煤石油天然气教学课件

煤、石油与天然气教学课件第一章能源基础与资源形成煤的形成过程1植物沉积煤的形成是一个漫长的地质过程，需要数百万年的时间随着碳含量的增加，煤的热值也逐级提升远古植物遗体在沼泽和湿地环境中沉积•褐煤碳含量较低，含水量高2缺氧环境•烟煤中等碳含量，工业应用广泛•无烟煤碳含量最高，燃烧效率最佳缺氧条件阻止有机物完全分解，形成泥炭层3埋藏压实随着地质变化，泥炭被深埋并受到压力作用4热力变质在高温和压力下，泥炭逐渐失去水分和挥发物5煤化作用最终形成不同等级的煤褐煤→烟煤→无烟煤石油与天然气的起源海洋生物沉积古代海洋中的浮游生物和微生物死亡后沉积到海底厌氧分解在缺氧环境下，有机物质被细菌部分分解，形成有机质富集的沉积物热解转化随着埋藏深度增加，温度升高，大分子有机物通过裂解转化为石油和天然气油气迁移形成的油气从生烃岩向上迁移，直到被合适的储层和盖层捕获煤、石油、天然气的地质储集储层特性圈闭类型理想的油气储层需具备良好的•孔隙度储存流体的空间•渗透性允许流体流动的能力常见储层岩石•砂岩孔隙度高，分布广•碳酸盐岩裂隙发育，储集能力强•页岩非常规储层，需特殊开采技术背斜圈闭断层封闭岩层向上弯曲形成拱状结构，油气聚集在最高处地层断裂，使渗透层与不渗透层相邻，阻止油气流动盐丘封闭能源的地下宝藏地球历经亿万年演化，将有机生命转化为今日的能源资源煤炭、石油和天然气是地球赐予人类的宝贵财富，它们以不同形式埋藏在地下，等待我们去发现和利用第二章开采技术与能源利用本章将详细介绍煤炭、石油和天然气的现代开采技术，以及这些能源资源在工业、交通和日常生活中的广泛应用煤炭开采技术地下开采•适用于深层煤层，需建立井巷系统•现代机械化采煤设备采煤机、液压支架•安全挑战大，但环境干扰小露天开采•适用于浅层煤层（地表以下100米内）石油钻探技术演进早期钢丝绳钻机119世纪，使用冲击式钻进方法，效率低下2旋转钻机出现20世纪初，引入旋转钻进技术，大幅提高效率海上钻井发展31950年代，海上钻井平台技术突破，开启海洋油气勘探4定向钻井技术1980年代，能够精确控制钻井轨迹，提高采收率数字化智能钻井521世纪，利用大数据和人工智能优化钻井过程现代钻井系统组成12动力系统提升系统提供钻机所需的全部能量，通常为柴油发电机组负责钻具的起下作业，包括天车、大钩等设备34旋转系统循环系统使钻头旋转切削岩石，包括转盘、钻杆等输送钻井液，冷却钻头并带出岩屑，维持井壁稳定天然气开采与利用天然气处理技术压缩天然气CNG将天然气压缩至高压储存，主要用于城市公交和短途运输液化天然气LNG将天然气冷却至-162℃液化，体积减小约600倍，便于远距离运输天然气应用领域民用燃气天然气相比传统燃油有显著环保优势供应家庭烹饪、供暖和热水，清洁便捷工业燃料为陶瓷、玻璃等工业提供热能，排放低发电燃气轮机和联合循环发电效率高，启停灵活交通燃料天然气汽油天然气汽车排放低，成本优势明显主要污染物相对排放量对比（单位克/千瓦时）煤炭副产品及其应用煤炭深加工产品链煤焦油原煤可提取苯、酚、蒽等化工原料经过洗选后进入加工流程煤气含氢、甲烷等气体混合物煤制油合成材料通过液化技术转化为液体燃料生产染料、药品、塑料等煤焦油应用未来发展趋势煤焦油是煤炭干馏过程中产生的重要副产品，含有超过200种化合物，广泛应用于随着技术进步，煤炭利用正向更高效、更清洁的方向发展•医药工业生产阿司匹林、磺胺等药物•煤气化将煤转化为合成气，用于发电或化工•食品工业人工甜味剂（如阿斯巴