2136 18.1

陆上其它 61803 510 0.8 陆上合计 431698 58756 13.6 海域合计 127157 4601 3.6总体合计 558855 63357 11.3

全国天然气资源量丰富，资源探明率低，勘探增储潜力大

据第三轮资评，全国天然气资源量 56 万亿方，主要分布在塔里木、鄂尔多斯

、四川、柴达木、松辽、渤海湾、准噶尔、东海和莺－琼 9 个盆地，达 46 万

亿方，占 82% ；全国天然气资源探明率为 11.3 ％。

中国天然气资源分布中国天然气资源分布

非常规化石能源非常规化石能源

页岩气页岩气

页岩气是存在于页岩及其缝隙中的天然气。对页岩气的开采最早开始于 1821 年的北美地区，距今已经有 200 多年的时间，但是作为一种新的、有潜力的能源资源，页岩气是在最近 20 年才进入人们的视野。

页岩气通过页岩移动示意图页岩气通过页岩移动示意图

由于页岩气层低孔、低渗特征，需要实施水力压裂。

美国得克萨斯州沃思堡周围的巴涅特页岩地层实验室开展了长期技术攻关，最终通过融合水平钻井技术和水力压裂技术实现了历史性突破。与传统的竖井不同，水平钻井是在向下钻到储气气藏的一定深度后，开始沿水平方向钻井，从而使井筒与储气地层有更大的接触面积；水力压裂技术则是通过向页岩内高压注入水和沙浆混合物，造成岩层出现多向裂痕，从而将困在页岩层中的页岩气释放出来，并流到钻井巷道中。

页岩气开采技术页岩气开采技术

近年来，美国对页岩气的开采取得了惊人的成果。美国页岩气年产量从 2007 年的 340亿立方米跃升至 2009 年的 900 亿立方米。预计到 2015 年，美国页岩气的年产量将达到 1800 亿立方米。 2009 年，美国的天然气年产量达到 6240 亿立方米，远远超过了年产量为 5820 亿立方米的俄罗斯。

20102010 年全世界页岩气资源分布预测示意图年全世界页岩气资源分布预测示意图

据国际能源署 (IEA) 数据预测，世界页岩气的资源量预计有 16 110 万亿立方英尺（ tcf ）（即 456 万亿立方米 <tcm> ） ，其中主要分布于北美、中亚、中东、北非、拉丁美洲、俄罗斯等地区，初步估计资源量与常规天然气相当或大于常规天然气储量。中国的页岩气可采资源储量约为 26万亿立方米，与美国相当（美国约为 28万亿立方米）。

中国页岩气分布及开采中国页岩气分布及开采

川西威远气田威 201井

中石油、中石化、中国海油现都已针对页岩气开发与国外石油和天然气勘探公司开展技术层面合作。国内第一口页岩气实验井位于四川（川西威远气田威 201井），工程改造已于 2009 年底顺利完成。

煤层气是煤层中所生成的以甲烷为主（甲烷含量一般为 90 ％－ 99 ％）的天然气，也是人们常说的瓦斯气。煤层气抽排最初是以防害为目的进行的，将煤层气作为一种资源进 行 大 规 模 开 发 利 用 始 于 美国。 1980年 12月 12日美国阿拉巴马州黑勇士盆地的 Oak Grove 煤层气田的建成投产，标志着现代煤层气工业的诞生。到 2008 年，美国煤层气年产量已超过 590 亿立方米，约占美国全部天然气产量的 10 ％。

