天然氣水合物開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀

曹潤(rùn)科

（長(zhǎng)慶油田分公司第六采氣廠，西安 710000）

天然氣水合物開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀

曹潤(rùn)科

（長(zhǎng)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(xiàn)了供需失衡的局面，為了有效緩解供需矛盾，世界各國(guó)開(kāi)始積極研發(fā)新能源的開(kāi)采，天然氣水合物資源的利用成為我國(guó)新的發(fā)展方向。主要分析了天然氣水合物開(kāi)采技術(shù)的現(xiàn)狀，以供參考和借鑒。

天然氣；水合物；開(kāi)采技術(shù)；現(xiàn)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(qū)，其儲(chǔ)量是全球含碳化合物的兩倍，可能會(huì)成為儲(chǔ)量豐富的接替能源。因此，加強(qiáng)對(duì)天然氣水合物開(kāi)采技術(shù)的研究具有積極的意義。下面將對(duì)天然氣水合物的研究?jī)?nèi)容以及各類型的開(kāi)采技術(shù)展開(kāi)探討。

2 天然氣水合物的研究?jī)?nèi)容

目前，天然氣水合物的主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）明確控制天然氣水合物儲(chǔ)存及穩(wěn)定性的地質(zhì)參數(shù)；（2）估算儲(chǔ)存于各種天然氣水合物儲(chǔ)層中的天然氣儲(chǔ)量；（3）深入分析天然氣水合物產(chǎn)生CH4的過(guò)程與特點(diǎn)；（4）準(zhǔn)確識(shí)別、預(yù)測(cè)、評(píng)估水合物影響環(huán)境和氣候的程度；（5）探究在油氣鉆井過(guò)程中天然氣水合物的安全影響。

3 天然氣水合物開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)下，開(kāi)采天然氣水合物的方法涵蓋了熱激法、降壓法、注化學(xué)試劑法，以及研發(fā)出的氣體置換法與固體開(kāi)采法等新型方法，下面將對(duì)這些技術(shù)展開(kāi)探討。

3.1 熱激法

該方法的原理是通過(guò)維持天然氣水合物穩(wěn)定帶的壓力不變，將水合物地層的溫度提高，破壞其氫鍵，進(jìn)而分解為水和天然氣，分解后的天然氣主要利用集氣井來(lái)收集。該過(guò)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(shù)。

熱激法所用的加熱方式包括將高溫度的熱水或鹽水通過(guò)采氣管道注入到水合物的儲(chǔ)層中，利用海底地?zé)帷㈦姶偶訜峒夹g(shù)、微波加熱、太陽(yáng)能供熱等。不同加熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示：

熱開(kāi)采技術(shù)是一種強(qiáng)化措施，有效提高了開(kāi)采的效率，并且其可以循環(huán)利用注入的熱流體。但利用熱開(kāi)采技術(shù)加熱水合物的儲(chǔ)層時(shí)，會(huì)改變沉積物的力學(xué)性質(zhì)，對(duì)沉積物的孔隙度、滲透率等開(kāi)采因數(shù)產(chǎn)生影響，稍有不當(dāng)就會(huì)破壞大面積的儲(chǔ)層，甚至引發(fā)災(zāi)難性事件。因此，需要深化開(kāi)采技術(shù)與成本以及熱開(kāi)采數(shù)學(xué)模型等方面的研究。

表1 不同熱開(kāi)采方法的優(yōu)缺點(diǎn)

3.2 降壓開(kāi)采法

該方法對(duì)天然氣水合物的分解是通過(guò)降低其儲(chǔ)層壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)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(chǔ)層下方存在的游離氣體和其他流體抽出。降壓開(kāi)采法具有成本低、無(wú)須連續(xù)激發(fā)，適合大面積開(kāi)采，是最有前景的開(kāi)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(shí)才能體現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 化學(xué)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(chǔ)層中，通過(guò)破壞礦藏相平衡條件和水合物分子間的氫鍵，使儲(chǔ)層的孔隙壓力與溫度發(fā)生變化來(lái)達(dá)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(shí)間長(zhǎng)、效果偏差等，同時(shí)化學(xué)制劑會(huì)危害地下水和海洋環(huán)境，所以應(yīng)用投入較少。

3.4 置換法

置換法也叫作氣舉法，根據(jù)水合物的穩(wěn)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(jìn)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(wěn)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(nèi)會(huì)分解。另外，置換反應(yīng)會(huì)釋放大量的熱來(lái)進(jìn)一步分解水合物，擴(kuò)散氣體會(huì)填充原來(lái)的地層孔隙。該方法使用的CO2能儲(chǔ)存于地下，有利于緩

解溫室效應(yīng)，環(huán)境效益較高，同時(shí)也降低了開(kāi)采時(shí)井噴、井塌事故的發(fā)生概率。但也存在一定的不足，例如置換效率低、導(dǎo)致氣液分離以及CO2收集、運(yùn)輸?shù)陌踩珕?wèn)題。

3.5 固體開(kāi)采法

該方法也叫水利提升法，直接挖掘采集水合物儲(chǔ)層，將其固體拖至淺水區(qū)，之后利用攪拌或者其他物化手段進(jìn)行控制性分解。近年來(lái)，固體開(kāi)采法逐步過(guò)渡到混合開(kāi)采法或泥漿開(kāi)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(dǎo)入作業(yè)船和海上平臺(tái)的泥漿。該方法彌補(bǔ)了海底水合物分解效率低的弊端。但是該方法涉及復(fù)雜的三相流動(dòng)且耗能較大，因此，還需積極努力攻克許多技術(shù)瓶頸。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，天然氣水合物的開(kāi)采技術(shù)具有多樣化的特點(diǎn)，各項(xiàng)技術(shù)都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，在未來(lái)的發(fā)展中必須積極攻克技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)一步提高天然氣水合物的開(kāi)采效率和質(zhì)量。

【1】張煥芝，何艷青，孫乃達(dá)，李萬(wàn)平.天然氣水合物開(kāi)采技術(shù)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(kāi)采技術(shù)研究進(jìn)展[J].新能源進(jìn)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(rùn)科（1978～）男，甘肅靜寧人，從事天然氣開(kāi)采加工工藝研究，（電子信箱）1127728121@qq.com。