天然氣水合物開采技術現狀

曹潤科

（長慶油田分公司第六采氣廠，西安 710000）

天然氣水合物開采技術現狀

曹潤科

（長慶油田分公司第六采氣廠，西安 710000）

隨著全球資源與能源需求的加劇，出現了供需失衡的局面，為了有效緩解供需矛盾，世界各國開始積極研發新能源的開采，天然氣水合物資源的利用成為我國新的發展方向。主要分析了天然氣水合物開采技術的現狀，以供參考和借鑒。

天然氣；水合物；開采技術；現狀

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.100

1 引言

天然氣水合物的俗稱為可燃冰，是CH4等烴類氣體在高壓低溫條件下與水作用形成的籠形化合物，其主要分布在北極凍土帶和沿海大陸架300～3000m的深水區，其儲量是全球含碳化合物的兩倍，可能會成為儲量豐富的接替能源。因此，加強對天然氣水合物開采技術的研究具有積極的意義。下面將對天然氣水合物的研究內容以及各類型的開采技術展開探討。

2 天然氣水合物的研究內容

目前，天然氣水合物的主要研究內容包括：（1）明確控制天然氣水合物儲存及穩定性的地質參數；（2）估算儲存于各種天然氣水合物儲層中的天然氣儲量；（3）深入分析天然氣水合物產生CH4的過程與特點；（4）準確識別、預測、評估水合物影響環境和氣候的程度；（5）探究在油氣鉆井過程中天然氣水合物的安全影響。

3 天然氣水合物開采技術現狀

當下，開采天然氣水合物的方法涵蓋了熱激法、降壓法、注化學試劑法，以及研發出的氣體置換法與固體開采法等新型方法，下面將對這些技術展開探討。

3.1 熱激法

該方法的原理是通過維持天然氣水合物穩定帶的壓力不變，將水合物地層的溫度提高，破壞其氫鍵，進而分解為水和天然氣，分解后的天然氣主要利用集氣井來收集。該過程的反映原理如下：

式中，M為水合物中的氣體分子；n為水分子數。

熱激法所用的加熱方式包括將高溫度的熱水或鹽水通過采氣管道注入到水合物的儲層中，利用海底地熱、電磁加熱技術、微波加熱、太陽能供熱等。不同加熱方式的優缺點如表1所示：

熱開采技術是一種強化措施，有效提高了開采的效率，并且其可以循環利用注入的熱流體。但利用熱開采技術加熱水合物的儲層時，會改變沉積物的力學性質，對沉積物的孔隙度、滲透率等開采因數產生影響，稍有不當就會破壞大面積的儲層，甚至引發災難性事件。因此，需要深化開采技術與成本以及熱開采數學模型等方面的研究。

表1 不同熱開采方法的優缺點

3.2 降壓開采法

該方法對天然氣水合物的分解是通過降低其儲層壓力來實現的。目前，降壓的方法有2種：（1）利用低密度泥漿鉆井；（2）利用泵壓將水合物儲層下方存在的游離氣體和其他流體抽出。降壓開采法具有成本低、無須連續激發，適合大面積開采，是最有前景的開采方法。但其也有不足，例如效率低、速度慢等，在天然氣水合物礦藏位于溫壓平衡邊界時才能體現出其經濟效益。

3.3 化學試劑注入法

該方法是將如鹽水、甲醇、乙醇等水合物抑制劑注入到水合物儲層中，通過破壞礦藏相平衡條件和水合物分子間的氫鍵，使儲層的孔隙壓力與溫度發生變化來達到水合物的目的。但該方法存在諸多的弊端，例如成本高、作用時間長、效果偏差等，同時化學制劑會危害地下水和海洋環境，所以應用投入較少。

3.4 置換法

置換法也叫作氣舉法，根據水合物的穩定帶壓力條件，注入CO2或其他氣體，形成低于甲烷相平衡條件的流體，進而置換出甲烷氣體。天然氣水合物在一定溫度條件下保持穩定需要較高的壓力，所以天然氣水合物在一定的壓力范圍內會分解。另外，置換反應會釋放大量的熱來進一步分解水合物，擴散氣體會填充原來的地層孔隙。該方法使用的CO2能儲存于地下，有利于緩

解溫室效應，環境效益較高，同時也降低了開采時井噴、井塌事故的發生概率。但也存在一定的不足，例如置換效率低、導致氣液分離以及CO2收集、運輸的安全問題。

3.5 固體開采法

該方法也叫水利提升法，直接挖掘采集水合物儲層，將其固體拖至淺水區，之后利用攪拌或者其他物化手段進行控制性分解。近年來，固體開采法逐步過渡到混合開采法或泥漿開采法：（1）在原地將水合物分解為氣液混合相，采集混合泥漿；（2）深度處理導入作業船和海上平臺的泥漿。該方法彌補了海底水合物分解效率低的弊端。但是該方法涉及復雜的三相流動且耗能較大，因此，還需積極努力攻克許多技術瓶頸。

4 結語

綜上所述，天然氣水合物的開采技術具有多樣化的特點，各項技術都有自身的優缺點，在未來的發展中必須積極攻克技術難點，進一步提高天然氣水合物的開采效率和質量。

【1】張煥芝，何艷青，孫乃達，李萬平.天然氣水合物開采技術及前景展望[J].石油科技論壇，2013（6）：15-19+64-65.

【2】王屹，李小森.天然氣水合物開采技術研究進展[J].新能源進展，2013（1）：69-79.

Current Technology Situation of Natural Gas Hydrate Exploitation

CAORun-ke
(TheSixthGasRecoveryPlantChangqingOilfieldBranch,Xi'an710000,China)

With the global resources and energy demand increased, there appears imbalance between supply and demand situation, in order to effectively alleviate the contradiction between supply and demand, the world began to actively develop the exploitation of new energy, the use of natural gas hydrate resources become the newdirection in our country. This articlemainly analyzes the present situation of natural gas hydrate exploitation technologywhich is of referencevelue.

naturalgas;hydrate;miningtechnology;currentsituation

TE31

B

1007-9467（2016）07-0159-02

2016-6-27

曹潤科（1978～）男，甘肅靜寧人，從事天然氣開采加工工藝研究，（電子信箱）1127728121@qq.com。