河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25卷天然氣水合物開采研究現(xiàn)狀安青,許維秀(荊楚理工學(xué)院化工學(xué)院,湖北荊州448000)摘要:比較了降壓法、熱激發(fā)法和化學(xué)試劑法等目前最主要的開采水合物氣藏方法的機理以及各自的優(yōu)缺點,提出了今后研究工作的發(fā)展方向關(guān)鍵詞:天然氣水合物;降壓法;開采中圖分類號:TE37文獻標識碼:A文章編號:1003-3467(2008)06-0010-03Research Status on Exploitation of Natural Gas HydrateAN Qing, XU Wei-xiu(Institute of Chemical Engineering, Jingchu College of Science and Technology, Jingzhou 448000, China)Abstract: The principles, strongpoint and drawback of several detection techniques for marine gas hydrate, such as depressurization method, thermal excitation method and chemical -agent technique, are dis-cussed concisely. The development direction of the research work in the future is proposedKey words: natural gas hydrate; depressurization method; exploitation天然氣水合物是近年來引起世界各國廣泛關(guān)注馬更些( Mackenzie)凍土區(qū)位于加拿大西北地區(qū),是的一種新型能源。由于天然氣水合物資源在全球分世界上最著名的天然氣水合物產(chǎn)地之一,也是加拿布極廣,而且數(shù)量巨大,已被公認為是21世紀最理大最重要的含油氣盆地之一。在Malk地區(qū)已相繼想的潛在的、非常規(guī)的、最具開發(fā)前景的新能源;因鉆探了L-382L-38,3L-38、4L-38和5L-38此,對天然氣水合物開采的研究具有非常重要的意共5個鉆孔,并進行了地質(zhì)地球物理、地球化學(xué)、微義,可為今后現(xiàn)場進行大規(guī)模的開采水合物氣藏提生物學(xué)和試生產(chǎn)等方面的多學(xué)科、多方法研究,是目供科學(xué)的理論支持和可行性技術(shù)評價前全球天然氣水合物研究程度最高、資料最豐富的1甲烷水合物礦藏開采的特點地區(qū)。但其“Mlik2002”項目僅開展了天然氣水合物的短期試生產(chǎn),這次試生產(chǎn)并未考慮商業(yè)可行性常規(guī)礦藏的開采不外乎固體礦藏的開采與流體僅生產(chǎn)出468m3的天然氣礦藏的開采。天然氣水合物雖以固體形式存在,但目前大多數(shù)有關(guān)天然氣水合物開發(fā)的思路基本由于其常溫常壓下不穩(wěn)定的特性,故其是不可移動上都是首先考慮如何將蘊藏于沉積物中的天然氣水和滲透的難以開采。而在目前的技術(shù)條件下,對天合物進行分解然后加以利用。由于天然氣水合物然氣水合物的開采通常是把水合物分解為可流動的穩(wěn)定帶的形成需要一定的溫度、壓力條件(溫度0~流體,才能從常規(guī)氣井中進行生產(chǎn),這樣的常規(guī)天然10℃以下,壓力10MPa以上),人為的打破這種平氣水合物用如下的分解形式表示:衡,造成天然氣水合物的分解,是目前開發(fā)天然氣水CH4·nH2O(s)—CH4(g)+nH2O(1)合物中甲烷資源的主要方法。