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        天然氣水合物開采技術研究進展

        2021-12-16 13:20:46姬小飛
        科技信息·學術版 2021年34期
        關鍵詞:開采技術進展

        姬小飛

        摘要:天然氣水合物廣泛分布于大陸凍土和島嶼斜坡、極地大陸,都可以探尋到它們的足跡,但是對于它的開采比較困難。天然氣水合物具有高效、節(jié)能、清潔的特點,基于它的巨大價值,雖然開采過程中面臨著巨大的風險,但是很多國家始終沒有放棄對于它的開采和利用。

        關鍵詞:天然氣水合物;開采技術;進展

        前言

        隨著全球常規(guī)能源的消耗逐漸加大,人們對開發(fā)清潔高效新能源的呼聲日益強烈。NGH因分布范圍廣、儲量大及可燃性強等特性成為全球關注的焦點。迄今為止,發(fā)達國家已嘗試利用多種開發(fā)方式對可燃冰進行試采,但由于受相關技術條件的限制,尚未取得突破性進展。如何盡快突破可燃冰的資源勘探、選區(qū)評價及開采技術,對構建低碳環(huán)保的現(xiàn)代能源體系具有戰(zhàn)略意義。地熱能作為一種新型可再生資源,具有穩(wěn)定性強、帶動系數(shù)高、分布范圍廣、成本低及環(huán)境友好等特點,開發(fā)前景好,是地質工作的一個新領域。我國南海海域同時蘊含豐富的可燃冰資源和地熱資源,在此基礎上,聯(lián)合深海地熱開采天然氣水合物技術應運而生,該技術一經提出就受到油氣工業(yè)界的廣泛關注,具有其他可燃冰開采方式無法比擬的優(yōu)勢。此新型聯(lián)合開采天然氣水合物工藝,將換熱、抽熱及注熱法開采可燃冰技術相結合,實現(xiàn)了深海NGH和地熱能的綜合利用,一舉兩得。

        1天然氣水合物

        Davy于1810年首次在室內發(fā)現(xiàn)了一種氣體水合物,該物質為類冰狀結構,并提出該結晶化合物是油氣生產和運輸過程中管道、設備堵塞的罪魁禍首。1934年,Hammerschmidt將此類冰狀物體命名為甲烷水合物。從1960年開始,相繼在前蘇聯(lián)、加拿大發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的NGH礦藏,自此對其開發(fā)和利用的研究拉開序幕。自可燃冰被發(fā)現(xiàn)以來,世界各國對NGH的探索和研究一直處于活躍狀態(tài),迄今為止,國際上已有超過80個國家和地區(qū)直接或間接參與了可燃冰的研究。可燃冰是一種籠形結晶包合物,是在合適的環(huán)境下(適宜的T、P、鹽度、pH等)由CH和HO作用生成的似冰狀固態(tài)水合物。其外形如冰雪狀,遇火即可燃燒,密度為0.905~0.910g/cm。在不同的低溫高壓條件下,CH與水分子結晶形成不同類型的多面體結構,NGH的主要組成結構分為客體分子以甲烷、乙烷等小直徑烴為主的Ⅰ型,以小分子烴和大分子烴結合而成的Ⅱ型,晶體分子可容納異戊烷等更大的分子烴的H型。據(jù)估計,天然氣水合物總量等同于2.1×10~4.0×10mCH(大約10000×10t甲烷碳),約為已探明常規(guī)能源總量的2倍以上,全球有將近97%的NGH分布于深海中,僅3%分布在陸地凍土帶。我國的南海地區(qū)具有豐富的泥質粉砂型NGH資源。2020年3月18日,中國南海海域NGH第二輪試采成功,此次試采實現(xiàn)了對常規(guī)技術的自主創(chuàng)新,打破了多項世界紀錄,為推進NGH開采的產業(yè)化提供了珍貴的實踐經驗和技術儲備。

