天然氣水合物開采技術(shù)研究進(jìn)展

姬小飛

摘要：天然氣水合物廣泛分布于大陸凍土和島嶼斜坡、極地大陸，都可以探尋到它們的足跡，但是對于它的開采比較困難。天然氣水合物具有高效、節(jié)能、清潔的特點，基于它的巨大價值，雖然開采過程中面臨著巨大的風(fēng)險，但是很多國家始終沒有放棄對于它的開采和利用。

關(guān)鍵詞：天然氣水合物;開采技術(shù);進(jìn)展

前言

隨著全球常規(guī)能源的消耗逐漸加大，人們對開發(fā)清潔高效新能源的呼聲日益強(qiáng)烈。NGH因分布范圍廣、儲量大及可燃性強(qiáng)等特性成為全球關(guān)注的焦點。迄今為止，發(fā)達(dá)國家已嘗試?yán)枚喾N開發(fā)方式對可燃冰進(jìn)行試采，但由于受相關(guān)技術(shù)條件的限制，尚未取得突破性進(jìn)展。如何盡快突破可燃冰的資源勘探、選區(qū)評價及開采技術(shù)，對構(gòu)建低碳環(huán)保的現(xiàn)代能源體系具有戰(zhàn)略意義。地?zé)崮茏鳛橐环N新型可再生資源，具有穩(wěn)定性強(qiáng)、帶動系數(shù)高、分布范圍廣、成本低及環(huán)境友好等特點，開發(fā)前景好，是地質(zhì)工作的一個新領(lǐng)域。我國南海海域同時蘊(yùn)含豐富的可燃冰資源和地?zé)豳Y源，在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合深海地?zé)衢_采天然氣水合物技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)一經(jīng)提出就受到油氣工業(yè)界的廣泛關(guān)注，具有其他可燃冰開采方式無法比擬的優(yōu)勢。此新型聯(lián)合開采天然氣水合物工藝，將換熱、抽熱及注熱法開采可燃冰技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了深海NGH和地?zé)崮艿木C合利用，一舉兩得。

1天然氣水合物

Davy于1810年首次在室內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種氣體水合物，該物質(zhì)為類冰狀結(jié)構(gòu)，并提出該結(jié)晶化合物是油氣生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中管道、設(shè)備堵塞的罪魁禍?zhǔn)住?934年，Hammerschmidt將此類冰狀物體命名為甲烷水合物。從1960年開始，相繼在前蘇聯(lián)、加拿大發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的NGH礦藏，自此對其開發(fā)和利用的研究拉開序幕。自可燃冰被發(fā)現(xiàn)以來，世界各國對NGH的探索和研究一直處于活躍狀態(tài)，迄今為止，國際上已有超過80個國家和地區(qū)直接或間接參與了可燃冰的研究?？扇急且环N籠形結(jié)晶包合物，是在合適的環(huán)境下（適宜的T、P、鹽度、pH等）由CH和HO作用生成的似冰狀固態(tài)水合物。其外形如冰雪狀，遇火即可燃燒，密度為0.905～0.910g/cm。在不同的低溫高壓條件下，CH與水分子結(jié)晶形成不同類型的多面體結(jié)構(gòu)，NGH的主要組成結(jié)構(gòu)分為客體分子以甲烷、乙烷等小直徑烴為主的Ⅰ型，以小分子烴和大分子烴結(jié)合而成的Ⅱ型，晶體分子可容納異戊烷等更大的分子烴的H型。據(jù)估計，天然氣水合物總量等同于2.1×10～4.0×10mCH（大約10000×10t甲烷碳），約為已探明常規(guī)能源總量的2倍以上，全球有將近97%的NGH分布于深海中，僅3%分布在陸地凍土帶。我國的南海地區(qū)具有豐富的泥質(zhì)粉砂型NGH資源。2020年3月18日，中國南海海域NGH第二輪試采成功，此次試采實現(xiàn)了對常規(guī)技術(shù)的自主創(chuàng)新，打破了多項世界紀(jì)錄，為推進(jìn)NGH開采的產(chǎn)業(yè)化提供了珍貴的實踐經(jīng)驗和技術(shù)儲備。