到目前為止,全球范圍內(nèi)都還沒有在真正意義2天然氣水合物中開采天然氣的方法上的開采天然氣水合物,所謂的工業(yè)性生產(chǎn)僅僅是種初期的嘗試。1972年在 Prudhoe Bey油田的221熱激發(fā)法號探井上,曾借助于減壓開采發(fā)現(xiàn)了一個含水化物熱激發(fā)法是利用鉆探技術(shù)在天然氣水合物穩(wěn)定若層試生產(chǎn)期間,該井的產(chǎn)出量僅為104md。層T中國煤化工勿的地層進行加熱,收稿日期:2008-02-27HCNMHG作者簡介:安青(1966-),女講師,主要從事石油化工教學(xué)與科研以及天然氣水合物相關(guān)技術(shù)研究工作電話:13451219830。第6期安青等:天然氣水合物開采研究現(xiàn)狀提高局部儲層溫度,破壞水合物中的氫鏈,從而造成大規(guī)模的天然氣水合物開發(fā)。但是單一使用減壓法天然氣水合物分解,再用管道收集析出的天然氣。開采天然氣速度很慢,并且降壓開采一般不用于儲主要是將蒸汽、熱水或其它熱流體從地面泵入水合層原始溫度接近或低于0℃的水合物氣藏,以免分物地層,也可采用開采重油時使用的火驅(qū)法或利用解出的水結(jié)冰堵塞氣層。鉆柱加熱器。熱開采技術(shù)的主要不足是會造成大量降壓法最大的特點是不需要昂貴的連續(xù)激發(fā)的熱損失效率很低,特別是在永久凍土區(qū),即使利經(jīng)濟效益非常明顯因而可能成為今后大規(guī)模開采用絕熱管道,永凍層也會降低傳遞給儲集層的有效天然氣水合物的有效方法之熱量。實踐證明,電磁加熱法是一種比常規(guī)加熱方2.3化學(xué)抑制劑法法更為有效的方法,并已在開采重油方面顯示出其通過注入抑制劑(如甲醇、乙二醇、丙三醇等)有效性,其中最有效的方法是微波加熱的方法。另以改變儲層溫壓平衡造成部分天然氣水合物的分種熱激發(fā)開采的思路是俄羅斯專家提出的,主要解,改變天然氣水合物穩(wěn)定層的溫壓條件,使該層位是針對開采海洋水合物礦體,即在熱力作用下水合的天然氣水合物不再穩(wěn)定。近年來國外正在開發(fā)的物在井底分解將沉積物破壞把帶有天然氣和水合動態(tài)抑制劑和防聚劑,它們抑制水合物形成的機理物的礦漿運到開采船上。與傳統(tǒng)的熱力學(xué)抑制劑不同加入量少,一般濃度低熱激發(fā)法是研究最多、最深入的天然氣水合物于1%,可節(jié)省一半的化學(xué)試劑使用費用。該方法開采技術(shù),但是這些方法的應(yīng)用各有其優(yōu)點和不足。十分簡單使用方便;但缺陷是費用昂貴作用緩慢,例如,蒸汽注入和火驅(qū)技術(shù)在薄水合物氣層的熱損不宜開采海洋水合物。若將它與降壓法配合使用失很大,只有在厚段(大于15m)水合物氣層,熱效仍有很大潛力。室內(nèi)試驗表明,天然氣水合物的溶率較高,注入熱水的熱損失較蒸汽注入和火驅(qū)小,但解速率與抑制劑濃度、注入排量壓力抑制液溫度水合物氣層內(nèi)水的注入率限制了該方法的使用。采及水合物和抑制劑的界面面積有關(guān)。麥索亞哈氣田用水力壓裂工藝可改善水的注入率但由于連通效水合物氣層的開采初期,有兩口井在其底部層段注應(yīng),又要產(chǎn)生較低的傳質(zhì)效率入甲醇后其產(chǎn)量增加了6倍;在美國阿拉斯加的永2.2降壓法凍層水合物中做過實驗,在成功的移動相邊界方面天然氣水合物的降壓開采技術(shù)是利用降低天然比較有效,獲得明顯的氣體回收6氣水合物沉積壓力來促使天然氣水合物分解。一般相比之下,熱鹽水注水開采水合物中天然氣的是通過鉆井井眼的壓力降或在水合物層之下的游離技術(shù)稍為成熟。它的主要特點有熱載體能級低;用氣聚集層中“降低”天然氣壓力或形成一個天然氣于儲層加熱及水合物分解所耗能量小;熱損失低;氣囊”,與天然氣接觸的水合物變得不穩(wěn)定并且分解產(chǎn)量高熱效率大。