可燃冰之开发利用

可燃冰的开采
可燃冰的开采可分为减压开采、注化学药剂开采、 CO2置换开采等,国际上对如何开采可燃冰尚没有 可靠的方法,基本上处于研究、试验阶段。目前对 可燃冰的试采中,一般要先开凿一口1200m深的钻 井,直通到可燃冰层,然后注入温水,让可冰溶于温 水中,抽回地面进行分离。具体实施可以利用双重 结构管道,在含水合物层打钻,在内侧管道注入高压 温水,从外侧管道收回水合物,使其转化为甲烷气体。 这一开采方法被认为是目前最有效的方法,但是这 项工作也仍处在初级探索阶
少有30多个国家和地区进行可燃冰的研究 与调查勘探。美国、日本、印度等国近年 来纷纷制订天然气水合物研究开发战略和 国家研究开发项目计划
国外可燃冰开发利用现状
美国
1981年投入800万美元制订了天然气水合物10年研究计划; 1998年又把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入长 远计划,每年投入2000万美元,准备在2015年试开采。
,我国南海北部可 燃冰钻探顺利结 束,科学家共在3 个工作站位成功 获得高纯度的可 燃冰样品。.
我国可燃冰开发利用现状
2008年10月,我国首艘自主研制的可燃冰综 合调查船“海洋6”号在武昌造船厂下水
可燃冰开发前景
天然气水合物是一种溢散气体,因此开采时最易泄漏,如果控制不住,极 易造成“井喷”。大量可燃冰排出后会造成强烈的温室效应,破坏海洋 的稳定平衡,加剧气候变暖,并对海洋本身也有极大的危害,甚至造成大 陆架边缘的动荡,导致灾难性海啸,同时也会危及海底油气管线、水下 电缆等设施。因此,对这种新能源的开发利用重要的是要突破一系列的 技术难题。目前可燃冰的开采成本高达200美元/m3,折合成天然气要1 美元/m3,这也是勘测、开采可燃冰不得不面对的问题。由以上种种来 看,短时间内,可燃冰成为新能源只是人类的一个希望。 但长期来说,可燃冰作为一种清洁高效、潜力巨大的新能源,将成为继 石油、煤炭、天然气之后的一种主要能源5 可燃冰的开采方法由于可 燃冰非常不稳定，在常温和常压环境下极易分解，所产生的温室效应 要比二氧化碳高10 ～ 20倍。据测算，在可燃冰中固化的甲烷总量相 当于大气中甲烷数量的 3 000 倍。一旦沉睡中的可燃冰矿藏受到扰动， 包括人为的开采和自然的破坏，都可能导致甲烷气体大量逃逸到大气 中，从而导致无法想象的后果。对此，科学家们表示出了担忧: 对于 可燃冰矿藏开采的破坏，可能导致甲烷气体的大量泄漏，释放到大气 层中，造成海啸、海底滑坡、海水毒化、全球气候变暖等灾害。
我国可燃冰研究开发现状
2000年,
十一五”期间
2007年6月
,“863”计划海洋技
国家批准设立 了水合物专项 “我国海域天 然气水合物资 源勘测与评价 ”。“
术领域设立了“天 然气水合物勘探开 发关键技术”重大 项目。国家科学技 术部制订的《国家 重点基础研究发展 计划(“973”计划)“十 一五”发展纲要》 中,大规模新能源— ——天然气水合物 的探索研究被列为 能源领域重点研究 方向。
国外可燃冰开发利用现状
目前,美国、俄罗斯、荷兰、加拿大、日本等国探测可燃 冰的目标和范围已覆盖了世界上几乎所有大洋陆缘的重要 潜在远景地区以及高纬度极地永冻土地带和南极大陆陆缘 区,同时,俄、美、加等国通过地震勘探工作,已查明在北极 地区有大量正在形成的天然气水合物。 据日本经济产业省专家小组会议2008年8月18日在东京发 表的一份文件所说,日本政府将在一个叫作Nankai海槽的 深海沟中进行冰冻甲烷的试验性生产。韩国已成功完成 《可燃冰开发10年计划》第一阶段任务,确认韩国周边海 域海底可燃冰矿藏,并对储藏量进行初步估计; 2008~2011 年,韩国将完成对周边海域进一步勘探工作;2012~2014年, 对周边海域发现的可燃冰矿藏储量进行最终确认,研发可 燃冰商业生产相关技术。
开发可燃冰带来弊
1.可燃冰与全球温室效应之间有着密切的联系。 据统计，CH4的温室效应要比CO2整整大21倍。虽然目前大气中 的甲烷总量并不高，仅仅占到二氧化碳总量5%，但甲烷对温室 效应的“贡献”却高达15%。一旦可燃冰作为新型能源大量开采， 则在开采过程中势必会向大气中排放大量的甲烷气体，这将进一 步加剧全球的温室效应，同时极地、海水和地层的温度也将随之 升高。久而久之，深埋在海底或地下的可燃冰会自动分解，大气 的温室效应的加剧将形成恶性循环。 2.海底可燃冰的不断分解将导致斜坡稳定性降低进而使得海底滑 坡现象日趋严重。 3.破坏海洋中的生态平衡。研究表明，在开采过程中向海洋排放 的大量甲烷气会与海水发生化学反应，从而导致海水中氧气含量 降低，一些喜氧生物群落将会面临物种灭绝的危险；另一方面， 将会使海水中的二氧化碳含量增加，造成生物礁退化，进而破坏 海洋生态平衡。
我国可燃冰研究开发现状
1990年
1992年
1998年
中国科学院与 莫斯科大学冻 土专业学者合 作开展室内可 燃冰合成试验 。