        2天然氣水合物的特點

        2.1分布廣泛

        天然氣水合物廣泛分布于世界各個角落,如加勒比海和南美洲東部大陸邊緣等都有天然氣水合物的分布,廣泛的分布范圍為世界各國對天然氣水合物的開采利用提供了條件,世界各國可以更加便利的開采天然氣水合物,促進了資源的利用和發(fā)展。

        2.2清潔高效

        隨著經濟的迅速發(fā)展,人們逐漸認識到環(huán)境的重要性。在過去的幾十年里,世界各國為了發(fā)展經濟,不斷對環(huán)境進行掠奪。在發(fā)展的進程中,動物離開了生存的環(huán)境,植物被一個接一個地制成精美的家具,特別是為了亞馬遜森林的砍伐?;S隨意向大氣排放有毒氣體,印刷廠向河流排放廢水。這樣的事情繼續(xù)發(fā)生,讓曾經年輕可愛的地球留下了傷疤。因此,綠色能源近年來受到世界各國的青睞,如氫能、太陽能、生物能、地熱能等等被廣泛的應用到企業(yè)的生產中來。

        3天然氣水合物的開采方法

        3.1熱激開采法

        熱激開采法是天然氣水合物的開采方法之一,它主要是利用天然氣水合物只能低溫保存的缺點進行突破,通過火驅加熱和熱流體加熱改變天然氣水合物的存在狀態(tài),將其分解為水和天然氣,然后分離出天然氣的過程。熱沖擊采礦法在一定程度上促進了天然氣水合物的開采,但是在利用的過程中熱利用效率較低,而且只能局部加熱,需要進一步改進和完善。

        3.2減壓開采法

        在開采的過程中可以利用這個特點,對其進行減壓處理,將天然氣和水分進行分離,從而得到天然氣,一般來說,減壓開采法在傳統(tǒng)的開采方法中備受人們喜愛。減壓開采法雖然也存在一些問題,但是總體來說能夠解決人們對于天然氣水合物開采利用的問題。

        3.3化學抑制法

        化學抑制法就是在開采過程中,通過加入一些化學試劑如甲醇、乙醇等化學試劑來改變水合物的存在狀態(tài),促進天然氣水合物的分解,在一定程度上可以實現(xiàn)天然氣水合物的開采,但是在開采過程中,運用化學試劑的費用比較高,而且相較于熱激加熱法相比,它的作用緩慢,這是開采人員需要注意的問題。

        3.4新型開采技術

        一些專家和學者突破了常規(guī)開采技術的局限,提出了新型NGH開發(fā)方式,主要包括部分氧化法、固態(tài)流化開采法及原位補熱降壓充填開采法等。部分氧化法,將氧化劑注入NGH儲層,由氧化反應產生的能量促進NGH發(fā)生離解。針對深海淺層可燃冰儲層開發(fā),提出了固體固態(tài)流化開采法,結合機械破碎流化技術和多相流體舉升技術,實現(xiàn)了深水淺層區(qū)域NGH的開采。2020年,一種全新的NGH開采方法—原位補熱降壓充填開采技術,將CaO粉末導入可燃冰儲層中,待儲層壓力降低后,NGH離解產生的H2O與CaO作用,釋放出大量的熱,有效彌補了降壓法面臨的補熱問題。

        結束語

        天然氣水合物的開采利用是社會資源利用發(fā)展的必然趨勢,所以各個國家和地方應該重視對天然氣水合物開采和保護工作,促進天然氣水合物給人們帶來便利的同時,保護我們賴以生存的環(huán)境。

        參考文獻:

        [1]王敏,徐剛,蔡晶,等.“CH4-CO2”置換法開采天然氣水合物[J].新能源進展,2021,9(01):62-68.

        [2]陳強,胡高偉,李彥龍,等.海域天然氣水合物資源開采新技術展望[J].海洋地質前沿,2020,36(9):44-55.

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