可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析課件

1、可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析關(guān)于可燃冰研究進(jìn)展的調(diào)研報(bào)告關(guān)于可燃冰研究進(jìn)展的調(diào)研報(bào)告報(bào)告人：趙秋陽(yáng)報(bào)告人：趙秋陽(yáng)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析目錄目錄 可燃冰的概念和結(jié)構(gòu)可燃冰的概念和結(jié)構(gòu) 可燃冰的形成條件及存在狀態(tài)可燃冰的形成條件及存在狀態(tài) 可燃冰熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)性質(zhì) 可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患 中國(guó)可燃冰勘探和研究現(xiàn)狀中國(guó)可燃冰勘探和研究現(xiàn)狀可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析可燃冰的概念和結(jié)構(gòu)可燃冰的概念和結(jié)構(gòu)OnHCH24可燃冰的全稱為可燃冰的全稱為甲烷氣水合物甲烷氣水合物(Methane clathrate )，也稱，也稱作甲烷水合物、甲烷冰、作甲烷水合物、甲烷冰、

2、天然氣水合物天然氣水合物。可燃冰是一種無(wú)。可燃冰是一種無(wú)色透明冰狀晶體，是甲烷和水所形成的一種籠型氣體水合色透明冰狀晶體，是甲烷和水所形成的一種籠型氣體水合物水分子通過(guò)氫鍵相互吸引構(gòu)成籠甲烷分子就存在于物水分子通過(guò)氫鍵相互吸引構(gòu)成籠甲烷分子就存在于這種籠中；這種籠中；可燃冰的主要成分是甲烷可燃冰的主要成分是甲烷(80一一99)。從。從微現(xiàn)上看，其分子結(jié)構(gòu)就象是一個(gè)微現(xiàn)上看，其分子結(jié)構(gòu)就象是一個(gè)“籠子籠子”，若干個(gè)水分組成的若干個(gè)水分組成的“籠子籠子”里關(guān)著一個(gè)氣體里關(guān)著一個(gè)氣體分子。有的成五角十二面體，有的成五角分子。有的成五角十二面體，有的成五角(六六角角)十六面體。其分子式為十六面體。其分

3、子式為 式中式中n為水分于數(shù)。為水分于數(shù)。在常溫常壓下，在常溫常壓下，1立方米的立方米的“可燃冰可燃冰”可釋放出可釋放出164立方米的立方米的甲烷和甲烷和0.8立方米的水。立方米的水。可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物結(jié)構(gòu)類型有迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物結(jié)構(gòu)類型有I型結(jié)構(gòu)、型結(jié)構(gòu)、型結(jié)構(gòu)和型結(jié)構(gòu)和H型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)三種，如圖所示。三種，如圖所示。可燃冰的概念和結(jié)構(gòu)可燃冰的概念和結(jié)構(gòu)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析I型結(jié)構(gòu)為型結(jié)構(gòu)為立方晶體結(jié)構(gòu)立方晶體結(jié)構(gòu)，其在自然界分布最為廣泛，僅能容，其在自然界分布最為廣泛，僅能容納甲烷納甲烷(C1)、乙烷、乙烷(c2)這兩種小分子的烴以及這兩種

4、小分子的烴以及N2、C02、H2S等非烴分子，這種水合物中甲烷普遍存在的形式是構(gòu)成等非烴分子，這種水合物中甲烷普遍存在的形式是構(gòu)成 的是的是 幾何構(gòu)架。幾何構(gòu)架。型結(jié)構(gòu)為型結(jié)構(gòu)為菱形晶體結(jié)構(gòu)菱形晶體結(jié)構(gòu)，除包容，除包容Cl、Q等小分子外，較大等小分子外，較大的的“籠子籠子” (水合物分子中水分子間的空穴水合物分子中水分子間的空穴)還可容納丙烷還可容納丙烷(C3)及異丁烷及異丁烷(i-C4)等烴類。等烴類。H型結(jié)構(gòu)為型結(jié)構(gòu)為六方晶體結(jié)構(gòu)六方晶體結(jié)構(gòu)，其大的，其大的“籠子籠子”甚至可以容納直甚至可以容納直徑超過(guò)異丁烷徑超過(guò)異丁烷(i-C4)的分子，如其他直徑在的分子，如其他直徑在75A（埃）（埃）

5、86A（埃）（埃）之間的分子。之間的分子。H型結(jié)構(gòu)水合物早期僅見(jiàn)于實(shí)驗(yàn)室。型結(jié)構(gòu)水合物早期僅見(jiàn)于實(shí)驗(yàn)室。1993年才在墨西哥灣大年才在墨西哥灣大陸斜坡發(fā)現(xiàn)其天然形態(tài)。陸斜坡發(fā)現(xiàn)其天然形態(tài)。型和型和H型水合物比型水合物比I型水合物更穩(wěn)定。型水合物更穩(wěn)定?？扇急母拍詈徒Y(jié)構(gòu)可燃冰的概念和結(jié)構(gòu)OHCH2475. 5可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)在自然界發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物多呈白色、淡黃色、琥珀色、在自然界發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物多呈白色、淡黃色、琥珀色、暗褐色的亞等軸狀、層狀、小針狀結(jié)晶體或分散狀。暗褐色的亞等軸狀、層狀、小針狀結(jié)晶體或分散狀。它可存在于零下，也

6、可存在于零上溫度環(huán)境。它可存在于零下，也可存在于零上溫度環(huán)境。從所取得的巖心樣品來(lái)看，天然氣水合物可以多種方式存從所取得的巖心樣品來(lái)看，天然氣水合物可以多種方式存在：在：占據(jù)大的巖石粒間孔隙；占據(jù)大的巖石粒間孔隙；以球粒狀散布于細(xì)粒巖石中；以球粒狀散布于細(xì)粒巖石中；以固體形式填充在裂縫中；以固體形式填充在裂縫中；大塊固態(tài)水合物伴隨少量沉積物大塊固態(tài)水合物伴隨少量沉積物。可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析在自然界，天然氣水合物的存在主要受氣源、組分、溫度、在自然界，天然氣水合物的存在主要受氣源、組分、溫度、壓力、鹽度等介質(zhì)條件的控制。壓力、鹽度等介質(zhì)條件的控制。研究發(fā)現(xiàn)可燃冰的形成有研究發(fā)現(xiàn)可燃冰的形成有

7、3個(gè)基本條件：個(gè)基本條件：(1)溫度在溫度在0左右，最高限是左右，最高限是20；再高就分解了；再高就分解了；(2)壓力大于壓力大于3 MPa；(3)有豐富的甲烷氣源和水源。有豐富的甲烷氣源和水源。環(huán)境溫度接近環(huán)境溫度接近0時(shí)只需時(shí)只需3個(gè)大氣壓便可形成可燃冰；若是在個(gè)大氣壓便可形成可燃冰；若是在只有一個(gè)大氣壓的環(huán)境中，則必須達(dá)到一只有一個(gè)大氣壓的環(huán)境中，則必須達(dá)到一76的低溫時(shí)可燃的低溫時(shí)可燃冰才能夠形成。此外，壓力越大，形成的可燃冰越不容易分冰才能夠形成。此外，壓力越大，形成的可燃冰越不容易分解；在足夠大的壓力下，可燃冰在解；在足夠大的壓力下，可燃冰在18時(shí)仍能維持穩(wěn)定。不時(shí)仍能維持穩(wěn)定。不