另外它不會出現(xiàn)采氣過程中水為天然氣和水;也可以通過采取礦層中流體的方法合物二次生成而誘發(fā)孔隙堵塞和井眼堵塞等問題。來降低水合物礦層的層壓。如果天然氣水合物氣藏熱鹽水注采技術(shù)的施工設(shè)計要求有:①鹽水含鹽度與常規(guī)天然氣藏相鄰,降壓開采水合物氣的效果特對能量效率比的影響很大。為提高效果,應(yīng)盡量提別好。前蘇聯(lián)的麥索亞哈水合物氣田就是采用這種高含鹽度或采用稠化鹽水的方法使用超飽和度鹽技術(shù)開采的即首先開采下伏游離氣體隨著游離氣水。②能量效率比和氣產(chǎn)量隨注入排量增大而增體的不斷減少,天然氣水合物與氣之間的平衡不斷加。鹽水的注入排量應(yīng)大于795m3/d。③最佳注受到破壞,使得天然氣水合物層開始融化并產(chǎn)出氣人溫度需考慮熱效應(yīng),過高或過低都會帶來不良后體,不斷補充到下伏的游離氣氣庫中直到天然氣水果。若采用地熱儲層的熱鹽水,地熱層溫度便是鹽合物開采完為止。通常降壓開采適合于高滲透率和水溫度的上限鹽水溫度一般在1212-204℃之間。深度超過00m的水合物氣藏,若氣體中含有重烴④天然氣水合物儲層的孔隙度至少應(yīng)在15%。⑤則需要較高的壓力降。另外,通過調(diào)節(jié)天然氣的提天然氣水合物產(chǎn)層厚度不應(yīng)低于75cm。取速度可以達到控制儲層壓力的目的,進而達到控2.4置換法制水合物分解的效果。中國煤化外,發(fā)展種化學(xué)與熱激發(fā)法相比,降壓開采水合物無熱量消耗置換物質(zhì)(如CO2)將和損失,可行性較高,其特點是經(jīng)濟簡便易行無需水合H。CO2與CH4的增加設(shè)備,是所有開采方法中的首選方法,更適合于水合物均為結(jié)構(gòu)1型發(fā)生在CO2與CH水合物之河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25卷間的置換反應(yīng)方程式為:甲烷氣的釋放是天然氣水合物開發(fā)的目的,但CO2+CH4·nH2O→CH+CO2·nH2O也可能是造成災(zāi)難的起因,因為天然氣水合物是極CO2與H2O的化學(xué)親和力大于CH4與H2O之易分解的不穩(wěn)定物質(zhì)。在海底和凍土帶,天然氣水間的親和力,這有利于反應(yīng)向正方向進行。 Kazunari合物鉆探必然會破壞天然氣水合物地層的穩(wěn)定性,Ohgaki等在實驗研究中發(fā)現(xiàn),當置換實驗在某條從而造成甲烷泄漏,并引起海床傾斜塌陷、沿岸滑坡件下達到平衡時,水合物中CH4的物質(zhì)的量分數(shù)下和重置等嚴重的地質(zhì)災(zāi)害。降到0.48;而氣相中CH4的物質(zhì)的量分數(shù)達070天然氣水合物開采中的風(fēng)險更大。這是因為1即CH4在氣相和水合物相的分配系數(shù)為1.458。關(guān)個單位體積的水合物分解后可產(chǎn)生164個單位體積于置換反應(yīng)的技術(shù),具有不同的設(shè)想。 Megrail等在的甲烷氣,開采過程中任何一個環(huán)節(jié)的失誤都可能實驗中從反應(yīng)器的一端注入CO2,再從另一端提取引起巨大的災(zāi)難。至今人們還未能找到一種安全可氣體以模擬現(xiàn)場置換開采中的注入井與采出井。行的天然氣水合物開采方案經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)取出的氣體不含CO2。若有氣體分子目前,基于對天然氣水合物勘探開發(fā)潛在風(fēng)險穿過水合物層,穿行的同時進行置換反應(yīng),那么在取的擔心,對于能否把天然氣水合物作為未來能源,世樣側(cè)不可避免有CO2。