煤层气煤层气

煤层气开采技术煤层气开采技术煤层中的天然气有 3 种状态，即游离态

、吸附态和溶解状态。当煤层压力降至煤层气解吸压力临界值时，煤

中被吸附的 CH4 开始与微空隙表面

分离，即解吸。解吸的气体通过基岩和微空隙扩散进入裂缝网络中，再经裂缝网络流向井筒。

煤层气井生产的 3 个阶段：1. 脱水降压阶段；2. 稳定生产阶段；3. 生产量下降阶段。

我国煤层气资源丰富，居世界第三。每年在采煤的同时排放的煤层气在 130亿立方米以上，合理抽放的量应可达到 35 亿立方米左右，除去现已利用部分，每年仍有 30 亿立方米左右的剩余量，加上地面钻井开采的煤层气 50 亿立方米，可利用的总量达 80 亿立方米，约折合标煤 1000万吨。如用于发电，每年可发电近 300 亿千瓦时。

万亿立方米

煤层气储量煤层气储量

• 煤层气资源量大，探明率低• 全国 45 个聚煤盆地、 5大聚气区， 2000m 以浅的煤层气总资源量 36.8 万亿方，可

采资源量 10.9 万亿方，主要分布在晋陕蒙和北疆地区（占 76% ）• 资源埋藏深， 1000-2000m 的资源量达 70% 。探明储量 1343 亿方，探明率仅为

0.36%

����

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C - P

C - P

C - P

C - P

C - P

C - PC - P

C - P

J 1-2

T3

乌鲁木齐

0 250 500Km

J 1-2

J 1-2

J 1-2

J 1-2

J1-2

J1-2

J1-2

J 1-2

J1-2

J - K3 1

J - K3 1J - K

3 1

J - K3 1 J - K3 1

J - K3 1J - K3 1

J - K3 1

J1-2

J1-2

P2

P2

T3

C1

T3

T3

P2

P2

C1

P2

P2

P2

P2

T3

C1

C1

P2

T3

P2

P2P2

T3

兰州

太原

nanning

lasha

Islands insouth china sea

西宁

haikou

guanzhou

changsha

jinan

J 1-2

nanchang

haerbin

C1

South China Sea贵州

西安

武汉

北京

上海

福州台北

沈阳

东北

华南

华北西北

中国煤层气资源分布图

7. 66

17. 13

0. 42. 15

东北华南西北华北

鄂尔多斯9.8

沁水4.0

准噶尔3.8

吐哈2.1

海拉尔1.6

二连2.0

滇黔桂3.5

伊犁1.2

我国煤层气储量分布我国煤层气储量分布

可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在 0℃和 30 个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。“冰块”里甲烷占 80%～ 99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣。 1立方米可燃冰可转化为 164立方米的天然气和 0.8立方米的水。

可燃冰

加热法

将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入水合物地层 ,也可采用开采重油时使用的火驱法 ,总之只要能促使温度上升达到水合物分解的方法都可称为热激发法。热开采技术的主要不足是会造成大量的热损失 ,效率很低。特别是在永久冻土区 ,即使利用绝热管道 ,永冻层也会降低传递给储层的有效热量。

减压法

一般是在水合物层之下的游离气聚集层中“降低”天然气压力或形成一个天然气空腔 (可由热激发或化学试剂作用人为形成 ),使与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水。减压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发 ,因而其可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。但是 ,单使用减压法开采天然气是很慢的 ,是一种弱化被动式开采。

添加化学剂法

某些化学剂 ,如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等可以改变水合物形成的相平衡条件 ,降低水合物稳定的温度。当将上述化学剂从井孔泵入后 ,就会引起天然气水合物的分解。添加化学剂法较加热法作用缓慢 ,但确有降低初始能源输入的优点 ,其最大缺点是费用太高。

可燃冰开采可燃冰开采

可燃冰储量可燃冰储量

青海冻土带钻获“可燃冰”

中国是世界上第三冻土大国，冻土区总面积达 215万平方公里，具备良好的天然气水合物赋存条件和资源前景。据科学家初略估算，远景资源量至少有 350亿吨油当量。

而科学家估计，海底可燃冰分布的范围约 4000万平方公里，占海洋总面积的 10% ，海底可燃冰的储量够人类使用 1000 年。

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南海可燃冰南海可燃冰

南海的天然气水合物的资源量相当于 700 亿吨石油，是我国常规油气资源量的一半。