8、過(guò)這種依靠壓力維持的穩(wěn)定狀態(tài)也是有極限的一旦溫度超過(guò)這種依靠壓力維持的穩(wěn)定狀態(tài)也是有極限的一旦溫度超過(guò)過(guò)20度再太的壓力也無(wú)能為力，甲烷氣體便會(huì)逸出，導(dǎo)致可度再太的壓力也無(wú)能為力，甲烷氣體便會(huì)逸出，導(dǎo)致可燃冰分解。燃冰分解。可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)研究發(fā)現(xiàn)可燃冰的研究發(fā)現(xiàn)可燃冰的形成有形成有3個(gè)基本條個(gè)基本條件：件：(1)溫度在溫度在0左右，左右，最高限是最高限是20；再；再高就分解了；高就分解了；(2)壓力大于壓力大于3 MPa；(3)有豐富的甲烷有豐富的甲烷氣源和水源。氣源和水源。可燃冰

9、研究進(jìn)展總結(jié)與分析目前科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到到自然條件下可燃冰的形成主要有兩種目前科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到到自然條件下可燃冰的形成主要有兩種形式。一種是生物成因，另一種是熱成因，也可能由兩種成固形式。一種是生物成因，另一種是熱成因，也可能由兩種成固混合前成?；旌锨俺伞Ｉ锍梢蛏锍梢蚴侵冈诩?xì)菌等微生物的作用下，沉積物中含有的碳元是指在細(xì)菌等微生物的作用下，沉積物中含有的碳元索轉(zhuǎn)化為甲烷；在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件下，甲烷與水發(fā)生作索轉(zhuǎn)化為甲烷；在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件下，甲烷與水發(fā)生作用，轉(zhuǎn)化為氣水合物。即可燃冰。生物成幽的可燃冰通常具有用，轉(zhuǎn)化為氣水合物。即可燃冰。生物成幽的可燃冰通常具有甲烷濃度高、但空間分布

10、較為分散的特點(diǎn)。甲烷濃度高、但空間分布較為分散的特點(diǎn)。熱成因熱成因的可燃冰通常與石油、天然氣的形成和運(yùn)移密切相關(guān)。的可燃冰通常與石油、天然氣的形成和運(yùn)移密切相關(guān)。由于板塊運(yùn)動(dòng)或斷層活動(dòng)，在板塊邊緣或地層中會(huì)不斷產(chǎn)生裂由于板塊運(yùn)動(dòng)或斷層活動(dòng)，在板塊邊緣或地層中會(huì)不斷產(chǎn)生裂縫、空隙等可供氣體移動(dòng)的通道地層深部的生油母質(zhì)干酪根縫、空隙等可供氣體移動(dòng)的通道地層深部的生油母質(zhì)干酪根因熱解而產(chǎn)生的天然氣便有機(jī)會(huì)沿著這些通道上升到洋底表面因熱解而產(chǎn)生的天然氣便有機(jī)會(huì)沿著這些通道上升到洋底表面或陸地上的凍土層附近。在壓力作用下這些天然氣與溫度很或陸地上的凍土層附近。在壓力作用下這些天然氣與溫度很低的海水或凍土

11、層中的水發(fā)生作用，便形成了可燃冰。低的海水或凍土層中的水發(fā)生作用，便形成了可燃冰。熱成因熱成因形成的可燃冰一般分布較為集中，飽和度也比較高，而且其底形成的可燃冰一般分布較為集中，飽和度也比較高，而且其底部往往蘊(yùn)藏著具有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的天然氣。部往往蘊(yùn)藏著具有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的天然氣?？扇急男纬蓷l件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析地球深海底部的溫度通常低而穩(wěn)定，常年保持在地球深海底部的溫度通常低而穩(wěn)定，常年保持在24，水深，水深300米左右處便可達(dá)到米左右處便可達(dá)到30個(gè)大氣壓。因此，較深的海底環(huán)境個(gè)大氣壓。因此，較深的海底環(huán)境便成為形成和保存可燃冰的理想場(chǎng)所。據(jù)科學(xué)家推

12、斷，大約便成為形成和保存可燃冰的理想場(chǎng)所。據(jù)科學(xué)家推斷，大約90的大洋水域空間可以形成可燃冰。也就是說(shuō)，可燃冰在的大洋水域空間可以形成可燃冰。也就是說(shuō)，可燃冰在海洋水生態(tài)圈中應(yīng)是常見(jiàn)的成分。海洋水生態(tài)圈中應(yīng)是常見(jiàn)的成分。除了海底，陸地上也有能夠形成可燃冰的適宜環(huán)境。據(jù)研究除了海底，陸地上也有能夠形成可燃冰的適宜環(huán)境。據(jù)研究人員推斷，大約人員推斷，大約30的陸地具備可燃冰的形成條件，是發(fā)現(xiàn)的陸地具備可燃冰的形成條件，是發(fā)現(xiàn)可燃冰的潛在地區(qū)?？扇急臐撛诘貐^(qū)。目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的可燃冰主要存在于北極地區(qū)的永久凍士目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的可燃冰主要存在于北極地區(qū)的永久凍士帶內(nèi)，以及海底，陸坡、陸基和海溝等廣

13、闊海水之下的海底帶內(nèi)，以及海底，陸坡、陸基和海溝等廣闊海水之下的海底沉積層中，其蘊(yùn)藏量是相當(dāng)可觀的。沉積層中，其蘊(yùn)藏量是相當(dāng)可觀的?？扇急男纬蓷l件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析目前科學(xué)家提出了多種天然氣水合物成因機(jī)制，概括起來(lái)目前科學(xué)家提出了多種天然氣水合物成因機(jī)制，概括起來(lái)可分為兩類：可分為兩類：一是靜態(tài)形成體系一是靜態(tài)形成體系，即現(xiàn)存的，即現(xiàn)存的天然氣田因溫度或孔隙壓力或天然氣田因溫度或孔隙壓力或天然氣濃度的變化而轉(zhuǎn)變?yōu)樘焯烊粴鉂舛鹊淖兓D(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴馑衔铮诖诉^(guò)程中無(wú)外然氣水合物，在此過(guò)程中無(wú)外來(lái)物質(zhì)的加入。天然氣儲(chǔ)層若來(lái)物質(zhì)的加入。天然氣儲(chǔ)層若受到冷卻

14、作用引起地溫降低、受到冷卻作用引起地溫降低、壓縮作用導(dǎo)致天然氣壓力增加：壓縮作用導(dǎo)致天然氣壓力增加：或者由于儲(chǔ)層成巖作用使天然或者由于儲(chǔ)層成巖作用使天然氣濃度增加均可形成天然氣水氣濃度增加均可形成天然氣水合物。合物?？扇急男纬蓷l件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析二是動(dòng)態(tài)形成體系二是動(dòng)態(tài)形成體系，即天然，即天然氣從下部運(yùn)移至天然氣水合氣從下部運(yùn)移至天然氣水合物穩(wěn)定帶而形成天然氣水合物穩(wěn)定帶而形成天然氣水合物，在此過(guò)程中有外來(lái)物質(zhì)物，在此過(guò)程中有外來(lái)物質(zhì)進(jìn)入天然氣水合物穩(wěn)定帶中。進(jìn)入天然氣水合物穩(wěn)定帶中。儲(chǔ)層中天然氣和飽和水的滲儲(chǔ)層中天然氣和飽和水的滲濾作用、分子擴(kuò)散