甜）的原料•煤液化直接或间接法将煤转化为液体燃料•建材行业防水材料、道路沥青•多联产同时生产电力、热力和化工产品技术驱动能源开发科技创新正持续突破能源开发的边界从传统的手工开采到现代化的智能钻井，能源开发技术的飞跃为人类社会提供了源源不断的动力支持第三章能源地缘政治与未来挑战本章将探讨全球能源资源分布格局、地缘政治风险以及未来能源发展面临的环境与转型挑战全球油气资源分布与进口依赖主要产油区域主要进口国需求25%22%中东地区北美地区以沙特阿拉伯、伊拉克、伊朗为主，全球美国页岩油革命后储量大增，加拿大油砂石油储量最集中区域资源丰富欧洲美国中国印度日本其他18%亚洲国家（中国、印度）的进口需求增长迅速，成为全球俄罗斯能源市场的主要推动力西伯利亚和远东地区拥有丰富石油资源，全球最大天然气储备国地缘政治风险案例伊拉克战争委内瑞拉危机2003年战争导致伊拉克石油生产中断，全球油价飙升战后重建政治动荡和经济危机导致拥有全球最大石油储量国家的产量大幅下缓慢，产能恢复受限，影响国际市场供应稳定滑，从2015年的日产300万桶降至2022年不足80万桶俄欧气源争端俄罗斯与欧洲围绕南溪管道、北溪二号等项目的争端，反映能源供应与地缘政治的复杂关系，影响区域能源安全地缘政治风险直接影响能源价格波动、供应链稳定性下降、国际投资环境恶化、区域安全局势紧张这些因素共同作用，增加了全球能源市场的不确定性历史数据表明，中东地区的政治动荡能使国际油价在短期内上涨15-30%，反映了地缘政治对能源市场的重大影响力国际能源公司与国家政策跨国公司与主权国家博弈中国的全球能源战略大型跨国石油公司（如埃克森美孚、壳中国作为全球最大能源消费国，积极在牌、道达尔）拥有先进技术和资本优全球布局势，但面临资源国不断增强的控制力•非洲战略在苏丹、安哥拉等国投资•产品分成协议PSA替代传统特许权油气资源•资源国提高税收和特许权使用费•一带一路能源合作建设跨境油气管道•国有石油公司崛起（沙特阿美、中石油等）•多元化战略分散进口来源，降低供应风险•国企出海中石油、中石化、中海油全球布局未来能源趋势与替代方案石油终结论评析清洁能源转型路径虽然化石能源终将耗尽，但技术进步不断延长其寿命能效提升•非常规资源开发（页岩油气、油砂）提高能源使用效率，减少浪费•提高采收率技术（三次采油）天然气桥接•深海和极地勘探开发关键挑战不是资源耗尽，而是环境约束和成本效益用清洁的天然气替代煤炭和石油可再生能源全球石油消费增速已从20世纪末的每年2-3%降至目前的约1%，部分原因是替代能源的兴起大力发展风能、太阳能等清洁能源碳捕获与封存减少化石燃料排放的技术路径碳捕获与封存技术（CCS）是实现化石能源清洁利用的关键技术，可捕获90%以上的二氧化碳₂排放，但当前成本仍然较高，约为60-100美元/吨CO能源的全球博弈能源资源分布不均衡，催生了复杂的国际贸易网络和地缘政治格局从中东到北美，从俄罗斯到中国，能源贸易路线串联起全球经济，也成为国际关系中的关键变量煤炭的环境影响与清洁利用燃煤排放的主要污染物清洁煤技术二氧化碳CO₂二氧化硫SO₂95%主要温室气体，导致全球气候变化形成酸雨，损害植被和建筑物脱硫效率氮氧化物颗粒物NOx PM先进湿法脱硫技术形成光化学烟雾，危害呼吸系统悬浮微粒可深入肺部，影响健康85%重金属脱硝效率汞、铅等通过食物链积累，毒性强选择性催化还原技术

