• / 5
  • 下载费用:1 下载币  

天然气水合物资源勘探开发技术研究进展_图文

关 键 词:
天然气 水合物 资源 勘探 开发 技术 研究进展 图文
资源描述:
综述专论 化工科技,2010,18(4):58~62 N 然气水合物资源勘探开发技术研究进展* 武全萍,刘力健 (天津理工大学热能工程系,天津300384) 摘要:天然气水合物储量巨大,是人类理想的潜在的替代能源。对世界天然气水合物资源基本特 征和分布情况进行了介绍,对国内外天然气水合物勘探开发技术以及环境效应进行了阐述。 关键词:天然气水合物;勘探;开发 中图分类号:P 744.4 文献标识码:A 文章编号:1008—0511(2010)04—0058—05 目前在世界一次能源供应总量中,煤炭、石 油、天然气三者总和约占8O%左右,但这类常规 矿物能源不可再生,随着人类不断的开发和使用, 储量越来越少,最终将会枯竭[1J。天然气水合物 是地球上尚未开发的最大能源库,作为一种优质、 洁净能源已经成为当代能源资源产业研究发展的 热点,因此,对天然气水合物的研究和有效开发利 用也成为了我国可持续发展战略的内容之一。 天然气水合物(是一种笼形结晶化合物是以甲烷为主的气态 烃类物质和水作用生成的冰晶状化合物。它的外 貌很象冰雪或固体酒精,点火即可燃烧,因此有人 称之为“可燃冰”、“气冰”、“固体瓦斯”。在标准状 态下,每m。的天然气水合物可释放出164 m。甲 烷¨3],它是继煤、石油和天然气等能源之后的一种 潜在的新型能源,主要存在于陆地上的永久冻土 带和大陆边缘的海底砂砾中。 1 天然气水合物资源分布 地球上的天然气水合物蕴藏量非常丰富,大 约27 9/6的陆地和9的海域都含有天然气水合 物,主要存在于板块聚合边缘大陆坡、离散边缘大 陆坡、边缘海和内陆海,尤其是与泥火山、盐泥底 辟及大型断裂构造有关的深海盆地中。 收稿日期:2010—04—25 作者简介:武全萍(1972一),女,山西孝义人,天津理工大 学工程师,研究方向为新能源开发与利用。 *基金项目:天津市自然科学基金重点资助项目 (09 目前各国科学家对全球天然气水合物资源储 量较为一致的评价为2×lO¨m。,是剩余天然气 储量(156×10M m。)的136倍[ ,如果将该储量折 算为地球上的有机碳资源,其有机碳约占全球有 机碳的53.3 ,是煤、石油和天然气总碳量的2 倍,见图1据资料统计,全球已经累计发现超 过220个天然气水合物矿点 单位:1O 碳 1一天然气水合物,00;2一化石燃料,5 000;3一土壤, 1 400;480;5一陆地生物,830;6,567 图1地球有机碳的分布 1.1 天然气水合物在陆地中的分布 陆地上的天然气水合物主要存在于130~ 2 000 深处,温度很低的高纬度陆地(永久冻 土带)和大陆架是最可能形成天然气水合物的区 域。目前在陆地38处冻土区发现了天然气水合 物已经通过测井及取样的有阿拉斯加北坡、加 第4期 武全萍,等.天然气水合物资源勘探开发技术研究进展 ·5 9。 拿大马更些三角洲、俄罗斯麦索雅哈、中国青藏高 原冻土带等。 1.2海洋中的分布 海洋中天然气水合物广泛分布于200~600 m 的深度内,世界海洋区域内有88处直接或间接发 现了天然气水合物[9],目前已调查发现并圈定有 天然气水合物的地区主要分布在西太平洋海域的 白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本 海、四国海槽、南海海槽、苏拉威西海、新西兰北 岛;东太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亚一俄 勒冈滨外、秘鲁海槽;大西洋海域的美国东海岸外 布莱克海台、墨西哥湾、加勒比海、南美东海岸外 陆缘、非洲西西海岸海域;印度洋的阿曼海湾;北 极的巴伦支海和波弗特海;南极的罗斯海和威德 尔海,以及黑海与里海等。我国海洋中的天然气 水合物主要分布在南海和东海海域。 2天然气水合物开发技术与方法 天然气水合物开采的基本原理是通过改变水 合物稳定存在的低温高压条件,促使水合物分解, 从而达到开采的目的。目前,国内外常见的天然 气水合物开采技术主要包括:加热开采法、降压开 采法、化学剂开采法、采方式相结合的方法。 