淺談天然氣水合物開采技術(shù)

邱新桐

摘要：隨著天然氣水合物基礎(chǔ)研究的不斷深入 ，天然氣水合物開采研究空前活躍 。在技術(shù)方法方面 ，傳統(tǒng)的熱激發(fā)開采法、減壓開采法與化學(xué)抑制劑注入開采法獲得了不斷的發(fā)展與改進(jìn)；新型開采技術(shù)如CO2置換法與固體開采法引起了學(xué)者們的極大關(guān)注；最近我國(guó)還研 制出適合于海洋天然氣水合物開采的水力提升法。

關(guān)鍵詞：天然氣水合物；開采技術(shù)

天然氣水合物具有巨大的資源潛能，但只有解決了其開采問(wèn)題，天然氣水合物才能成為一種真正的能源。近10年來(lái)，對(duì)天然氣水合物研究起步較早的一些國(guó)家，明顯加速了天然氣水合物開采研究的步伐，在開采技術(shù)、開采工藝、開采面臨的環(huán)境問(wèn)題等方面做了大量工作， 并在凍土區(qū)進(jìn)行了天然氣水合物開采試驗(yàn)。我國(guó)近年來(lái)也已介入天然氣水合物開采研究領(lǐng)域，但總體上，國(guó)內(nèi)天然氣水合物開采研究才剛剛開始，尚沒(méi)有進(jìn)行試采研究。

1.開采方法的改進(jìn)與發(fā)展

天然氣水合物是一種由天然氣和水組成的亞穩(wěn)定態(tài)礦物， 存在于特定的溫壓條件下。一旦賦存條件發(fā)生變化，天然氣水合物藏的相平衡就會(huì)被破壞，引起天然氣水合物分解。傳統(tǒng)的天然氣水合物開采技術(shù)就是根據(jù)天然氣水合物的這種性質(zhì)而設(shè)計(jì)的，主要包括熱激發(fā)開采法、減壓開采法與化學(xué)試劑注入開采法[1]。隨著天然氣水合物基礎(chǔ)研究的不斷深入，近些年又涌現(xiàn)出一些新的開采技術(shù) ，如CO2置換法與固體開采法等[2]。

1.1 傳統(tǒng)開采方法的改進(jìn)與技術(shù)缺陷

（1） 熱激發(fā)開采法

熱激發(fā)開采法是直接對(duì)天然氣水合物層進(jìn)行加熱 ， 使天然氣水合物層的溫度超過(guò)其平衡溫度， 從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣的開采方法。這種方法經(jīng)歷了直接向天然氣水合物層中注入熱流體加熱、火驅(qū)法加熱、井下電磁加熱以及微波加熱等發(fā)展歷程[3]。熱激發(fā)開采法可實(shí)現(xiàn)循環(huán)注熱， 且作用方式較快。加熱方式的不斷改進(jìn)，促進(jìn)了熱激發(fā)開采法的發(fā)展。但這種方法至今尚未很好地解決熱利用效率較低的問(wèn)題，而且只能進(jìn)行局部加熱，因此該方法尚有待進(jìn)一步完善。

（2）減壓開采法

減壓開采法是一種通過(guò)降低壓力促使天然氣水合物分解的開采方法。減壓途徑主要有兩種：①采用低密度泥漿鉆井達(dá)到減壓目的；②當(dāng)天然氣水合物層下方存在游離氣或其他流體，通過(guò)泵出天然氣水合物層下方的游離氣或其他流體來(lái)降低天然氣水合物層的壓力[4]。減壓開采法不需要連續(xù)激發(fā) ，成本較低，適合大面積開采，尤其適用于存在下伏游離氣層的天然氣水合物藏的開采 ，是天然氣水合物傳統(tǒng)開采方法中最有前景的一種技術(shù)。但它對(duì)天然氣水合物藏的性質(zhì)有。