2天然氣水合物的特點

2.1分布廣泛

天然氣水合物廣泛分布于世界各個角落，如加勒比海和南美洲東部大陸邊緣等都有天然氣水合物的分布，廣泛的分布范圍為世界各國對天然氣水合物的開采利用提供了條件，世界各國可以更加便利的開采天然氣水合物，促進(jìn)了資源的利用和發(fā)展。

2.2清潔高效

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到環(huán)境的重要性。在過去的幾十年里，世界各國為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)，不斷對環(huán)境進(jìn)行掠奪。在發(fā)展的進(jìn)程中，動物離開了生存的環(huán)境，植物被一個接一個地制成精美的家具，特別是為了亞馬遜森林的砍伐。化工廠隨意向大氣排放有毒氣體，印刷廠向河流排放廢水。這樣的事情繼續(xù)發(fā)生，讓曾經(jīng)年輕可愛的地球留下了傷疤。因此，綠色能源近年來受到世界各國的青睞，如氫能、太陽能、生物能、地?zé)崮艿鹊缺粡V泛的應(yīng)用到企業(yè)的生產(chǎn)中來。

3天然氣水合物的開采方法

3.1熱激開采法

熱激開采法是天然氣水合物的開采方法之一，它主要是利用天然氣水合物只能低溫保存的缺點進(jìn)行突破，通過火驅(qū)加熱和熱流體加熱改變天然氣水合物的存在狀態(tài)，將其分解為水和天然氣，然后分離出天然氣的過程。熱沖擊采礦法在一定程度上促進(jìn)了天然氣水合物的開采，但是在利用的過程中熱利用效率較低，而且只能局部加熱，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

3.2減壓開采法

在開采的過程中可以利用這個特點，對其進(jìn)行減壓處理，將天然氣和水分進(jìn)行分離，從而得到天然氣，一般來說，減壓開采法在傳統(tǒng)的開采方法中備受人們喜愛。減壓開采法雖然也存在一些問題，但是總體來說能夠解決人們對于天然氣水合物開采利用的問題。

3.3化學(xué)抑制法

化學(xué)抑制法就是在開采過程中，通過加入一些化學(xué)試劑如甲醇、乙醇等化學(xué)試劑來改變水合物的存在狀態(tài)，促進(jìn)天然氣水合物的分解，在一定程度上可以實現(xiàn)天然氣水合物的開采，但是在開采過程中，運(yùn)用化學(xué)試劑的費(fèi)用比較高，而且相較于熱激加熱法相比，它的作用緩慢，這是開采人員需要注意的問題。

3.4新型開采技術(shù)

一些專家和學(xué)者突破了常規(guī)開采技術(shù)的局限，提出了新型NGH開發(fā)方式，主要包括部分氧化法、固態(tài)流化開采法及原位補(bǔ)熱降壓充填開采法等。部分氧化法，將氧化劑注入NGH儲層，由氧化反應(yīng)產(chǎn)生的能量促進(jìn)NGH發(fā)生離解。針對深海淺層可燃冰儲層開發(fā)，提出了固體固態(tài)流化開采法，結(jié)合機(jī)械破碎流化技術(shù)和多相流體舉升技術(shù)，實現(xiàn)了深水淺層區(qū)域NGH的開采。2020年，一種全新的NGH開采方法—原位補(bǔ)熱降壓充填開采技術(shù)，將CaO粉末導(dǎo)入可燃冰儲層中，待儲層壓力降低后，NGH離解產(chǎn)生的H2O與CaO作用，釋放出大量的熱，有效彌補(bǔ)了降壓法面臨的補(bǔ)熱問題。

結(jié)束語

天然氣水合物的開采利用是社會資源利用發(fā)展的必然趨勢，所以各個國家和地方應(yīng)該重視對天然氣水合物開采和保護(hù)工作，促進(jìn)天然氣水合物給人們帶來便利的同時，保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境。

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