2.1加热开采法 加热开采法是将蒸汽、热水、热盐水或其它热 流体从地面泵人到水合物地层,使温度上升,促使 水合物分解而形成天然气的开采方法;也可选择 开采重油时使用的火驱法或利用钻柱加热器,使 水合物温度升高,进一步发生分解。热开采技术 的主要不足之处是会造成大量的热损失,致使效 率很低。特别是在永久冻土区,即使利用绝热管 道,永冻层也会降低传递给水合物储层的有效热 量。为此,人们尝试直接在井下加热,如采用井下 电磁或微波直接加热,可使采收率显著提高。 2.2降压开采法 降压开采法是通过降低压力而使天然气水合 物稳定的相平衡曲线移动,从而促使水合物分解, 一般是在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空腔(可通过加热 法或化学剂法作用人为形成),使与天然气接触的 水合物变得不稳定而分解为天然气和水。减压法 最大的特点是不需要昂贵的连续激发,因而可能 成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之 一。当水合物层下面存在自由气藏时,降压开采 是最有效的方法。 2.3化学剂开采法 某些化学剂,如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙 三醇等可以改变水合物形成的相平衡条件,降低 水合物的稳定温度,促使水合物分解。化学剂开 采法与加热法相比作用较慢、费用也高,且由于海 洋中水合物的压力较高,回采气体比较困难。 2.4 002置换开采法 天然气水合物所需的稳定压力较 某一压力条件下,天然气水合物不稳定,而物却是稳定的,这时过 形成合物所释放的热量来分解天然气水 合物,上述即为换法的原理。 2.5综合方法 单独采用某一天然气水合物的开采方法显然 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。如将降压法和加热开采技 术结合使用,即先用加热法分解天然气水合物,后 用降压法提取分解后的游离气体。 3 国内外天然气水合物勘探开发状况 由于天然气水合物分布在永久冻土区和深水 区,复杂的地质条件和艰苦的地理环境使得这种 资源的开发困难重重。天然气水合物的勘探开发 技术是多门类的综合学科,它也是当今各国学者 研究的前沿课题之一。 3.1 国外天然气水合物勘探开发状况 自从2现天然气水合物以来,世界上多个国家和地区 都发现了天然气水合物的实物样品。研究天然气 水合物资源储量及勘探开发技术的国家主要有美 国、英国、德国、加拿大、俄罗斯、日本、印度、韩国、 中国等。各个国家在过去的30多年里都相继投 入了大量的资金进行天然气水合物的结构、热动 力学、环境效应、开采技术等方面的研究。 俄罗斯西伯利亚麦索雅哈是目前世界上唯一 一个水合物商业化开采井,自从1968年开始试采 · 60 · 第18卷 以来,利用降压和注入抑制剂的方法已经连续生 产多年[ ]。 一个由日本、加拿大、德国、印度和美国研究 机构参予的团体,在加拿大年的天然气水合物研究项目。2002年2月27 日~3月10日,采用循环注热水法,对 38井进行第一次开采实验,5 ,从技术上证明了加热法开采天然气水合物 的可行性,为2004年日本在南海海槽钻探16个 水合物钻孔提供了技术上的支持。2007年4月, 日本和加拿大再次合作对次开采实验,首次通过降压法从含天然气水合 物沉积层中产生天然气,最成功的12.5 m。开采量超过了2002年5 2008年3月在同一位置进行了较长时间的天然 气水合物开发实验,连续6 d(139 h)的开发,天然 气累计产量达到13 000 m。[1 ,开采试验经验和 所得数据能够为201 7,年日本进行海域天然气水 合物商业开发提供技术储备 日本国内缺乏常规油气资源,因此对海洋天 然气水合物的开发寄与厚望。日本投入巨资设立 国家计划,组织大量的科研机构积极开展海洋天 然气水合物的研究勘探工作,并积极开展国际合 作,取得了令人瞩目的成就,为实现商业开采天然 气水合物奠定了技术基础。相关统计数据表明, 日本目前是世界上天然气水合物探明储量较多的 国家之一,大约为7.4×10 m。,天然气水合物埋 藏范围广泛,几乎遍及从北海道到冲绳的海域 此外,美国、印度、韩国也都启动了天然气水 合物研究计划,投入巨大的资金与人力进行天然 气水合物的勘探与开发工作。 