• / 4
  • 下载费用:1 下载币  

天然气水合物开发与应用研究进展

关 键 词:
天然气 水合物 开发 应用 研究进展
资源描述:
2010 年第 29 卷增刊 519·化 工 进 展天然气水合物开发与应用研究进展 唐黎明,郝 敏 (沈阳化工大学机械工程学院,辽宁 沈阳 110142) 摘 要: 天然气水合物是一种可以作为石油补充与替代能源的矿产资源,被誉为 21 世纪具有商业开发前景的战略资源,本文在综述了天然气水合物开发技术研究进展的同时,重点介绍了我国天然气水合物开发研究现状及取得的成果,最后列举了天然气水合物在储运天然气、作为车用燃料及燃烧等几个方面的应用。 关键词: 天然气;水合物;开发;应用 天然气水合物 ( 简称 ,又称 “可燃冰 ”,是天然气在一定的低温、高压下与水形成的非化学计量笼形化合物[1]。地层中已探明的天然气水合物储量相当于全球传统化石能源 (煤、石油、天然气与油页岩等)储量的 2 倍左右,总资源量约为( 118~ 211) ×1016]。天然气水合物极易燃烧,同等条件下产生的能量远大于煤、石油和天然气,并且几乎不产生任何残渣或废弃物,污染远小于常规能源[3作为 21 世纪最理想的替代能源,天然气水合物不仅可满足全球的能源需求,且可减少 缓解全球气候变暖的速度[6]。同时,天然气水合物的勘探开发本身也将是地质、海洋、深海钻探、采矿和环境保护等学科与高新技术的综合应用[7]。 1 天然气水合物开发 天然气水合物开发技术 天然气水合物是一种由天然气和水组成的亚稳定态物质,存在于特定的温压条件下。一旦赋存条件发生变化,天然气水合物藏的相平衡就会被破坏,引起天然气水合物分解[8]。对从气水合物中提取天然气的[9]传统方法目前主要分为 3 类,分别为热激发法、化学试剂法、减压法;新型开采方法主要为 裂开采法、固体开采法。传统开采方法 ( 1)热激发法[10] 此方法主要是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入水合物地层,也可采用开采重油时使用的火驱法或利用钻柱加热器,总之只要能促使温度上升达到水合物分解的方法都可称为热激发法。 热开采技术的主要不足是会造成大量的热损失,效率很低。特别是在永久冻土区,既使利用绝热管道,永冻层也会降低传递给储集层的有效热量。近年来人们为了提高热激发法的效率采用井下装置加热技术,井下电磁加热方法就是其中之一。实践证明电磁加热法是一种比常规开采技术更为有效的方法。这种方法就是在垂直(或水平)井中沿井的延伸方向在紧邻水合物带的上下(或水合物层内)放入不同的电极,再通以交变电流使其生热直接对储层进行加热。储层受热后压力降低,通过膨胀产生气体。电磁热还很好的降低了流体的黏度,促进了气体的流动。 ( 2)化学试剂法[11] 某些化学试剂,诸如盐水、甲醇,乙醇、乙二醇、丙三醇等化学试剂可以改变水合物形成的相平衡条件,降低水合物稳定温度。当将上述化学试剂从井孔泵入后,就会引起水合物的分解。化学试剂法较热激发法作用缓慢,但确有降低初始能源输入的优点。化学试剂法最大的缺点是费用太昂贵。由于大洋中水合物的压力较高, 因而不宜采用此方法。化学试剂法曾被俄罗斯的梅索雅哈气田使用过,并在美国阿拉斯加的潜永冻层水合物中做过实验,它在成功的移动相边界方面显得有效,获得明显的气体回收。 ( 3)减压法[12] 减压法的基本原理是通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线移动,从而达到促使水合物分解的目的。其一般是通过在一水合物层之下的游离气聚集层中 “降低 ”天然气压力或形成一个天然气 “囊 ”(由热激发或化学试剂作用人为形成) ,与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水。减压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发,因而其可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。 化 工 进 展 2010 年第 29 卷 · 520· 新型开采方法 ( 1) 这种方法首先由日本研究者提出[13方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下,天然气水合物保持稳定需要的压力比 此在某一特定的压力范围内,天然气水合物会分解,而 果此时向天然气水合物藏内注入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。 ( 2)压裂开采法[19裂开采技术包括水力压裂、爆炸压裂、高能气体压裂。其实质是在地面通过钻孔向地下被压目的岩层注入一定量高压流体,在钻孔底部一定范围内诱发人工裂缝,将目的岩层沿垂直于最小主应力方向压裂,使其产生人为裂隙,为分解气体提供运移通道,产生的连通裂隙可以降低储层孔隙压力,从而达到高效开采水合物储层的目的,从生产井流出的气水两相流体经气水分离器分离后气体经加工后直接运输。 ( 3)固体开采法 固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物,将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是,首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相,采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆,然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理,促使天然气水合物彻底分解,从而获取天然气。 从以上各方法的使用来看,单单采用某一种方法来开采天然气水合物是不经济的,只有结合不同方法的优点才能达到对水合物的有效开采。 国内天然气水合物开发研究现状 我国对于天然气水合物的开发研究起步相对较晚, 于 2002 年同时启动海域和陆域 “可燃冰 ”的研究和勘探,虽然开发研究起步较晚,但取得的成就却令世界瞩目。 2007 年 5 月[23国土资源部中国地质调查局在我国南海北部成功钻获天然气水合物实物样品。我国在南海发现天然气水合物的神狐海域,成为世界上第 24 个采到天然气水合物实物样品的地区,是第 22 个在海底采到天然气水合物实物样品的地区,是第 12 个通过钻探工程在海底采到水合物实物样品的地区。此次采样的成功,证实了我国南海北部蕴藏有丰富的天然气水合物资源。 我国也因此成为继美国、日本、印度之后第 4 个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家,标志着我国天然气水合物调查研究水平已步入世界先进行列。 继在南海取得天然气水合物实体样本后,我国又在青海省祁连山南缘永久冻土带采得天然气水合物实体样本[25],这是我国继 2007 年 5 月在南海北部钻探获取天然气水合物之后的又一重大突破。这一重大突破,证明了我国冻土区存在丰富的天然气水合物资源,对认识天然气水合物成藏规律、寻找新能源具有重大意义。 与此同时,我国在钻探取心技术[26]、勘查技术[27]、 开采技术[28]等诸多方面取得新进展, 如 2009年 10 月 18 日[29],我国具有完全自主知识产权,也是目前世界上第一艘配置较完善的综合地质地球物理调查船 ——“海洋六号” 在广州下水。 “海洋六号 ”是依据我国海域特点和海洋地质需要,由我国自主设计、建造的第一艘天然气水合物综合调查船,它的投入使用,将有力地推动我国天然气水合物勘探开发事业的发展。 2 天然气水合物的应用 随着国内外天然气水合物资源的不断发现与开发, 有关天然气水合物的应用研究也在不断发展,已经形成具有重要工业应用前景的特有技术。在储运天然气、车 用燃料、直接燃烧等领域得到广泛应用[30]。 天然气水合物储运天然气 陆上天然气水合物运输 在陆地上利用天然气水合物运输天然气,意味着同时运输大量的水,且必须依赖铁路或公路,运输成本相对较高, 特别是对于严重缺水的西部地区,很不经济。但水合物的保存压力低(只需保持低温即可) ,可减轻储罐的重量,经济性高;水合物运输的安全性高,发生事故的可能性很低。相对于其它运输方式,天然气水合物陆上运输仍然具有很大优势。对于边远油田的伴生气和小型零散气田的天然气,在无法通过管道外输时,也可选择天然气水合增刊 唐黎明等:天然气水合物开发与应用研究进展 · 521·物方式运输。 海上天然气水合物运输 相对天然气水合物的陆上运输,海上天然气水合物运输更有竞争优势。目前海上天然气主要采用液化天然气( 式运输, 要高压和深冷技术,设备规模大,投资成本高。而采用天然气水合物技术运输天然气可在一定程度上降低投资成本,同时可大大提高海上天然气储运的可操作性和灵活性,其技术可行性明显优于液化天然气、甲醇以及合成油技术;且由于天然气水合物是固体,体积不可能在短时间内突然膨胀,分解后天然气可全部释放, 有效提高了天然气的储存规模和效率,采用天然气水合物技术运输天然气安全并对环境无污染。 天然气水合物燃烧 天然气水合物可以直接燃烧,有望作为燃料使用,但目前尚未解决其科学释放能量的问题。研究人员对制备的三种水合物(甲烷、甲烷 /乙烷和甲烷/环戊烷水合物)样品进行了直接点火燃烧试验。结果显示甲烷水合物的化解速度快,蒸汽量大,火焰呈淡蓝黄色, 无烟; 甲烷 /乙烷水合物化解速度较慢,蒸汽量小,燃烧充分,呈现出无焰有燃烧的特点,从热度也能感觉出水合物的确在燃烧; 甲烷 /环戊烷水合物燃烧最为稳定,火焰成红色,带黑烟,燃烧不充分。 天然气水合物用于车用燃料[31]随着石油资源的日见枯竭及城市污染的日益严重,国内外都在试行推广使用天然气汽车。目前天然气汽车使用的燃料大多是压缩天然气,使用压缩天然气的缺点是存储压力高和行程短。