天然氣水合物

1、天然氣水合物開采,1. 簡介 2. 資源分布 3. 開采方法 4. 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,“可燃冰”：天然氣水合物“Flaming ice”: natural gas hydrate,天然氣水合物Natural Gas Hydrate,它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、 pH 值等）下由水和天然氣組成的類冰的、非化學(xué)計量的、籠形結(jié)晶化合物（Clathrate） 一種固態(tài)結(jié)晶物 外觀象雪或松散的冰 遇火即可燃燒，故又稱“可燃冰” 。 比水輕，而重于烴類液體，密度一般在0.8-1.0 g/cm3之間，除熱膨脹和熱傳導(dǎo)性質(zhì)外，光譜性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等同冰相似,天然氣水合物Natural G

2、as Hydrate,它可用 MnH2O來表示 M代表水合物中的氣體分子，n為水合指數(shù)（也就是水分子數(shù)）。 組成天然氣的成分如 CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S 等可形成單種或多種天然氣水合物。 形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷 對甲烷分子含量超過 99 的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物（Methane Hydrate）。,氣體水合物,水-水：氫鍵 (hydrogen bond) 水分子“籠子 (cavity)”,氣體分子：CH4, C2H4, C2H6, C3H8, Ne, Ar, Kr, Xe, N2, H2S, CO2, ,氣體水合物的類型,氣體水合

3、物的儲氣性質(zhì),儲氣能力： 110 kg甲烷/m3水合物,1 m3水合物,0.8 m3水,164 m3天然氣,天然氣水合物的發(fā)現(xiàn),1810:發(fā)現(xiàn)氣體水合現(xiàn)象 1930-1940：天然氣的管線中常有甲烷氣水包合物的結(jié)晶阻礙傳輸 1964：西伯利亞凍原區(qū)首次發(fā)現(xiàn)自然的甲烷氣水包合物 1977：大西洋的震測探勘也發(fā)現(xiàn)深海的富含甲烷氣水包合物的巖層 2000之后：致力于甲烷氣水包合物的研究,天然氣水合物開采,1. 簡介 2. 資源分布 3. 開采方法 4. 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,2. 天然氣水合物分布,自然界中天然氣水合物中的碳量 11013噸 相當于已探明所有化石能源碳量總和的2倍 海洋沉積層內(nèi)天然氣水合物中

4、甲烷的資源量為310157.61018m3 可滿足人類需要1000多年,天然氣水合物資源狀況,未來的接替能源,天然氣水合物資源狀況,2. 天然氣水合物分布,地球上27%的陸地和90%的海域均具備天然氣水合物生成的條件 天然氣水合物在廣泛分布在大陸、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起區(qū)、極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境 永凍層水合物 海洋水合物 水深大于100-250米（兩極地區(qū)）和大于400-650米（赤道地區(qū)）的深海海底以下數(shù)百米至1000多米的沉積層內(nèi) 這里的壓力和溫度條件能使天然氣水合物處于穩(wěn)定的固態(tài)。,？,天然氣水合物平衡相圖,平均水深18米 最深85米 大陸架,極低大陸

5、架,我國的天然氣水合物資源,天然氣水合物存在的區(qū)域： 南海西沙海槽 東沙陸坡 臺灣西南陸坡 南沙海槽 沖繩海槽等,2007年5月，我國在南海北部的首次采樣成功，證實了我國南海北部蘊藏豐富的天然氣水合物資源 繼美國、日本、印度之后第4個通過國家級研發(fā)計劃采到水合物實物樣品的國家。,天然氣水合物的產(chǎn)地,天然氣水合物開采,1. 簡介 2. 資源分布 3. 開采方法 4. 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,3. 天然氣水合物開采方法,3. 天然氣水合物開采方法,注熱開采 減壓開采 注化學(xué)試劑開采 CO2置換 固體開采,新型開采方法,傳統(tǒng)開采方法,3. 天然氣水合物開采方法,注熱開采法 直接對天然氣水合物層進行加熱,使天然

6、氣水合物層的溫度超過其平衡溫度,從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣的開采方法。,3. 天然氣水合物開采方法,注熱開采法 這種方法發(fā)展很快，加熱方式不斷改進 直接注入熱流體加熱火驅(qū)法加熱井下電磁加熱微波加熱 特點： 可實現(xiàn)循環(huán)注熱 作用方式快。 缺點： 需要消耗大量能量 熱利用效率較低 只能進行局部加熱 因此該方法尚有待進一步完善。,3. 天然氣水合物開采方法,減壓開采 一種通過降低壓力促使天然氣水合物分解的開采方法。,3. 天然氣水合物開采方法,減壓開采 減壓途徑主要有兩種: 采用低密度泥漿鉆井達到減壓目的; 當天然氣水合物層下方存在游離氣或其他流體時,通過泵出天然氣水合物層下方的游離氣或其