15、作用或者濾作用、分子擴(kuò)散作用或者含氣重力流的遷移運(yùn)動(dòng)可形含氣重力流的遷移運(yùn)動(dòng)可形成天然氣水合物。成天然氣水合物。目前科學(xué)家提出了多種天然氣水合物成因機(jī)制，概括起來(lái)目前科學(xué)家提出了多種天然氣水合物成因機(jī)制，概括起來(lái)可分為兩類：可分為兩類：可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析目前的研究表明，天然氣水合物通常分布于兩類地區(qū)：一目前的研究表明，天然氣水合物通常分布于兩類地區(qū)：一是海底，另一是高緯度的極地地區(qū)。是海底，另一是高緯度的極地地區(qū)。前者占據(jù)全球天然氣水合物總量的前者占據(jù)全球天然氣水合物總量的90以上，主要分布于以上，主要分布于水深水深300m-3000m

16、的大陸架斜坡和深海盆地沉積物內(nèi)，后的大陸架斜坡和深海盆地沉積物內(nèi)，后者分布于永凍層內(nèi)；者分布于永凍層內(nèi)；就存在位置而言，海底天然氣水合物常分布于剖面上近似就存在位置而言，海底天然氣水合物常分布于剖面上近似平行海底的帶狀海底沉積物內(nèi)，形成所謂的天然氣水合物平行海底的帶狀海底沉積物內(nèi)，形成所謂的天然氣水合物穩(wěn)定帶穩(wěn)定帶(GHSZ)。此穩(wěn)定帶常以微小角度與沉積層斜交產(chǎn)。此穩(wěn)定帶常以微小角度與沉積層斜交產(chǎn)出。此帶以下還常圈閉著大量的游離甲烷氣體，從而導(dǎo)致出。此帶以下還常圈閉著大量的游離甲烷氣體，從而導(dǎo)致在地層反射剖面上產(chǎn)生特征的標(biāo)志在地層反射剖面上產(chǎn)生特征的標(biāo)志BSR似海底反射層似海底反射層(以前也有

17、人譯為海底模擬反射層以前也有人譯為海底模擬反射層)?？梢?jiàn)，天然氣水合物?？梢?jiàn)，天然氣水合物層常可與常規(guī)氣藏相伴而生，對(duì)常規(guī)氣藏起到較好的封蓋層常可與常規(guī)氣藏相伴而生，對(duì)常規(guī)氣藏起到較好的封蓋作用。作用。可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析據(jù)一些學(xué)者的研究，天然氣水合物層物理性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，據(jù)一些學(xué)者的研究，天然氣水合物層物理性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，其形成處在一個(gè)具有特定溫度、壓力和烴類分子濃度條件其形成處在一個(gè)具有特定溫度、壓力和烴類分子濃度條件的垂向范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)的斷裂活動(dòng)一旦切穿天然氣水的垂向范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)的斷裂活動(dòng)一旦切穿天然氣水合物層，在斷點(diǎn)處會(huì)迅速

18、形成新的天然氣水合物。因此，合物層，在斷點(diǎn)處會(huì)迅速形成新的天然氣水合物。因此，天然氣水合物層具有很好的分布穩(wěn)定性，可以不受長(zhǎng)期活天然氣水合物層具有很好的分布穩(wěn)定性，可以不受長(zhǎng)期活動(dòng)的斷層影響而對(duì)油氣起到持續(xù)的封蓋作用。動(dòng)的斷層影響而對(duì)油氣起到持續(xù)的封蓋作用。分類方法分類方法：根據(jù)天然氣水合物與氣藏的相對(duì)關(guān)系，天然氣：根據(jù)天然氣水合物與氣藏的相對(duì)關(guān)系，天然氣水合物對(duì)油氣的封蓋作用可分為垂向和側(cè)向水合物對(duì)油氣的封蓋作用可分為垂向和側(cè)向2種；據(jù)其接種；據(jù)其接觸關(guān)系可分為披覆型和接觸型；據(jù)其形成的相對(duì)時(shí)間先后觸關(guān)系可分為披覆型和接觸型；據(jù)其形成的相對(duì)時(shí)間先后可分為同生和后生可分為同生和后生2種；據(jù)其分

19、布的地質(zhì)構(gòu)造特征可分為種；據(jù)其分布的地質(zhì)構(gòu)造特征可分為穹隆遮擋型、底劈構(gòu)造型和地質(zhì)內(nèi)部型穹隆遮擋型、底劈構(gòu)造型和地質(zhì)內(nèi)部型3種。種?？扇急男纬蓷l件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析圖示出了天然氣水合物對(duì)常規(guī)氣藏的圈閉情況圖示出了天然氣水合物對(duì)常規(guī)氣藏的圈閉情況：可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰的形成條件和存在狀態(tài)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)目前，有關(guān)天然氣水合物的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的研究雖目前，有關(guān)天然氣水合物的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的研究雖然開(kāi)展的較多，但是都不完善，學(xué)者們提出的計(jì)算模型也然開(kāi)展的較多，但是都不完善，學(xué)者

20、們提出的計(jì)算模型也是眾說(shuō)紛紜，不能準(zhǔn)確描述天然氣水合物的儲(chǔ)層特性，尤是眾說(shuō)紛紜，不能準(zhǔn)確描述天然氣水合物的儲(chǔ)層特性，尤其是天然氣水合物動(dòng)力學(xué)研究還很不完善。其是天然氣水合物動(dòng)力學(xué)研究還很不完善。天然氣水合物在多孔介質(zhì)中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究，主要天然氣水合物在多孔介質(zhì)中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究，主要集中在多孔介質(zhì)的類型、潤(rùn)濕性和初始?jí)毫?duì)水合物生成集中在多孔介質(zhì)的類型、潤(rùn)濕性和初始?jí)毫?duì)水合物生成過(guò)程的影響。過(guò)程的影響。Makogon進(jìn)行的多孔介質(zhì)中氣體水合物的相平衡研究結(jié)果進(jìn)行的多孔介質(zhì)中氣體水合物的相平衡研究結(jié)果表明，為了克服多孔介質(zhì)中的表面張力以及水在介質(zhì)表面表明，為了克服多孔介質(zhì)中的表面張力

21、以及水在介質(zhì)表面吸附作用的影響，與氣液體系相比，氣體水合物在多孔介吸附作用的影響，與氣液體系相比，氣體水合物在多孔介質(zhì)中生成需要更低的溫度或者更高的壓力。質(zhì)中生成需要更低的溫度或者更高的壓力。Yousif和和Bondarev在巖心及多種介質(zhì)上對(duì)氣體水合物生成在巖心及多種介質(zhì)上對(duì)氣體水合物生成及分解的研究中也得到了近似的結(jié)論。及分解的研究中也得到了近似的結(jié)論?？扇急芯窟M(jìn)展總結(jié)與分析含水和水合物物質(zhì)的熱物理學(xué)性質(zhì)含水和水合物物質(zhì)的熱物理學(xué)性質(zhì) 表表上表表明，上表表明，水合物及其充填的分散介質(zhì)的導(dǎo)熱率和溫度傳水合物及其充填的分散介質(zhì)的導(dǎo)熱率和溫度傳導(dǎo)率大大低于冰的這兩種值，但比水的要高一些。導(dǎo)率大

