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(jì)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?dú)怏w為甲烷 對(duì)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(chǔ)氣性質(zhì),儲(chǔ)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(cè)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(dāng)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(dòng)和被動(dòng)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(tái)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(shí)了我國南海北部蘊(yùn)藏豐富的天然氣水合物資源 繼美國、日本、印度之后第4個(gè)通過國家級(jí)研發(fā)計(jì)劃采到水合物實(shí)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(duì)天然氣水合物層進(jìn)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(jìn) 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(diǎn)： 可實(shí)現(xiàn)循環(huán)注熱 作用方式快。 缺點(diǎn)： 需要消耗大量能量 熱利用效率較低 只能進(jìn)行局部加熱 因此該方法尚有待進(jìn)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(dá)到減壓目的; 當(dāng)天然氣水合物層下方存在游離氣或其他流體時(shí),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(diǎn)： 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(duì)天然氣水合物藏的性質(zhì)有特殊的要求,只有當(dāng)天然氣水合物藏位于溫壓平衡邊界附近時(shí),減壓開采法才具有經(jīng)濟(jì)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(diǎn)： 可降低初期能量輸入 所需的化學(xué)試劑費(fèi)用昂貴 對(duì)天

8、然氣水合物層的作用緩慢 還會(huì)帶來一些環(huán)境問題 目前對(duì)這種方法投入的研究相對(duì)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(huì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(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,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(jì)的,只有結(jié)合不同方法的優(yōu)點(diǎn)才能達(dá)到對(duì)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(huì)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(huì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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?xí)a(chǎn)生海水動(dòng)蕩和氣流負(fù)壓卷吸作用 海底滑塌,可燃冰勘探開發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及海洋地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、鉆探工程等多個(gè)學(xué)科,水合物開采的環(huán)境評(píng)價(jià) 地質(zhì)災(zāi)害與全球變化,各國水合物技術(shù)進(jìn)展,2000年開始，可燃冰的研究與勘探進(jìn)入高峰期，世界上至少有30多個(gè)國家和地區(qū)參與其中。 其中以美國的計(jì)劃最為完善，并且每年用于可燃冰研究的財(cái)政撥款達(dá)上千萬美元。,各國水合物技術(shù)進(jìn)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(jìn)行商業(yè)開采 2011年4月已經(jīng)完成對(duì)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(jìn)展,中國 2006年8月，中國宣布，未來10年，中國將投入8億元進(jìn)行“可燃冰”的勘探研究，預(yù)計(jì)2020年進(jìn)行試開采。 樂觀估計(jì)，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