3.2我国天然气水合物资源勘探开发状况 我国对天然气水合物的研究起步较晚,但近 年来发展迅速。由于天然气水合物资源对我国能 源战略具有极端重要性,1998年6月,中国科学 院科技政策局组织召开了“我国21世纪能源科学 发展战略思考研讨会”。国家能源部被授权组织 有关政府部门、国家实验室、国家自然科学基金 委、石油天然气公司和相关大学进行攻关,将“天 然气水合物的研究”列为国家研究开发计划,进行 资源勘探、开采和运输的研究。国土资源部、中国 科学院兰州冰川冻土研究所、中国科学院广州能 源研究所等科研机构对青藏高原永久冻土区、南 海水域进行了多年的调查研究[¨],初步勘查表 明,我国是世界冻土第三大国,尤其青藏高原是多 年冻土区,极有可能埋藏着丰富的天然气水合物, 我国许多海域也具有天然气水合物形成的条件。 2001年2月,我国召开了主题为“天然气水合物 研究现状及对策”讨论会,2002年启动了天然气 水合物资源调查项目,同年还启动了“863计划” 关于水合物资源调查关键技术研究项目。2006 年12月启动了“863计划”勘探开发关键技术研 究重大专项_8 。 2007年5月,在国土资源部统一组织下,中 国海洋地质调查部门在南海北部神狐海域成功钻 探取样获得天然气水合物实物样品,我国也因此 成为继美国、日本、印度之后第四个通过国家级研 发计划采到水合物实物样品的国家。与世界已发 现的天然气水合物相比,我国发现的天然气水合 物纯度很高,燃烧后几乎没有污染,不含杂质的 1 m。天然气水合物可以转化为164 m。的天然气 和O.8 m。的水。探测表明,仅南海北部深水区的 天然气水合物储量就已经达到了185亿。为此,我国天然气水合物海域勘探研究的 首要目标是在南海北部尽快发现具有开采价值的 天然气水合物矿藏。2008年11月,国土资源部 在青海省祁连山南缘永久冻土带(青海省天峻县 木里镇,海拔4 062米)成功钻获天然气水合物实 物样品;2009年6月继续钻探,获得宝贵的实物 样品,并对样品进行了室内鉴定,获得一系列原始 数据。我国首次在陆域发现天然气水合物,使我 国成为世界上第一次在中低纬度冻土区发现天然 气水合物的国家,也是继加拿大1992年在北美麦 肯齐三角洲、美国2007年在阿拉斯加北坡通过国 家计划钻探发现天然气水合物之后,在陆域通过 钻探获得天然气水合物样品的第三个国家。我国 是世界上第三冻土大国,冻土区总面积达215万 平方公里,具备良好的天然气水合物赋存条件和 资源前景。据科学家初略估算,远景资源量至少 有350亿一重大突破,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。 第4期 武全萍,等.天然气水合物资源勘探开发技术研究进展 ·61· 4天然气水合物对环境的影响 全球天然气水合物资源储量巨大,对各国的 能源战略具有重大意义,但它的开发利用与海洋 地质灾害和全球气候关系密切。因此,世界各国 对此应持有谨慎态度,在研究它的资源前景的同 时,要提出超前的防范措施,以防止天然气水合物 开发利用对环境造成不良的影响。 4.1 天然气水合物与全球气候变化的关系 天然气水合物蕴藏量极大,其主要成分甲烷 的比例也很高,是全球碳循环中的重要环节,在岩 石圈与水圈、气圈的碳交换中起重要作用。甲烷 是大气中重要的微量组分之一,与二氧化碳相同, 它也是一种“温室气体”,但它的温室效应是二氧 化碳的21倍。大陆和海洋天然气水合物中的甲 烷量大约是大气中甲烷量的3 000倍。在自然 界,压力和温度微小的变化都会引起天然气水合 物的分解,天然气水合物在开采过程中随着压力、 温度的变化必然会造成部分水合物的分解并释放 到大气中去,由此会进一步加剧全球的温室效应, 地球温度受温室效应影响而不断上升,则又会引 起陆地永久冻土区或海底的天然气水合物自动分 解,如此一来必然会造成恶性循环,严重影响全球 的气候条件_】引。 4.2天然气水合物与海洋地质灾害的关系 天然气水合物是造成海洋地质灾害的原因之 一,主要表现在天然气水合物自然分解引起的地 质灾害和勘探开采引起天然气水合物分解造成的 环境破坏。