1.2 開采新思路的涌現(xiàn)與發(fā)展

隨著天然氣水合物開采研究的深入，近10年來(lái)涌現(xiàn)出一些新的天然氣水合物開采思路。

CO2置換開采法是近期比較熱門的研究對(duì)象。這種方法首先由日本研究者提出，方法依據(jù)的仍然是天然氣水合物穩(wěn)定帶的壓力條件。在一定的溫度條件下，天然氣水合物保持穩(wěn)定需要的壓力比CO2水合物更高。因此在某一特定的壓力范圍內(nèi)，天然氣水合物會(huì)分解 ，而CO2水合物則易于形成并保持穩(wěn)定 。如果此時(shí)向天然氣水合物藏內(nèi)注入CO2氣體，CO2氣體就可能與天然氣水合物分解出的水生成 CO2水合物。這種作用釋放出的熱量可使天然氣水合物的分解反應(yīng)得以持續(xù)地進(jìn)行下去。CO2置換開采法已引起了廣泛關(guān)注 。美國(guó)能源部目前正資助一項(xiàng)“CO2置換開采法”研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目已于 2006 年 4 月啟動(dòng)， 預(yù)計(jì)到2008年6月完成。目標(biāo)是研制一種二氧化碳與水的乳化裝置，從而制造出具有暫時(shí)穩(wěn)定性的二氧化碳-水微乳化溶液。通過(guò)向天然氣水合物藏中注入這種微乳化溶液，置換出天然氣水合物中的甲烷氣體。

另一種開采新思路是固體開采法。固體開采法最初是直接采集海底固態(tài)天然氣水合物， 將天然氣水合物拖至淺水區(qū)進(jìn)行控制性分解。這種方法進(jìn)而演化為混合開采法或稱礦泥漿開采法。該方法的具體步驟是 ，首先促使天然氣水合物在原地分解為氣液混合相 ，采集混有氣、液 、固體水合物的混合泥漿 ，然后將這種混合泥漿導(dǎo)入海面作業(yè)船或生產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行處理， 促使天然氣水合物徹底分解， 從而獲取天然氣。

近年來(lái)， 我國(guó)加強(qiáng)了天然氣水合物開采的研究力度，以中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所為代表的一些機(jī)構(gòu)在海洋天然氣水合物開采裝置、開采技術(shù)方面取得了一些創(chuàng)新性成果。在2004 年研制出天然氣水合物一維開采實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，廣州能源研究所又研制出國(guó)內(nèi)第一套天然氣水合物二維開采實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)。此外，該所還在海洋天然氣水合物固體開采方面獲得了幾項(xiàng)技術(shù)專利，提出了海洋天然氣水合物開采的水力提升法[27]。水力提升法是利用海底集礦系統(tǒng)對(duì)天然氣水合物進(jìn)行原地粉碎，采集含有固、液 、氣三相的混合物質(zhì)，由水力提升系統(tǒng)上傳到海面作業(yè)船上的天然氣水合物分解系統(tǒng)，再導(dǎo)入海面高溫海水對(duì)天然氣水合物進(jìn)行分解。在上述天然氣水合物開采方法中，熱激發(fā)開采法與減壓開采法投入的研究較多，也較為成熟；CO2置換開采法正處于積極的研究之中；隨著開采裝置的改進(jìn)， 固體開采法也獲得了進(jìn)一步發(fā)展。盡管如此，天然氣水合物開采目前還只是具有技術(shù)可行性，現(xiàn)階段天然氣水合物開采面臨的最大挑戰(zhàn)是如何解決經(jīng)濟(jì)可行性問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡奧林.天然氣水合物資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀[J].石油與天然氣化工， 1995， 4（2）：101-106.

[2]M ax M D .大洋甲烷水合物是一種“未勘探”的天然氣資源[J].韓乃明， 譯.海洋地質(zhì)譯叢， 1996，（4）：48-56.

[3]史斗， 鄭軍衛(wèi).世界天然氣水合物研究開發(fā)現(xiàn)狀和前景[J].地球科學(xué)進(jìn)展，1999，14（4）：330-339.

[4]唐良廣， 馮自平， 李小森， 等.海洋滲漏型天然氣水合物開采的新模式[J].能源工程， 2006，（1）：15-18.