自然賦存的天然氣水合物,界各國普遍心存疑慮,不敢貿(mào)然行事通常不是整塊的致密性水合物固體,而是與沉積物及鹽水共存的固體或漿狀物。其滲透性比實驗室制4小結(jié)成的水合物好,在壓力差的作用下,從注入井連續(xù)不前蘇聯(lián)麥索雅哈氣田的生產(chǎn)實踐表明,永凍層斷地注入CO2,從采出井不斷的抽出CH4,可實現(xiàn)連地區(qū)的天然氣水合物形成深度總是淺于常規(guī)氣藏的續(xù)化生產(chǎn),應(yīng)該是比較好的方案。但是用CO2置換深度,它可以作為蓋層封閉其下面的常規(guī)天然氣。開采天然氣水合物中的CH4,目前的技術(shù)方案,反應(yīng)淺層的海底天然氣水合物和周圍的沉積物可以形成速率仍然太小。將本設(shè)想成為現(xiàn)實可行的一種天一個封閉性極好的蓋層,為大陸斜坡和陸隆區(qū)形成然氣水合物開采方法,還有待反應(yīng)技術(shù)的突破。的天然氣提供良好的聚集條件,其天然氣水合物層2.5其它之下可能形成大型的常規(guī)氣藏。因此,開發(fā)天然氣根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果可能還有另一種開發(fā)天然水合物不是單一的資源開發(fā)而是一種綜合利用。氣水合物生產(chǎn)能源的方法。對于在深海中的傳統(tǒng)氣通過上文比較降壓法不需要昂貴的連續(xù)激發(fā)經(jīng)濟體礦床通過鉆井手段獲取應(yīng)該是可行的但是因為效益非常明顯因而可能成為今后大規(guī)模開采天然大陸斜坡的不穩(wěn)定和需要鋪設(shè)的管道很長等原因所氣水合物的有效方法之一。產(chǎn)生的技術(shù)和經(jīng)濟方面的問題有可能使得人們難參考文獻以用這種手段來利用天然氣水合物資源,更重要的[1]張金呂天然氣水合物勘探開發(fā):從馬里克走向未來是管道在冰冷的深海中易于形成管塞,因此,可以采[刀].地質(zhì)通報,2005,(7):4-7用在深海中使天然氣水合物顆?；?或?qū)⑻烊粴馑甗2]史斗,鄭軍衛(wèi),世界天然氣水合物研究開發(fā)現(xiàn)狀和合物裝入一種可膨脹的軟式氣袋(其內(nèi)部保持天然前景[門].地球科學(xué)進展,199,14(4):330-39氣水合物穩(wěn)定所需的溫壓條件)中,再用潛水艇把[3]蔣國盛,王達,湯風(fēng)林,等,天然氣水合物的勘探與天然氣水合物拖到大陸架附近的淺水地區(qū),在那里開發(fā)[M]武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2002.138.使天然氣水合物緩慢地分解[4]方銀霞金翔龍黎明碧.天然氣水合物的勘探與開發(fā)技術(shù)[門].中國海洋平臺,2002,17(2):11-153天然氣水合物勘探開發(fā)的風(fēng)險[5] Darvish M P. Gas production from hydrate reservoirs andits modeling[ P]. SPE 86827, 2004面對天然能源日漸枯竭的現(xiàn)實,作為巨量甲烷[6]周懷陽,彭晚彤,葉瑛.天然氣水合物勘探開發(fā)技術(shù)資源的天然氣水合物確實展示了一幅誘人的前景。研究進展[打]地質(zhì)與勘探,2002,38(1):70-73但開發(fā)這種巨量的天然氣水合物能源也潛伏著極大[7]王達龐馨萍李常茂關(guān)于天然氣水合物開發(fā)問題的風(fēng)險。在其生命周期中,甲烷氣在大氣層中產(chǎn)生中國煤化工的溫室效應(yīng)是等量CO2的20倍,這種溫室效應(yīng)會[8]decomposition of CO,使地球兩極冰層全部融化大片陸地將會淹沒而大CNMHs[J]. J Chem E氣環(huán)境也會改變甚至被完全破壞。Japan,1997,30(2):310-314