海平面升降、地震和海啸会导致水合 物分解,而水合物分解产生的滑坡、崩塌等现象则 又可能进一步引发新的地震和海啸,对海底电缆、 通讯光缆、钻井平台、采油设备等工程设施造成威 胁或破坏,甚至波及沿岸的建筑物,危害航行安全 和人们生命财产安全界上最大的海底滑 坡——挪威海岸的成了290 陡壁断崖,它的首次滑坡大约释放了5×10 烷而该处的第2次滑坡由天然气水合物的分解所引起口引。有学者认 为百慕大死亡三角区发生的灾难很可能与该处海 底蕴藏的储量巨大的天然气水合物有关口 。 4.3天然气水合物与海洋生态的关系 海洋中许多生物需要从海水中吸取氧气,以 此维持生命。如果在天然气水合物的开发过程中 向海洋排放大量甲烷气体,则会破坏海洋中的生 态平衡。在海水中甲烷气体会通过微生物的氧化 作用(20 一使得海水中 的氧气降低,影响海洋生物的活动,甚至造成海洋 生物灭绝,另一方面还会使得二氧化碳增加,造成 生物礁退化,致使海洋生态平衡遭到破坏。还有 学者认为,水合物分解引起的地质灾害也会导致 海底生态环境恶化而殃及海洋生物[203。 5结束语 可持续发展离不开能源,失去了能源的持续 供给,人类社会将难以为继。天然气水合物资源 的发现给身处能源危机困扰的人类带来很大的期 望,丰富的储量使得天然气水合物成为21世纪石 油天然气能源的理想替代资源。我国广阔的海域 和永久冻土区都有着巨大的天然气水合物资源前 景,但鉴于天然气水合物对全球气候和海洋地质 的影响,我们在对它进行勘探、开采研究的同时更 应该加强国际合作,有效获取国外科学技术信息, 积极探讨天然气水合物对我国能源安全的可能贡 献,谨慎求证天然气水合物在能源替代中的作用, 对它所带来的地质灾害、温室效应以及对海洋生 态的影响进行充分研究,以促进我国资源开发利 用与环境保护的协调发展。 [参考文 献] 国彬.能源工程管理[M].上海:同济大学出版 社,2007. [2]t ].004,336(9):751 ~765. [3] R E D of ].M D in C].000,l~8. [4]赖枫鹏,李治平.天然气水合物勘探开发技术研究进展[J]. 中外能源,2007,12(5):28~32. [5] as a 001,71,181~186. Y F A Y 1st J].007。 · 62 · 化工科技 第18卷 56:1. [7]吴茂炳,王新民,李在光.天然气水合物的形成分布特征及 其开发前景口].中国石油勘探,2003,8(2):75~79. [8]李小森.天然气水合物能源的勘探与开发[J].现代化工, 2008,28(6):1~13. [9]江怀友,乔卫杰,钟太贤,等.世界天然气水合物资源勘探开 发现状与展望中外能源,2008,13(6):19~25. 传芝,赵克斌,孙长青.天然气水合物开采研究现状 地质科技情报,2008,27(1):47~52. [11]成海燕.2006~2008 J].海洋地质动态,2009,25(1):20~21. [12]u 005,22(5):671~681. [13]陈作义,杨晓西,叶国兴.天然气水合物概况及最新研究进 展海洋通报,2002,21(3):78485. [141何家雄,祝有海,陈胜红.天然气水合物成因类及成矿特征 与南海北部资源前景[J].天然气地区科学,2009,20(2): ~243. [15] A.].000,912:17~22. [1 6],.of in ].1993. [17], W.].998,392(26):329~330. [18],,.on of ].000,163:125~148. [19] D,.of in ].982,66(6):789[2O]王淑红,宋海斌,颜文.天然气水合物的环境效应[J].矿物 岩石地球化学通报,2004,23(2):16O~165. in of U i—j 00384。he of GH)it an of 1 st he GH in in GH in is
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:天然气水合物资源勘探开发技术研究进展_图文
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-50783.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