天然氣水合物原位補熱降壓充填開采方法*

李守定 李 曉 王思敬 孫一鳴

(①中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所， 中國科學(xué)院頁巖氣與地質(zhì)工程重點實驗室， 北京 100029， 中國) (②中國科學(xué)院地球科學(xué)研究院， 北京 100029， 中國) (③中國科學(xué)院大學(xué)， 地球與行星科學(xué)學(xué)院， 北京 100049， 中國)

0 引 言

天然氣水合物(Natural Gas Hydrate)俗稱“可燃冰”，是由水分子和氣體分子(主要為甲烷)在高壓和低溫條件下組成的似冰的、非化學(xué)計量型籠形結(jié)晶化合物，可用CH4·nH2O來表示，升高溫度或降低壓強可使天然氣水合物發(fā)生相變，產(chǎn)出甲烷。天然氣水合物作為非常規(guī)天然氣，廣泛分布在水深超過300im的海洋、湖泊和陸地多年凍土帶沉積物中，資源量非常豐富，全球水合物天然氣資源量約為2×1016m3，(Kvenvolden， 1999)，總含碳量為現(xiàn)有化石燃料(石油、天然氣、煤)的兩倍(Koh et al.，2011)，被公認(rèn)為未來最有潛力的新型高效清潔替代能源，是全球能源革命的戰(zhàn)略突破口。

天然氣水合物有3種晶胞結(jié)構(gòu)：sI型、sII型和sH型(Sloan， 2003)，多數(shù)情況下為sI型，其密度接近于冰。Boswell(2009)提出了4種不同類型天然氣水合物儲層的資源量金字塔圖(圖 1)，圖中從上到下依次為砂質(zhì)儲層、泥質(zhì)裂隙儲層、海底水合物儲層、泥質(zhì)儲層，可采難度越來越大，資源豐度降低，資源量增大。Collett(2004)結(jié)合天然氣水合物儲層鉆探提出了6種賦存方式：彌散型、結(jié)核型、塊狀、巖脈狀、細(xì)脈狀、層狀(圖 2)。

圖 1 天然氣水合物資源分布金字塔圖(Boswell， 2009)Fig. 1 The gas hydrate resource pyramid(Boswell， 2009)

表 1 不同天然氣水合物開采方法試采匯總表(改自Koh et al.， 2016)Table 1 NGH field production summary(modified from Koh et al.， 2016)

圖 2 天然氣水合物賦存類型(Collett， 2004)Fig. 2 Cores of natural gas hydrates(Collett， 2004)

目前，世界上有5個國家進(jìn)行了共計9次天然氣水合物試采工作，其中陸地凍土區(qū)4次，海域5次。……