22、大低于冰的這兩種值，但比水的要高一些。據(jù)此可據(jù)此可以認(rèn)為，熱方法既可以用于陸上天然氣水合物藏的普查和以認(rèn)為，熱方法既可以用于陸上天然氣水合物藏的普查和勘探，又可用于海洋沉積中天然氣水合物藏的普查和勘探勘探，又可用于海洋沉積中天然氣水合物藏的普查和勘探。可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析研究證明，天然氣水合物的導(dǎo)熱系數(shù)：研究證明，天然氣水合物的導(dǎo)熱系數(shù)：(WmK)主要與其主要與其密度有關(guān)。在密度為密度有關(guān)。在密度為400kgm3600 kgm3范圍時(shí)，范圍時(shí)，其關(guān)系近似于下列經(jīng)驗(yàn)方程式：其關(guān)系近似于下列經(jīng)驗(yàn)方程式：斯托爾和布拉依安用探測(cè)法測(cè)量了丙烷和甲烷

23、水合物的導(dǎo)斯托爾和布拉依安用探測(cè)法測(cè)量了丙烷和甲烷水合物的導(dǎo)熱系數(shù)。斯托爾測(cè)得的丙烷和甲烷水合物導(dǎo)熱系數(shù)值與切熱系數(shù)。斯托爾測(cè)得的丙烷和甲烷水合物導(dǎo)熱系數(shù)值與切爾斯基在密度為爾斯基在密度為680kgm3時(shí)的測(cè)得值一致。時(shí)的測(cè)得值一致。隨著壓力的隨著壓力的升高天然氣水合物導(dǎo)熱系數(shù)增加升高天然氣水合物導(dǎo)熱系數(shù)增加。在溫度為。在溫度為243K時(shí)，密度時(shí)，密度為為650kgm3的天然氣水合物導(dǎo)熱系數(shù)為的天然氣水合物導(dǎo)熱系數(shù)為：410*33. 821. 0p810*1 . 1237. 0可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析Tc310*8216. 0在壓力為在壓力為

24、9MPa時(shí)，天然氣水合物的比熱容時(shí)，天然氣水合物的比熱容c(kJkgK)與與溫度的關(guān)系為：溫度的關(guān)系為：在溫度為在溫度為243K時(shí)天然氣水合物的比熱容與壓力的關(guān)系近時(shí)天然氣水合物的比熱容與壓力的關(guān)系近似于方程為：似于方程為：在壓力為在壓力為10MPa時(shí)，密度為時(shí)，密度為440kgm3的天然氣水合物的天然氣水合物溫度傳導(dǎo)系數(shù)與溫度的關(guān)系；溫度為溫度傳導(dǎo)系數(shù)與溫度的關(guān)系；溫度為243K時(shí)，密度為時(shí)，密度為650kgm3的天然氣水合物與壓力的關(guān)系分別近似于下列的天然氣水合物與壓力的關(guān)系分別近似于下列經(jīng)驗(yàn)方程式：經(jīng)驗(yàn)方程式：pc810*85. 291. 1T9610*6 . 310*14. 1p157

25、10*17. 510*93. 1可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)氣體水合物在多孔介質(zhì)中的動(dòng)力學(xué)研究目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)氣體水合物在多孔介質(zhì)中的動(dòng)力學(xué)研究還很有限。還很有限。水合物動(dòng)力學(xué)包括生成動(dòng)力學(xué)與分解動(dòng)力學(xué)，水合物生成水合物動(dòng)力學(xué)包括生成動(dòng)力學(xué)與分解動(dòng)力學(xué)，水合物生成過(guò)程類似于結(jié)晶過(guò)程，生成過(guò)程可分為成核、生長(zhǎng)兩個(gè)過(guò)過(guò)程類似于結(jié)晶過(guò)程，生成過(guò)程可分為成核、生長(zhǎng)兩個(gè)過(guò)程。水合物成核是指形成臨界尺寸、穩(wěn)定水合物核的過(guò)程；程。水合物成核是指形成臨界尺寸、穩(wěn)定水合物核的過(guò)程；水合物生長(zhǎng)是指穩(wěn)定核的成長(zhǎng)過(guò)程。水合物生長(zhǎng)是指穩(wěn)定核的成長(zhǎng)過(guò)程。郭天

26、民等在綜合研究國(guó)內(nèi)外的動(dòng)力學(xué)模型后，提出了以下郭天民等在綜合研究國(guó)內(nèi)外的動(dòng)力學(xué)模型后，提出了以下水合物生成和分解動(dòng)力學(xué)模型：水合物生成和分解動(dòng)力學(xué)模型：1.雙過(guò)程水合物成核動(dòng)力學(xué)機(jī)理模型雙過(guò)程水合物成核動(dòng)力學(xué)機(jī)理模型2.甲烷水合物的分解動(dòng)力學(xué)模型甲烷水合物的分解動(dòng)力學(xué)模型可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析1.雙過(guò)程水合物成核動(dòng)力學(xué)機(jī)理模型雙過(guò)程水合物成核動(dòng)力學(xué)機(jī)理模型該模型認(rèn)為該模型認(rèn)為水合物的成核過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行著以下兩個(gè)動(dòng)力水合物的成核過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行著以下兩個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程學(xué)過(guò)程：(1)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程：氣體分子和水絡(luò)合生成化學(xué)計(jì)

27、：氣體分子和水絡(luò)合生成化學(xué)計(jì)量型的基礎(chǔ)水合物。量型的基礎(chǔ)水合物。(2)吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程：基礎(chǔ)水合物存在：基礎(chǔ)水合物存在空孔，一些氣體小分子吸附于其中，導(dǎo)致整個(gè)水合物的非空孔，一些氣體小分子吸附于其中，導(dǎo)致整個(gè)水合物的非化學(xué)計(jì)量性?；瘜W(xué)計(jì)量性。在第一個(gè)過(guò)程中，類似于在第一個(gè)過(guò)程中，類似于Long和和Sloan的觀點(diǎn)的觀點(diǎn)，認(rèn)為溶于，認(rèn)為溶于水中的氣體分子與包圍它的水分子形成不穩(wěn)定的分子束，水中的氣體分子與包圍它的水分子形成不穩(wěn)定的分子束，分子束的大小取決于氣體分子的大小，一種分子只能形成分子束的大小取決于氣體分子的大小，一種分子只能形成一種大小的分子束。而不同的是他們認(rèn)為由于水合物中

28、有一種大小的分子束。而不同的是他們認(rèn)為由于水合物中有大、小兩種不同的孔，因此這些分子束有一部分需轉(zhuǎn)化為大、小兩種不同的孔，因此這些分子束有一部分需轉(zhuǎn)化為另一種大小的分子束以后才能開(kāi)始締合成核，這一轉(zhuǎn)化需另一種大小的分子束以后才能開(kāi)始締合成核，這一轉(zhuǎn)化需要較大的活化能，從而導(dǎo)致水合物成核誘導(dǎo)期較長(zhǎng)。要較大的活化能，從而導(dǎo)致水合物成核誘導(dǎo)期較長(zhǎng)?？扇急臒崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析而該模型認(rèn)為這種轉(zhuǎn)化并不需要而該模型認(rèn)為這種轉(zhuǎn)化并不需要，因?yàn)榉肿邮鴮?shí)際上是一，因?yàn)榉肿邮鴮?shí)際上是一種多面體，它們締合過(guò)程中為保持水分子的種多面體，它們締合過(guò)程中為保持水分子的4個(gè)