7、他流體來降低天然氣水合物層的壓力 。 特點： 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)。 限制條件： 對天然氣水合物藏的性質(zhì)有特殊的要求,只有當天然氣水合物藏位于溫壓平衡邊界附近時,減壓開采法才具有經(jīng)濟可行性,3. 天然氣水合物開采方法,化學(xué)試劑注入開采法 通過向天然氣水合物層中注入某些化學(xué)試劑,以破壞天然氣水合物藏的相平衡條件, 促使天然氣水合物分解 。 如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等,3. 天然氣水合物開采方法,化學(xué)試劑注入開采法 特點： 可降低初期能量輸入 所需的化學(xué)試劑費用昂貴 對天

8、然氣水合物層的作用緩慢 還會帶來一些環(huán)境問題 目前對這種方法投入的研究相對較少。,3. 天然氣水合物開采方法,CO2 置換開采法。 這種方法首先由日本研究者提出 方法依據(jù)天然氣水合物穩(wěn)定帶的壓力條件,3. 天然氣水合物開采方法,CO2 置換開采法 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 在某一特定的壓力范圍內(nèi),天然氣水合物會分解,而CO2 水合物則易于形成并保持穩(wěn)定。 天然氣水合物分解吸熱 CO2水合物形成放熱 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)地進行下去。,3. 天然氣水合物開采方法,固體開采法。 是直接采集海底固態(tài)天然氣水合物,將天然氣水

9、合物拖至淺水區(qū)進行控制性分解。,3. 天然氣水合物開采方法,固體開采法 這種方法進而演化為混合開采法或稱礦泥漿開采法。 具體步驟 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 將這種混合泥漿導(dǎo)入海面作業(yè)船或生產(chǎn)平臺進行處理 促使天然氣水合物徹底分解,從而獲取天然氣,3. 天然氣水合物開采方法,混合方法開采 單單采用某一種方法來開采天然氣水合物是不經(jīng)濟的,只有結(jié)合不同方法的優(yōu)點才能達到對水合物的有效開采。,例如：將降壓法和熱開采技術(shù)結(jié)合使用 即先用熱激發(fā)法分解天然氣水合物,后用降壓法提取游離氣體，這樣取得的效果可能會更好一些。,天然氣水合物開采,1. 簡介 2.

10、資源分布 3. 開采方法 4. 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,4. 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,環(huán)境問題瓶頸 天然氣水合物藏的開采會改變天然氣水合物賴以賦存的溫壓條件,引起天然氣水合物的分解。在天然氣水合物藏的開采過程中如果不能有效地實現(xiàn)對溫壓條件的控制,就可能產(chǎn)生一系列環(huán)境問題, 溫室效應(yīng)的加劇 海洋生態(tài)的變化 天然氣泄漏到海洋中，氧化加劇，海洋缺氧 海水汽化和海嘯,甚至會產(chǎn)生海水動蕩和氣流負壓卷吸作用 海底滑塌,可燃冰勘探開發(fā)是一個系統(tǒng)工程，涉及海洋地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、流體動力學(xué)、鉆探工程等多個學(xué)科,水合物開采的環(huán)境評價 地質(zhì)災(zāi)害與全球變化,各國水合物技術(shù)進展,2000年開始，可燃冰的研究與勘探進入高峰期，世界上至少有30多個國家和地區(qū)參與其中。 其中以美國的計劃最為完善，并且每年用于可燃冰研究的財政撥款達上千萬美元。,各國水合物技術(shù)進展,日本 可燃冰塊，可供用14年 世界最前沿 目前已經(jīng)能夠進行商業(yè)開采 2011年4月已經(jīng)完成對本州島附近可燃冰開采的演練 環(huán)境問題瓶頸,各國水合物技術(shù)進展,中國 2006年8月，中國宣布，未來10年，中國將投入8億元進行“可燃冰”的勘探研究，預(yù)計2020年進行試開采。 樂觀估計，中國在30年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)“可燃冰”的商業(yè)開發(fā)。 中國繪制可燃冰的商業(yè)開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃路線： 2010年-2020年：研究調(diào)查階段； 2020年-2030年：開發(fā)試生產(chǎn)階段； 2030