天然气水合物

1、天然气水合物（一）、（一）、（二）、开采方法 天然气水合物天然气水合物 natural gas hydrate定义：它是在一定条件（合适的温度、压力、气体定义：它是在一定条件（合适的温度、压力、气体 饱和度、水的盐度、饱和度、水的盐度、 ph 值等）下由值等）下由水水和和天然气天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（clathrate）基本特征基本特征（1）一种）一种固态结晶物固态结晶物（2）外观象雪或松散的冰）外观象雪或松散的冰（3）遇火即可燃烧，）遇火即可燃烧，故又称故又称“可燃冰可燃冰” 。（4）比水轻，而重于烃类液体，）比水轻，而重于

2、烃类液体，密度一般在密度一般在0.8-1.0 g/cm3之间，除热膨胀和热传导性质外，光谱性质、力之间，除热膨胀和热传导性质外，光谱性质、力学性质等同学性质等同冰冰相似相似 天然气水合物天然气水合物 natural gas hydrate它可用它可用 mnh2o来表示来表示m代表水合物中的气体分子，代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水为水合指数（也就是水分子数）分子数）。组成天然气的成分如组成天然气的成分如 ch4、c2h6、c3h8、c4h10等同等同系物系物以及以及co2、n2、h2s 等可形成单种或多种天然气等可形成单种或多种天然气水合物。水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲

3、烷形成天然气水合物的主要气体为甲烷对甲烷分子含量超过对甲烷分子含量超过 99 的天然气水合物通常称为的天然气水合物通常称为甲甲烷水合物（烷水合物（methane hydrate）。气体水合物气体水合物水水-水：氢键水：氢键 (hydrogen bond) 水分子水分子“笼子笼子 (cavity)”气体分子：气体分子：ch4, c2h4, c2h6, c3h8, ne, ar, kr, xe, n2, h2s, co2, 天然气天然气水合物的水合物的发现发现1810:1810:发现气体水合现象发现气体水合现象1930-19401930-1940：天然气的管线中常有甲烷气水包合物的天然气的管线中常

4、有甲烷气水包合物的结晶阻碍传输结晶阻碍传输19641964：西伯利亚冻原区首次发现自然的甲烷气水包合西伯利亚冻原区首次发现自然的甲烷气水包合物物19771977：大西洋的震测探勘也发现深海的富含甲烷气水大西洋的震测探勘也发现深海的富含甲烷气水包合物的岩层包合物的岩层 20002000之后：之后：致力于甲烷气水包合物的研究致力于甲烷气水包合物的研究天然气水合物的开采基本原理：由于天然气水合物在常温常压下不稳定，因此可利用各种手段将其分解成水和天然气，然后对天然气进行气体开采。 天然气水合物开采方法注热开采法注热开采法直接对天然气水合物层进行加直接对天然气水合物层进行加热热,使天然气水合物层的温度

5、使天然气水合物层的温度超过其平衡温度超过其平衡温度,从而促使天从而促使天然气水合物分解为水与天然气然气水合物分解为水与天然气的开采方法。的开采方法。+注热开采法注热开采法+这种方法发展很快，加热方式不断改进这种方法发展很快，加热方式不断改进直接注入热流体加热直接注入热流体加热火驱法加热火驱法加热井下电磁加热井下电磁加热微波加热微波加热+特点：特点： 可实现循环注热可实现循环注热 作用方式快。作用方式快。+缺点：缺点： 需要消耗大量能量需要消耗大量能量 热利用效率较低热利用效率较低 只能进行局部加热只能进行局部加热+因此该方法尚有待进一步完善。因此该方法尚有待进一步完善。 天然气水合物开采方法减

6、压开采减压开采减压途径主要有两种减压途径主要有两种: : 采用低密度泥浆钻井达到减压目的采用低密度泥浆钻井达到减压目的; ;当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时, ,通过泵出天然气水通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力 。特点：特点：不需要连续激发不需要连续激发, ,成本较低成本较低, ,适合大面积开采适合大面积开采, ,尤其适用于存在下伏游离尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采气层的天然气水合物藏的开采是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技

7、术。是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。限制条件：限制条件：对天然气水合物藏的性质有特殊的要求对天然气水合物藏的性质有特殊的要求, ,只有当天然气水合物藏位于温只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时压平衡边界附近时, ,减压开采法才具有经济可行性减压开采法才具有经济可行性 天然气水合物开采方法化学试剂注入开采法化学试剂注入开采法通过向天然气水合物层中注入某通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂些化学试剂, ,以破坏天然气水合以破坏天然气水合物藏的相平衡条件物藏的相平衡条件, , 促使天然气促使天然气水合物分解水合物分解 。如如盐水盐水、甲醇甲醇、乙醇乙醇、乙二醇乙二醇、丙三醇丙

8、三醇等等, , 天然气水合物开采方法化学试剂注入开采法化学试剂注入开采法特点：特点：可降低初期能量输入可降低初期能量输入所需的化学试剂费用昂贵所需的化学试剂费用昂贵对天然气水合物层的作用缓慢对天然气水合物层的作用缓慢还会带来一些环境问题还会带来一些环境问题目前对这种方法投入的研究相对较少。目前对这种方法投入的研究相对较少。 天然气水合物开采方法co2 置换开采法。置换开采法。这种方法首先由日本研究这种方法首先由日本研究者提出者提出 方法依据方法依据天然气水合天然气水合物稳定带的压力条件物稳定带的压力条件 天然气水合物开采方法天然气水合物开采方法co2 置换开采法置换开采法在一定的温度条件下在一

9、定的温度条件下,天然气水合物保持稳定需要的压力天然气水合物保持稳定需要的压力比比co2 水合物更高水合物更高在某一特定的压力范围内在某一特定的压力范围内,天然气水合物会分解天然气水合物会分解,而而co2 水水合物则易于形成并保持稳定。合物则易于形成并保持稳定。天然气水合物分解天然气水合物分解吸热吸热co2水合物形成水合物形成放热放热这种作用释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得这种作用释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。以持续地进行下去。我国水合物技术进展我国水合物技术进展2006年年8月，中国宣布，未来月，中国宣布，未来10年，中国将投年，中国将投入入8亿元进行亿元进行“可燃冰可燃冰”的勘探研究，预计的勘探研究，预计2020年进行试开采。年进行试开采。乐观估计，中国在乐观估计，中国在30年内能够实现年内能够实现“可燃冰可燃冰”的的商业开发。