29、氫鍵處于飽個(gè)氫鍵處于飽和狀態(tài)，不可能做到緊密堆積，締合過(guò)程中必然形成空的和狀態(tài)，不可能做到緊密堆積，締合過(guò)程中必然形成空的包腔，稱其為連接孔，這也就是水合物中的另外一種與上包腔，稱其為連接孔，這也就是水合物中的另外一種與上述分子束大小不同的孔。述分子束大小不同的孔。 這一過(guò)程可以由下面的化學(xué)反應(yīng)這一過(guò)程可以由下面的化學(xué)反應(yīng)來(lái)描述：來(lái)描述：OHGGOH2222其中，其中，G表示客體表示客體(氣體分子氣體分子)；k為基礎(chǔ)水合物中每個(gè)水分子為基礎(chǔ)水合物中每個(gè)水分子所包絡(luò)的氣體分子數(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)所包絡(luò)的氣體分子數(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)I，k=323；對(duì)于結(jié)構(gòu)；對(duì)于結(jié)構(gòu)，k=117。在吸附過(guò)程中，溶于水中的氣體小分子

30、會(huì)進(jìn)入連。在吸附過(guò)程中，溶于水中的氣體小分子會(huì)進(jìn)入連接孔中。但這一過(guò)程并不是一定會(huì)發(fā)生。由于連接孔孔徑較接孔中。但這一過(guò)程并不是一定會(huì)發(fā)生。由于連接孔孔徑較小，對(duì)于較大的氣體大分子不會(huì)進(jìn)入其中。即使對(duì)于較小的小，對(duì)于較大的氣體大分子不會(huì)進(jìn)入其中。即使對(duì)于較小的氣體分子，也不會(huì)占據(jù)百分之百的連接孔，因此用氣體分子，也不會(huì)占據(jù)百分之百的連接孔，因此用Langmuir吸附理論來(lái)描述氣體分子填充連接孔的過(guò)程較為合理。吸附理論來(lái)描述氣體分子填充連接孔的過(guò)程較為合理?？扇急臒崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析2.甲烷水合物的分解動(dòng)力學(xué)模型甲烷水合物的分解動(dòng)力學(xué)模型水合物的

31、分解涉及氣體、水和固體水合物，溫度、壓力、水合物的分解涉及氣體、水和固體水合物，溫度、壓力、水合物粒子表面積和分解推動(dòng)力等對(duì)固體水合物分解速率水合物粒子表面積和分解推動(dòng)力等對(duì)固體水合物分解速率都有很大影響。都有很大影響。水合物分解過(guò)程可分為兩個(gè)步驟：水合物分解過(guò)程可分為兩個(gè)步驟：(1)水合物粒子表面的籠形格子結(jié)構(gòu)的解構(gòu)水合物粒子表面的籠形格子結(jié)構(gòu)的解構(gòu)，這一過(guò)程可，這一過(guò)程可以由下面的化學(xué)反應(yīng)來(lái)描述：以由下面的化學(xué)反應(yīng)來(lái)描述：其中，其中，G表示氣體；表示氣體；k為水合物中每個(gè)水分子所包絡(luò)的氣為水合物中每個(gè)水分子所包絡(luò)的氣體分子數(shù)。體分子數(shù)。GOHOHG2222可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰的

32、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析2.甲烷水合物的分解動(dòng)力學(xué)模型甲烷水合物的分解動(dòng)力學(xué)模型(2)客體分子由表面的解吸過(guò)程客體分子由表面的解吸過(guò)程。水合物分解發(fā)生在固體表面，而不是固體內(nèi)。分解過(guò)程水合物分解發(fā)生在固體表面，而不是固體內(nèi)。分解過(guò)程為吸熱過(guò)程，并假定分解過(guò)程中固體粒子保持恒溫。隨為吸熱過(guò)程，并假定分解過(guò)程中固體粒子保持恒溫。隨著分解的進(jìn)行，水合物粒子數(shù)減少，氣體在固體表面產(chǎn)著分解的進(jìn)行，水合物粒子數(shù)減少，氣體在固體表面產(chǎn)生，產(chǎn)生的氣體進(jìn)入主體氣相。假定反應(yīng)容器中的氣體生，產(chǎn)生的氣體進(jìn)入主體氣相。假定反應(yīng)容器中的氣體的物質(zhì)的量隨著氣體水合物的分解而增加，氣體由水合的物質(zhì)的量隨著

33、氣體水合物的分解而增加，氣體由水合物的釋放速率為：物的釋放速率為：其中其中nH水合物中氣體的物質(zhì)的量，水合物中氣體的物質(zhì)的量，mol； t分解時(shí)間，分解時(shí)間，min。dtdnH可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患目前，天然氣水合物的勘探技術(shù)正日趨完善，但是，如何目前，天然氣水合物的勘探技術(shù)正日趨完善，但是，如何把天然氣水合物作為能源利用，特別是如何解決天然氣水把天然氣水合物作為能源利用，特別是如何解決天然氣水合物的低成本開(kāi)發(fā)技術(shù)問(wèn)題，仍是一個(gè)最難克服的困難。合物的低成本開(kāi)發(fā)技術(shù)問(wèn)題，仍是一個(gè)最難克服的困難。現(xiàn)在

34、這方面的研究尚處于實(shí)驗(yàn)階段，天然氣水合物的開(kāi)采現(xiàn)在這方面的研究尚處于實(shí)驗(yàn)階段，天然氣水合物的開(kāi)采至今只是概念上的模式。至今只是概念上的模式?；谔烊粴馑衔锏奶攸c(diǎn)，它與基于天然氣水合物的特點(diǎn)，它與常規(guī)傳統(tǒng)型能源的開(kāi)發(fā)不同。常規(guī)傳統(tǒng)型能源的開(kāi)發(fā)不同。煤炭在礦井下是固體，開(kāi)采后仍是固體；石油在地下是流煤炭在礦井下是固體，開(kāi)采后仍是固體；石油在地下是流體，開(kāi)采后仍是流體；而水合物在洋底埋藏是固體，在開(kāi)體，開(kāi)采后仍是流體；而水合物在洋底埋藏是固體，在開(kāi)采過(guò)程中分子構(gòu)造發(fā)生變化，從固體變?yōu)闅怏w。采過(guò)程中分子構(gòu)造發(fā)生變化，從固體變?yōu)闅怏w。也就是說(shuō)，也就是說(shuō)，水合物在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生相變，這種特點(diǎn)是我們研究開(kāi)

35、發(fā)水合物在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生相變，這種特點(diǎn)是我們研究開(kāi)發(fā)方案的出發(fā)點(diǎn)。方案的出發(fā)點(diǎn)。可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析目前大多數(shù)有關(guān)天然氣水合物的開(kāi)發(fā)思路基本上都是首先目前大多數(shù)有關(guān)天然氣水合物的開(kāi)發(fā)思路基本上都是首先考慮如何使蘊(yùn)藏在沉積物中的天然氣水合物進(jìn)行分解，然考慮如何使蘊(yùn)藏在沉積物中的天然氣水合物進(jìn)行分解，然后再將天然氣采至地面。一般來(lái)說(shuō)，人為地打破天然氣水后再將天然氣采至地面。一般來(lái)說(shuō)，人為地打破天然氣水合物穩(wěn)定存在的溫度壓力條件，造成其分解，是目前開(kāi)發(fā)合物穩(wěn)定存在的溫度壓力條件，造成其分解，是目前開(kāi)發(fā)天然氣水合物中甲烷資源量的主要方法。天然氣水合物中甲烷資源量的主要方法。綜合各國(guó)科學(xué)家提出的天然