99.9%除尘效率电袋复合除尘器超超临界发电技术可将煤炭发电效率提高至45%以上，比传统亚临界机组高10个百分点，大幅减少单位电量的煤炭消耗和排放可持续煤炭利用三原则提高能效、减少排放、循环利用通过技术创新和严格管理，煤炭仍可在能源转型期发挥重要作用石油炼制与产品原油炼制工艺流程原油预处理脱盐、脱水，去除杂质常压蒸馏根据沸点差异将原油分离为不同馏分减压蒸馏进一步处理常压塔底油，避免热裂解催化裂化将大分子裂解为更有价值的小分子加氢处理去除硫、氮等杂质，提高产品质量催化重整提高汽油辛烷值，生产芳烃主要石油产品及用途汽油润滑油轻质馏分，主要用作汽车燃料，占原油产品约45%减少机械摩擦，延长设备寿命，约占2%柴油沥青中质馏分，用于卡车、船舶和发电，约占25%重质馏分，用于道路铺设和防水材料，约占5%航空煤油石化原料特殊馏分，用于喷气式飞机燃料，约占8%乙烯、丙烯等基础化工原料，约占15%天然气市场与价格波动天然气市场特点区域性市场北美、欧洲和亚洲三大区域市场价格机制不同季节性波动冬季取暖需求造成价格明显上涨，夏季相对低迷合同多样性长期合同与现货交易并存，亚洲以长期合同为主定价机制北美以市场定价，欧洲混合模式，亚洲多与油价挂钩主要影响因素•地缘政治俄乌冲突导致2022年欧洲天然气价格上涨近10倍•供需平衡亚洲需求增长速度超过供应扩张•基础设施LNG接收站和管道建设制约市场扩张•替代能源可再生能源发展影响天然气需求增速亚洲天然气价格走势煤、石油、天然气的安全生产煤矿安全主要风险•瓦斯爆炸•顶板冒落•水害与火灾石油安全•粉尘危害安全措施主要风险•瓦斯监测系统•井喷失控•采空区密闭•火灾爆炸•自动喷雾降尘•环境污染•设备故障安全措施•防喷器组BOP•压力监测系统•紧急关断装置安全是能源开发的生命线先进监测技术为能源开发保驾护航从煤矿深处到海上钻井平台，安全生产系统全天候守护着每一位能源工作者的生命安全，也保障着能源供应的稳定可靠典型案例分析沙特阿拉伯油田加瓦尔油田概况全球影响加瓦尔（Ghawar）油田是世界上最大的常规油田•价格稳定器沙特通过调整加瓦尔产量来平衡全球市场亿•技术创新水平井、智能完井等技术广泛应用500•政治影响作为石油武器参与国际政治博弈•经济依赖沙特GDP的40%来自石油，其中加瓦尔贡献最大原始储量未来挑战约500亿桶原油，占沙特总储量的1/4加瓦尔油田面临的主要挑战包括万370•含水率上升目前已超过50%，影响产量•储量衰减原油采收率需通过技术提升面积•可持续发展沙特2030愿景寻求经济多元化约370万英亩，相当于6个北京市区万380高峰产量2005年曾达到日产380万桶年58开发历史自1948年发现以来持续生产典型案例分析美国页岩气革命技术突破环境争议水平井技术水资源消耗钻井可水平延伸数千米，接触更多储层单井压裂需1000-2000万加仑水水力压裂技术化学添加剂高压注入流体破裂岩石，释放气体压裂液含多种化学物质，存在污染风险微地震监测甲烷泄漏精确定位裂缝发展，优化压裂效果大数据分析开采过程中甲烷泄漏加剧温室效应诱发地震优化钻井位置和压裂参数经济与地缘政治影响压裂废水回注可能引发小型地震监管应对•美国2005-2019年天然气产量增加85%，油气进口依赖大幅下降•创造约200万个就业岗位，带动相关产业发展各州针对页岩气开发制定了不同的监管政策•改变全球能源贸易格局，美国成为LNG出口国•纽约州全面禁止水力压裂•降低中东石油在美国外交中的重要性•宾夕法尼亚州严格的废水处理标准•德克萨斯州相对宽松的管理政策典型案例分析中国能源结构转型能源消费结构变化驱动因素煤炭石油天