为克服这些缺点,美国已试验将天然气水合物(其平衡压力仅为 4为车用燃料。所涉及的关键技术将是如何使水合物快速气化以满足内燃机系统的需要。天然气水合物具有高浓度、高储量的特点,每单位体积可储存标准状态下 164 倍体积的天然气,因此行驶距离长,比压缩天然气汽车、液化天然气汽车和活性炭吸附天然气汽车更具优势。 3 结 语 目前,全世界拥有的常规石油天然气资源,将在 40~ 50 年后逐渐枯竭。 天然气水合物是一种可以作为石油补充与替代能源的矿产资源,具有广阔的资源前景和应用前景,积极开展天然气水合物的调查研究, 对能源接替、 人类可持续发展和环境效应,具有重要的科学和战略意义。可以确定,随着科学技术的飞速发展和能源需求的快速增长,天然气水合物这一非常规天然气资源将会发挥出其潜在的巨大经济效益,为人类造福。 参 考 文 献 [1] 熊颖,王宁升,丁咚,等 . 天然气水合物的应用技术 [J]2008, 26( 4): 12[2] D. M]. 1998. [3] 陈宝宏,韩璐,李良君,等 . 天然气水合物相关技术最新研究进展 [J ]. 河南石油, 2004, 18( 3): 63[4] 刘士鑫 . 气田生产中天然气水合物防治的实验研究及预测 [D]. 成都:西南石油学院硕士学位论文, 2005. [5] 胡玉峰 . 天然气水合物及相关新技术研究进展 [J]. 天然气工业,2001, 21( 5): 84[6] as a ]. 2001, 71: 181[7] 张志杰,于兴河,郑秀娟,等 . 天然气水合物的开采技术及其应用 [J]. 天然气工业, 2005, 25( 4): 128[8] 徐红,张宝华,樊爱娟 . 气体水合物的研究与应用 [J]. 山东化工,2003, 32: 24[9] 王洪林 J]. 辽宁化工, 2009, 38( 8): 561[10] of J]. 2003, 54( l): 102[11] of in J]. 2001, 29: 115[12] i, . a in a J]. 2003( 44): 2403[13] 周锡堂, 樊栓狮, 梁德青 . J]. 化工进展, 2006, 25( 5): 524[14] , , H, et by ]. J . 1996, 29( 3):478[15] , , . by an J]. 1998, 212: 159[16] H, , W. of of in s/ 01 2001. [17] , D. as a ] . 2001, 71: 181化 工 进 展 2010 年第 29 卷 · 522· [18] P, , B, et A of B/ [19] 赵建忠,石定贤 . 天然气水合物开采方法研究 [J]. 矿业研究与开发, 2007, 27( 3): 32[20] 廖健,梅东海,杨继涛,等 . 含盐和甲醇体系中气体水合物的相平衡研究 I 平衡生成条件的测定 [J] 油加工, 1998,14( 3): 80[21] 龙学渊,袁宗明,倪杰 . 国外天然气水合物研究进展及我国的对策建议 [J]. 勘探地球物理进展, 2006, 29( 3): 170[22] 祝道平, 宁正福 . 利用高能气体压裂技术开采天然气水合物可行性分析 [J]. 重庆科技学院学报:自然科学版, 2009, 11( 3):37[23] 我国在南海北部钻获天然气水合物 [J]. 海洋地质与第四纪地质,2007( 3): 42. [24] 我国成功钻获天然气水合物样品 [J]. 海洋世界, 2007( 7) . [25] 高延林 J]. 青海科技, 2009( 6): 26[26] 王智锋,许俊良,薄万顺 . 深海天然气水合物钻探取心技术 [J]. 石油矿场机械, 2009, 38( 9): 12[27] 魏伟,张金华,孙爱,等 . 天然气水合物勘查识别与实验技术 [J]. 天然气工业, 2009, 29( 9): 123[28] 宋永臣,阮徐可,梁海峰,等 ]. 过程工程学报, 2009, 9( 5): 1035[29] “海洋六号 ”天然气水合物综合调查船在广州启用 [J]. 海洋地质与第四纪地质, 2009: 16. [30] 宋琦, 王树立, 武雪红, 等 . 水合物技术应用与展望 [J]. 油气储运,2009, 28( 9): 5[31] 欧剑,袁宗明,贺三 . 水合物应用 [J]. 天然气与石油, 2006, 24( 1): 5—————————— 第一作者简介: 唐黎明 ( 1977—) , 男, 工程师, 硕士, 现从事油气储运教研工作。 E–
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:天然气水合物开发与应用研究进展
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-50690.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开