36、氣水合物開(kāi)發(fā)技術(shù)，大體上可綜合各國(guó)科學(xué)家提出的天然氣水合物開(kāi)發(fā)技術(shù)，大體上可分為熱解法、降壓法、置換法三種方法。分為熱解法、降壓法、置換法三種方法。熱解法：熱解法： 利用利用“可燃冰可燃冰”在溫度升高時(shí)會(huì)自動(dòng)分解的特在溫度升高時(shí)會(huì)自動(dòng)分解的特性通過(guò)加溫方式向可燃冰層注入熱能使其由固態(tài)分解性通過(guò)加溫方式向可燃冰層注入熱能使其由固態(tài)分解出甲烷氣體。這種開(kāi)采方式基本上獲得成功。但整個(gè)開(kāi)采出甲烷氣體。這種開(kāi)采方式基本上獲得成功。但整個(gè)開(kāi)采過(guò)程要對(duì)甲烷進(jìn)行兩次分離，還要消耗大量能源來(lái)加熱水過(guò)程要對(duì)甲烷進(jìn)行兩次分離，還要消耗大量能源來(lái)加熱水溫。溫?？扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展

37、總結(jié)與分析置換法：置換法：利用某些化學(xué)試劑。注入利用某些化學(xué)試劑。注入“可燃冰可燃冰”層中，這些層中，這些化學(xué)試劑化學(xué)試劑(如鹽水、甲醇、乙二醇等如鹽水、甲醇、乙二醇等)能與可燃冰發(fā)生反應(yīng)，能與可燃冰發(fā)生反應(yīng)，改變可燃冰的穩(wěn)定平衡狀態(tài)使其發(fā)生失穩(wěn)作用而進(jìn)行開(kāi)改變可燃冰的穩(wěn)定平衡狀態(tài)使其發(fā)生失穩(wěn)作用而進(jìn)行開(kāi)采。這種方法同采。這種方法同“熱解法熱解法”一樣。對(duì)甲烷氣體難以進(jìn)行有一樣。對(duì)甲烷氣體難以進(jìn)行有效的收集。布設(shè)收集管道是個(gè)難題。效的收集。布設(shè)收集管道是個(gè)難題。降壓法：降壓法：“可燃冰可燃冰”層下面往往存在游離的天然氣這些層下面往往存在游離的天然氣這些天然氣被抽出后便能降低礦層的壓力使礦層中的

38、天然氣被抽出后便能降低礦層的壓力使礦層中的“可燃可燃冰冰”由于壓力減小而失穩(wěn)分解。由于壓力減小而失穩(wěn)分解。無(wú)論采用那種方案由于無(wú)論采用那種方案由于“可燃冰可燃冰”結(jié)構(gòu)的特殊性和海底結(jié)構(gòu)的特殊性和海底環(huán)境的復(fù)雜性。對(duì)環(huán)境的復(fù)雜性。對(duì)“可燃冰可燃冰”礦藏的開(kāi)采將極其困難。與礦藏的開(kāi)采將極其困難。與陸地上的常規(guī)開(kāi)采相比，很容易發(fā)生礦層斷裂引起井噴和陸地上的常規(guī)開(kāi)采相比，很容易發(fā)生礦層斷裂引起井噴和海底滑坡事故并帶來(lái)一系列的連鎖反應(yīng)。關(guān)鍵是如何實(shí)海底滑坡事故并帶來(lái)一系列的連鎖反應(yīng)。關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)開(kāi)采而不用付出沉痛代價(jià)?，F(xiàn)開(kāi)采而不用付出沉痛代價(jià)?？扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展

39、總結(jié)與分析針對(duì)兩類天然氣水合物儲(chǔ)層的不同特性。通過(guò)建立不同的模針對(duì)兩類天然氣水合物儲(chǔ)層的不同特性。通過(guò)建立不同的模型對(duì)其開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行模擬，探索天然氣水合物儲(chǔ)層的合理開(kāi)型對(duì)其開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行模擬，探索天然氣水合物儲(chǔ)層的合理開(kāi)采方案。采方案。1.開(kāi)采具有天然氣水合物頂?shù)奶烊粴獠亻_(kāi)采具有天然氣水合物頂?shù)奶烊粴獠乜扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析模型中的假設(shè)條件如下：模型中的假設(shè)條件如下：(1)單井生產(chǎn)，井位于儲(chǔ)層中心位置，完井段穿過(guò)整個(gè)游離單井生產(chǎn)，井位于儲(chǔ)層中心位置，完井段穿過(guò)整個(gè)游離氣層。氣層。(2)氣體單方向流人生產(chǎn)井，造成壓力下降。氣體單方向流人生產(chǎn)井，造成壓力

40、下降。(3)在氣體水合物界面，溫度和壓力瞬間達(dá)到平衡狀態(tài)。在氣體水合物界面，溫度和壓力瞬間達(dá)到平衡狀態(tài)。(4)熱量?jī)H通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式流向氣體水合物界面。熱量?jī)H通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式流向氣體水合物界面。(5)水的產(chǎn)出不影響氣體的流動(dòng)。水的產(chǎn)出不影響氣體的流動(dòng)。(6)水合物的分解僅發(fā)生在氣體水合物界面處，在水合物水合物的分解僅發(fā)生在氣體水合物界面處，在水合物層內(nèi)部不發(fā)生分解。層內(nèi)部不發(fā)生分解。(7)氣體水合物界面向水合物頂面的移動(dòng)速率是統(tǒng)一的。氣體水合物界面向水合物頂面的移動(dòng)速率是統(tǒng)一的?？扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析這類天然氣水合物儲(chǔ)層的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)如上圖所示，水合物

41、層下這類天然氣水合物儲(chǔ)層的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)如上圖所示，水合物層下部為天然氣藏，上下為非滲透層封閉。部為天然氣藏，上下為非滲透層封閉。這類天然氣水合物儲(chǔ)層的開(kāi)采過(guò)程及原理為：這類天然氣水合物儲(chǔ)層的開(kāi)采過(guò)程及原理為：首先開(kāi)采水合首先開(kāi)采水合物層下部的天然氣藏。造成氣體壓力的降低，水合物和氣體物層下部的天然氣藏。造成氣體壓力的降低，水合物和氣體之間的平衡被打破，使得水合物發(fā)生分解直到維持其平衡壓之間的平衡被打破，使得水合物發(fā)生分解直到維持其平衡壓力為止。同時(shí)，隨著水合物的分解，由于冷卻效應(yīng)，氣體力為止。同時(shí)，隨著水合物的分解，由于冷卻效應(yīng)，氣體水合物界面溫度降低，這樣就在水合物層和周圍介質(zhì)間產(chǎn)生水合物界面溫

42、度降低，這樣就在水合物層和周圍介質(zhì)間產(chǎn)生溫度梯度，熱量從周圍介質(zhì)流入水合物層。在氣體不斷被采溫度梯度，熱量從周圍介質(zhì)流入水合物層。在氣體不斷被采出過(guò)程中，壓力不斷降低，平衡不斷被打破；氣體水合物出過(guò)程中，壓力不斷降低，平衡不斷被打破；氣體水合物界面溫度降低而造成溫度梯度的存在，使得熱量從周圍介質(zhì)界面溫度降低而造成溫度梯度的存在，使得熱量從周圍介質(zhì)連續(xù)地導(dǎo)入水合物層。這兩方面的因素都維持水合物層的不連續(xù)地導(dǎo)入水合物層。這兩方面的因素都維持水合物層的不斷分解。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程是非常緩慢的，水合物的分解量也斷分解。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程是非常緩慢的，水合物的分解量也很有限。很有限?？扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰

43、的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析2.開(kāi)采僅有天然氣水合物的儲(chǔ)層開(kāi)采僅有天然氣水合物的儲(chǔ)層對(duì)這類天然氣水合物儲(chǔ)層，一般考慮通過(guò)注入熱量來(lái)分解固對(duì)這類天然氣水合物儲(chǔ)層，一般考慮通過(guò)注入熱量來(lái)分解固態(tài)水合物。為了確定如何有效地開(kāi)采此類儲(chǔ)層，通過(guò)不同的態(tài)水合物。為了確定如何有效地開(kāi)采此類儲(chǔ)層，通過(guò)不同的模型模擬其開(kāi)采過(guò)程和結(jié)果，然后對(duì)比各種模型的優(yōu)勢(shì)和特模型模擬其開(kāi)采過(guò)程和結(jié)果，然后對(duì)比各種模型的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，以便尋求工藝上可行的開(kāi)采方法。點(diǎn)，以便尋求工藝上可行的開(kāi)采方法。這類天然氣水合物儲(chǔ)層有幾個(gè)主要的問(wèn)題需要考慮：這類天然氣水合物儲(chǔ)層有幾個(gè)主要的問(wèn)題需要考慮：一是該類儲(chǔ)層具有較低的滲透率；一

44、是該類儲(chǔ)層具有較低的滲透率；二是要造成水合物的分解，由于熱損失大，需要大量的熱量；二是要造成水合物的分解，由于熱損失大，需要大量的熱量；三是水合物的分解及開(kāi)采過(guò)程中壓力的降低，由于冷卻效應(yīng)三是水合物的分解及開(kāi)采過(guò)程中壓力的降低，由于冷卻效應(yīng)會(huì)存在溫度下降，有可能導(dǎo)致儲(chǔ)層溫度降至?xí)嬖跍囟认陆?，有可能?dǎo)致儲(chǔ)層溫度降至0及其以下，造及其以下，造成冰的形成甚至重新形成水合物堵塞孔隙或裂縫。成冰的形成甚至重新形成水合物堵塞孔隙或裂縫?？扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析（1）前緣驅(qū)掃模型）前緣驅(qū)掃模型下圖為這個(gè)模型的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和井位分布示意圖。這個(gè)模型與下圖為這個(gè)模型的生

45、產(chǎn)結(jié)構(gòu)和井位分布示意圖。這個(gè)模型與重油油藏的蒸汽驅(qū)掃模型相似，熱水從中心的注入井注入儲(chǔ)重油油藏的蒸汽驅(qū)掃模型相似，熱水從中心的注入井注入儲(chǔ)層。氣體從周圍的生產(chǎn)井中采出。前緣驅(qū)掃模型是一個(gè)熱傳層。氣體從周圍的生產(chǎn)井中采出。前緣驅(qū)掃模型是一個(gè)熱傳遞模型，因此，注入的熱量、熱損失及水合物分解所吸收的遞模型，因此，注入的熱量、熱損失及水合物分解所吸收的熱量之間遵守能量平衡方程。熱量之間遵守能量平衡方程?？扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析（2）裂縫流動(dòng)模型）裂縫流動(dòng)模型圖圖14為該系統(tǒng)的平面圖。同樣，大量的熱量將沿著井筒和為該系統(tǒng)的平面圖。同樣，大量的熱量將沿著井筒和裂

46、縫面流動(dòng)而損失。圖裂縫面流動(dòng)而損失。圖15為該模型生產(chǎn)為該模型生產(chǎn)1年后的產(chǎn)氣情況。年后的產(chǎn)氣情況。注入速度為注入速度為4770m3d，注入溫度為，注入溫度為66。模擬表明，該。模擬表明，該模型的熱傳遞效率僅為模型的熱傳遞效率僅為16，圖，圖16示出了裂縫流動(dòng)的溫度示出了裂縫流動(dòng)的溫度剖面。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，裂縫流動(dòng)模型的熱傳遞效率很低。而剖面。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，裂縫流動(dòng)模型的熱傳遞效率很低。而且，裂縫寬度越大，熱效率越低，產(chǎn)出水的溫度較高和產(chǎn)氣且，裂縫寬度越大，熱效率越低，產(chǎn)出水的溫度較高和產(chǎn)氣速度較低。速度較低。可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析對(duì)于僅有固態(tài)天然氣

47、水合物的儲(chǔ)層，總結(jié)上述兩個(gè)熱采模對(duì)于僅有固態(tài)天然氣水合物的儲(chǔ)層，總結(jié)上述兩個(gè)熱采模型，可以得出：型，可以得出：1.前緣驅(qū)掃模型比裂縫流動(dòng)模型的效率高。如果把前緣驅(qū)掃前緣驅(qū)掃模型比裂縫流動(dòng)模型的效率高。如果把前緣驅(qū)掃 模型作為較好的結(jié)果。把裂縫流動(dòng)模型作為較差的結(jié)果，模型作為較好的結(jié)果。把裂縫流動(dòng)模型作為較差的結(jié)果，我我 們就可以根據(jù)實(shí)際情況確定較為經(jīng)濟(jì)的開(kāi)采方法。們就可以根據(jù)實(shí)際情況確定較為經(jīng)濟(jì)的開(kāi)采方法。2.水合物層的滲透率在熱流體注入過(guò)程中起重要作用，滲透水合物層的滲透率在熱流體注入過(guò)程中起重要作用，滲透率越大，前緣驅(qū)掃模型的效率越高。如果滲透率太低，就率越大，前緣驅(qū)掃模型的效率越高。如果

48、滲透率太低，就要考慮水力壓裂，這時(shí)裂縫流動(dòng)模型應(yīng)該比較接近實(shí)際情要考慮水力壓裂，這時(shí)裂縫流動(dòng)模型應(yīng)該比較接近實(shí)際情況。況。3.由于每個(gè)模型都忽略了許多因素，因此與實(shí)際開(kāi)采時(shí)的情由于每個(gè)模型都忽略了許多因素，因此與實(shí)際開(kāi)采時(shí)的情形相差較遠(yuǎn)。不過(guò)，在考慮主要因素的情況下，還是能夠形相差較遠(yuǎn)。不過(guò)，在考慮主要因素的情況下，還是能夠?yàn)閷?shí)際開(kāi)采的決策提供一些較好的判斷依據(jù)。為實(shí)際開(kāi)采的決策提供一些較好的判斷依據(jù)。可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析深藏在海底和永久凍土層之下的深藏在海底和永久凍土層之下的“可燃冰可燃冰”在目前來(lái)看還未在目前來(lái)看還未知是禍?zhǔn)歉?。知是禍?zhǔn)歉?。?/p>

49、能源的角度來(lái)看，從能源的角度來(lái)看，“可燃冰可燃冰”就是一種在高壓低溫下高度就是一種在高壓低溫下高度濃縮的天然氣，與它所存在的自然環(huán)境處于十分敏感的甚至濃縮的天然氣，與它所存在的自然環(huán)境處于十分敏感的甚至可怕的平衡之中?？膳碌钠胶庵小！翱扇急扇急眱H在僅在010攝氏度和攝氏度和300米以上米以上水深壓力下表現(xiàn)為穩(wěn)定的固態(tài)，當(dāng)環(huán)境變化時(shí)水深壓力下表現(xiàn)為穩(wěn)定的固態(tài)，當(dāng)環(huán)境變化時(shí)(例如溫度升高例如溫度升高或者壓力降低或者壓力降低)極易導(dǎo)致極易導(dǎo)致“可燃冰可燃冰”的失穩(wěn)和分解迅速由固的失穩(wěn)和分解迅速由固態(tài)分解成水和膨脹的氣體。態(tài)分解成水和膨脹的氣體?？茖W(xué)家認(rèn)為，這種礦藏哪怕受到最小的人為破壞，甚至是