然气可再生能源2010年中国能源消费结构环境压力空气质量改善需求推动清洁能源发展能源安全降低外部依赖，提高自主供应能力气候承诺碳达峰碳中和目标要求能源结构调整技术进步可再生能源成本大幅下降，竞争力提升中国已连续多年成为全球可再生能源投资最大国，在风电、光伏发电装机容量方面均位居世界第一，同时天然气消费量也以每年10%以上的速度增长教学总结与知识点回顾第一章资源形成第二章开采与利用第三章挑战与未来煤的形成过程煤炭开采技术地缘政治风险植物遗体在缺氧环境下经过露天开采与地下开采各有优资源分布不均衡导致国际能压实和热力变质形成缺点，应用场景不同源安全挑战石油与天然气起源油气钻探技术环境影响海洋生物遗骸在适宜温度条从传统钻机到智能钻井，效污染控制和碳减排成为能源件下转化形成率和精度大幅提升开发的重要约束储集特性天然气处理安全生产储层需要孔隙度和渗透性，CNG和LNG技术使天然气便各类能源开发都面临特定的盖层阻止油气逸散于储存和运输安全挑战产品链能源转型煤化工和石油炼制形成丰富清洁化、低碳化成为全球能的产品体系源发展趋势通过本课程的学习，我们系统了解了煤炭、石油和天然气三大化石能源的形成机理、开采技术和利用方式，认识到它们在现代社会中的重要地位，同时也意识到能源开发面临的环境挑战和未来转型方向互动环节能源小测验1煤的形成环境是？A.高氧环境B.低氧环境正确答案B-煤炭形成需要缺氧环境，否则有机物会完全氧化分解2石油主要来源于？A.陆地植物B.海洋生物正确答案B-石油主要由古代海洋浮游生物和微生物的遗体转化形成3天然气的主要成分是？A.甲烷B.二氧化碳₄正确答案A-天然气的主要成分是甲烷CH，通常占85-95%思考题课后实践

1.为什么煤炭、石油和天然气被称为化石燃料？它们与请查找一份近期的《BP世界能源统计年鉴》，分可再生能源的本质区别是什么？析不同国家和地区的能源结构特点，并思考其背

2.页岩气革命对全球能源格局产生了哪些影响？这些影后的经济、地理和政治因素响对中国有何启示？

3.在碳达峰碳中和背景下，传统化石能源行业应当如请分组讨论如果您是一个能源公司的决策者，面对未来何转型发展？20年全球能源转型趋势，您会如何制定公司发展战略？请考虑技术、市场和政策等多方面因素参考资料与推荐阅读教材与专著报告与数据•《煤炭地质学》王某某著，2023年•国际能源署IEA《世界能源展望2025》•《石油天然气工程》李某某编著，2024年•BP《世界能源统计年鉴2024》•《能源经济学》张某某著，2023年•中国石油经济技术研究院《中国能源展望2035》•《非常规油气资源开发》刘某某编著，2022年•联合国政府间气候变化专门委员会IPCC《特别报告全球升温

1.5°C》•《能源与地缘政治》赵某某著，2024年期刊文献•《中国煤炭开采技术进展》，《煤炭学报》2023年第5期•《全球天然气贸易格局变化研究》，《天然气工业》2024年第2期•《低碳转型背景下石油企业发展策略》，《石油学报》2023年第8期网络资源•中国能源网www.energy.cn•国际能源署数据库www.iea.org/data-and-statistics•国家能源局官方网站www.nea.gov.cn谢谢聆听！欢迎提问与交流让我们共同探索能源的未来联系方式课程资源energyclass@example.com课件下载energy.edu/course/fossil能源科学与工程学院在线讨论平台energy.edu/forum。