天然气水合物资源开采方法研究(一).docx

天然气水合物资源开采方法研究(一)天然气水合物资源开采方法研究(一)摘要自然界中存在大量的水合物，这些水合物是已经被认为是将来重要的能源，本文分析了天然气水合物资源的特点，并综合介绍了现阶段提出的天然气水合物开采方法及模型，对比分析了典型开采方法，如热激发、降压和注抑制剂等的优缺点和经济性，评述了研究中存在的问题，并提出了今后研究的重点。关键词水合物资源开采TheResearchofNaturalGasProductionFromHydrateAbstractThereareagreatdealhydratesintheEarthandhydratereservoirshavebeenconsideredasasubstantialfutureenergyresource.Thispaperanalyzedthecharacteristicsofhydratereservoir,introducedthemethodandmodelsofnaturalgasproductionfromhydratedissociation,investigatedtherelativemeritsandeconomicalefficiencyoftypicalmethodsuchasthermalstimulation,depressurizationandinhibitorinjection,andgivenoutsomesuggestsfortheemphasesoftheresearchinthefuture.KeywordsGashydrate;Hydratereservoir;Naturalgasproduction天然气水合物（NaturalGasHydrate，简称GasHydrate），又称笼形化合物（Clathrate）。它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧。在自然界中存在的水合物绝大部分是甲烷水合物。通常情况下，从水合物分解得到甲烷是水合物体积的160多倍，而且以固态形式存在的天然气的总量比地球上化石燃料贮量多一倍，所以人们已经把水合物作为将来重要的能源贮备。另外甲烷含碳量少于煤或石油，甲烷产生的二氧化碳仅是煤的一半，是一种比较清洁的能源[1]。天然气水合物由于其分布广、规模大，因此从20世纪80年代初，美国、加拿大、日本等发达国家开展了本土和国际海底的调查研究和评价。至今，各国已经对天然气水合物勘探开发技术等方面进行了一系列深入细致的工作，取得了大量令人鼓舞的成果。但由于天然气水合物的开发面临着经济和技术上的可行性问题，天然气水合物的开发技术尚处于实验阶段。1天然气水合物矿藏的特点美国能源部R.D.Malone(1985)进行多年研究指出水合物存在于以下四个类型中[2]：第一种类型是良好分散型水合物，在诸如墨西哥湾的密西西比峡谷和Orca地区中了发现该种样品。第二种是结核状水合物，其直径为5cm，可存在诸如墨西哥湾的绿色峡谷中。该水合物气体为从深处迁移的热成因气体。第三种是层状水合物，分散于沉积物的各薄层中，例如：在布莱克--白哈马山脉发现的晶核，该水合物存在于所有的近海区域和永久冻土中。第四种是块状水合物，厚度为3-4m，水合物的含量为95%的，沉积物含量少于5%的，例如在远离中美洲海沟的DSDP84航次570井位发现的水合物样品。现在还不清楚该样品是来自于生物起源还是来自于热成因。当该水合物增长时，大部分气体可转移到水合物处，或者形成与断层中，或当块状水合物增加时气体挤压沉积物。在大陆上，天然气水合物形成带范围较小，大体上与冻结岩石发育带一致。天然气水合物形成带的最大厚度为1800～2000m，其中最常见的厚度为700～1000m[3]。而在海洋中，天然气水合物最初形成的海水深度是：在两极地区约为100~200m，在赤道附近地区为400~600m，水合物的生成带的厚度从几米到500米[4]。如果沉积物中的全部孔隙都被天然气水合物充满，则该沉积体变可形成一个相对不渗透的屏障，其下可以聚集游离态的天然气，如图1所示。;图1典型水合物储层示意图2天然气水合物开采方法及模型天然气水合物开采的思路基本上是首先将蕴藏于沉积物中的天然气水合物进行分解，然后加以利用，现阶段提出的方法可以归为四类。2．1热激发法这类方法的基本思路是利用各种加热技术对天然气水合物储层进行加热，使水合物层的温度达到天然气水合物的分解温度以上使水合物分解，代表的方法是注蒸汽（图2）和利用电（或磁）加热。图2热激发开采天然气水合物示意图在热刺激模型中，水合物产生的热传导控制技术有两种[5]。1）用热水或蒸汽循环注入预热井。该过程由两个步骤组成。1）蒸气或热水