50、自科學(xué)家認(rèn)為，這種礦藏哪怕受到最小的人為破壞，甚至是自然的破壞。都足以導(dǎo)致然的破壞。都足以導(dǎo)致“可燃冰可燃冰”中所含的甲烷氣的大量釋中所含的甲烷氣的大量釋放。二氧化碳是種溫室氣體是導(dǎo)致全球氣候變暖的元兇。放。二氧化碳是種溫室氣體是導(dǎo)致全球氣候變暖的元兇。而而“可燃冰可燃冰”中的重要成分甲烷氣在引起溫室效應(yīng)方面所起中的重要成分甲烷氣在引起溫室效應(yīng)方面所起的作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二氧化碳。的作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二氧化碳?？扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析據(jù)測(cè)算，一個(gè)單位重量的甲烷在據(jù)測(cè)算，一個(gè)單位重量的甲烷在20年的期間，它在全球變暖年的期間，它在全球變暖方面的增溫效應(yīng)是同樣重

51、量的二氧化碳的方面的增溫效應(yīng)是同樣重量的二氧化碳的56倍。因此倍。因此一旦這一旦這種泄漏得不到控制，全球溫室效應(yīng)將迅速增大，導(dǎo)致海水溫種泄漏得不到控制，全球溫室效應(yīng)將迅速增大，導(dǎo)致海水溫度、地層溫度上升，這又會(huì)造成海底的度、地層溫度上升，這又會(huì)造成海底的“可燃冰可燃冰”的自然分的自然分解引起惡性循環(huán)解引起惡性循環(huán)?？茖W(xué)研究表明。地球進(jìn)化史在科學(xué)研究表明。地球進(jìn)化史在25億年和億年和5500萬(wàn)年前出現(xiàn)萬(wàn)年前出現(xiàn)過(guò)兩次全球氣溫峰值一種解釋模型為海水的升溫一度誘發(fā)過(guò)兩次全球氣溫峰值一種解釋模型為海水的升溫一度誘發(fā)海底天然氣水合物大量分解釋出在短短的幾千年間大約有海底天然氣水合物大量分解釋出在短短的幾

52、千年間大約有2萬(wàn)億噸碳以甲烷形式放出，溫室效應(yīng)大爆發(fā)，使全球氣溫萬(wàn)億噸碳以甲烷形式放出，溫室效應(yīng)大爆發(fā)，使全球氣溫驟然變熱，大洋酸度突然增高，海水缺氧，導(dǎo)致大量海洋生驟然變熱，大洋酸度突然增高，海水缺氧，導(dǎo)致大量海洋生物的滅絕和遷移。物的滅絕和遷移?！翱扇急扇急痹诤５滓怨虘B(tài)形式存在，經(jīng)常在海底以固態(tài)形式存在，經(jīng)常作為沉積物的膠結(jié)物對(duì)沉積物的強(qiáng)度和地質(zhì)穩(wěn)定起著關(guān)鍵作為沉積物的膠結(jié)物對(duì)沉積物的強(qiáng)度和地質(zhì)穩(wěn)定起著關(guān)鍵的作用。的作用?？扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析當(dāng)當(dāng)“可燃冰可燃冰”這種水合物穩(wěn)定地起膠結(jié)物作用時(shí)，形成水這種水合物穩(wěn)定地起膠結(jié)物作用時(shí)，形成水合

53、物剛性層，其下面為飽和氣、水的沉積物塑性層，游離合物剛性層，其下面為飽和氣、水的沉積物塑性層，游離的天然氣聚集于水合物剛性層的底界面。此處的壓力往往的天然氣聚集于水合物剛性層的底界面。此處的壓力往往超過(guò)孔隙壓，形成一個(gè)脆弱的剪切帶。一旦某種因素超過(guò)孔隙壓，形成一個(gè)脆弱的剪切帶。一旦某種因素(如海如海平面下降、海底構(gòu)造活動(dòng)、海底熱流值增高、鉆井或采氣平面下降、海底構(gòu)造活動(dòng)、海底熱流值增高、鉆井或采氣不當(dāng)不當(dāng))引起海底壓力減低或溫度上升，水合物剛性層的底界引起海底壓力減低或溫度上升，水合物剛性層的底界面就會(huì)分解城天然氣和水，產(chǎn)生液化現(xiàn)象，最終使上部的面就會(huì)分解城天然氣和水，產(chǎn)生液化現(xiàn)象，最終使上部

54、的沉積層失穩(wěn)而產(chǎn)生滑坡，滑坡的最直接后果就是損壞海底沉積層失穩(wěn)而產(chǎn)生滑坡，滑坡的最直接后果就是損壞海底電纜和輸油管道，大規(guī)模的滑坡則會(huì)引發(fā)海嘯。如果滑進(jìn)電纜和輸油管道，大規(guī)模的滑坡則會(huì)引發(fā)海嘯。如果滑進(jìn)深海里的沉積物含有水合物。這些水合物將因壓力的釋放深海里的沉積物含有水合物。這些水合物將因壓力的釋放而分解，釋出的氣體將通過(guò)海水排放到空氣中。而分解，釋出的氣體將通過(guò)海水排放到空氣中?？扇急拈_(kāi)采方法和隱患可燃冰的開(kāi)采方法和隱患可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析中國(guó)可燃冰勘探和研究現(xiàn)狀中國(guó)可燃冰勘探和研究現(xiàn)狀中國(guó)可燃冰開(kāi)發(fā)歷程中國(guó)可燃冰開(kāi)發(fā)歷程可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析2002年，年， “天然氣水合物探測(cè)技

55、術(shù)天然氣水合物探測(cè)技術(shù)”研究課題納入國(guó)家研究課題納入國(guó)家 “863”計(jì)劃；計(jì)劃；2008年，年，“南海天然氣水合物富集規(guī)律與開(kāi)采基礎(chǔ)研究南海天然氣水合物富集規(guī)律與開(kāi)采基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目納入國(guó)家項(xiàng)目納入國(guó)家973計(jì)劃。計(jì)劃。已完成的重要研究工作：已完成的重要研究工作：1.廣州能源研究所突破可燃冰采運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)廣州能源研究所突破可燃冰采運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)2.中國(guó)石油大學(xué)可燃冰模擬實(shí)驗(yàn)成功中國(guó)石油大學(xué)可燃冰模擬實(shí)驗(yàn)成功 3.我國(guó)建立可燃冰自主勘察技術(shù)體系我國(guó)建立可燃冰自主勘察技術(shù)體系中國(guó)可燃冰勘探和研究現(xiàn)狀中國(guó)可燃冰勘探和研究現(xiàn)狀可燃冰研究進(jìn)展總結(jié)與分析1.廣州能源研究所突破可燃冰采運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)廣州能源研究所突破可燃冰采運(yùn)關(guān)鍵技術(shù) 可燃冰的利用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，技術(shù)難度大，并且可可燃冰的利用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，技術(shù)難度大，并且可燃冰易因溫燃冰易因溫 度、壓力、光照等條件的變化而揮發(fā)。因此，度、壓力、光照等條件的變化而揮發(fā)。因此，解決可燃冰開(kāi)采與輸運(yùn)過(guò)程中面臨的技術(shù)難題，是目前整個(gè)解決可燃冰開(kāi)采與輸運(yùn)過(guò)程中面臨的技術(shù)難題，是