史斗等人将当时 国外有关天然气 水合物研究的资 料进行整理精选, 翻译出版了中国 第一部关于天然 气水合物研究的 中文资料《国外 天然气水合物研 究进展》。
,中国完成了“中国 海域气体水合物勘测 研究调研”课题,首 次对中国海域的天然 气水合物成矿条件及 找矿远景做了总结。 据专家分析,青藏高 原的羌塘盆地和东海 、南海、黄海的大陆 坡及其深海,都可能 存在体积巨大的可燃
添加化学剂法
2. Description of the business 5. Description of the business
CO2置换法
3. Description of the business
综合法
开采方法
加热法 加热法又称热激发法，是将蒸汽、热水、热盐水或其他热 流体从地面泵入水合物地层，进电磁加热和微波加热，促 使温度上升、水合物分解( 图 4) 。该法更适用于对水合物 层比较密集的水合物藏进行开采，如果水合物藏中各水合 物层之间存在很厚的夹层，则不宜用此方法进行开采。该 方法的主要缺点是会造成大量的热损失，效率很低，甲烷 蒸汽不好收集。特别是在永久冻土带，即使利用绝热管道， 永冻层也会降低传递给储层的有效热量。所以，减小热量 损失、合理布设管道并高效收集甲烷蒸汽是急于解决的问 题。图 4 加热法开采原理图
可燃冰的发展前景
天然气几乎是燃烧值最高的常规能源形态，燃烧时，1 m3天然气释放 的热量几乎是 1 kg 煤炭的 3倍，1 kg 汽油的2 倍。1 m3可燃冰等于 164 m3的常规天然气藏，是其他非常规气源岩 ( 如煤层、黑色页岩) 能量密度的 10 倍，是常规天然气能量密度的 2～ 5 倍，粗略算下来， 1 m3的可燃冰，其燃烧值竟约等于0. 5 t 煤炭。可满足人类 1 000 年 的能源需要，这与其他常规化石能源形成了巨大的反差。据推算，目 前已经发现的石油储备量还可用 40 年，天然气还可用70 年，煤炭还 可用 190 年。当全世界的石油煤炭资源将消耗殆尽的时候，可燃冰的 发现，让陷入能源危机的人类看到新希望。但是，虽然全世界天然气 水合物资源量非常可观，除了小型现场试验之外，目前唯一实现开采 的只有俄罗斯的麦索亚哈天然气水合物气田，全球未来的天然气水合 物产量尚不确定。目前，天然气水合物的研究主要集中在天然气水合 物资源的勘测与评估，天然气水合物基础物理化学性质的研究、天然 气水合物开采模拟与环境评价以及天然气水合物储运与利用方面。根 据近年来试验性开采的成果和技术进步来看，2015—2020 年发达国 家实现工业规模开采天然气水合物在技术上是可行的，但要实现商业 开采则值得探讨。
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可燃冰
-----开发利用
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Contents
可燃冰的勘察
国外可燃冰开发研究现状 国内可燃冰开发研究现状 可燃冰开发前景 可燃冰的开采方法
可燃冰的勘察
截至2002年底,世界上已直接或间接发现天 然气水合物共116处(其中海洋就有85处), 直接水合物样品23处。 目前勘察可燃冰最好的两种方法是地震波 法和速声波法。
综合法 综合法是综合利用降压法和热开采技术的优点对 天然气水合物进行有效开采。其具体方法是先用 热激法分解天然气水合物，后用降压法提取游离 气体 ( 图 8) 。目前，这种方法已得到了人们的广 泛推崇，已投产的俄罗斯 Messoyakha 气田和加 拿大Mackensie 气田均以该法为主要开采技术， 其技术在国内具有良好的应用前景［19］。图 8 综合法开采原理
添加化学试剂法 通过从井孔向水合物储层泵入化学试剂 ( 图 6) ，如盐水甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇 等［17］，改变水合物形成的相平衡条件， 降低水合物稳定温度，引起水合物的分解。 化学试剂法较热激发法作用缓慢，费用昂 贵，但确有降低初始能源输入的优点。图 6 添加化学试剂法开采原理图
CO2置换法 近期有学者提出用 CO2置换开采 ( 图 7) ， 将CO2通入天然气水合物储层，通过形成 二氧化碳水合物放出的热量来分解天然气 水合物，同时可以用来处理工业排放的 CO2，发展低碳经济。图 7 CO2置换开采 法原理
减压法 降压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，从而达到促使水合物分解的目的。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 ( 可由热激发或化学试剂作用人为形成) ，使与 天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水 ( 图 5) 。在该方法中，由于没有额外的热量注入水合物开 采层，分解所吸收的热量必须由周围物质提供，但是当水 合物分解吸收的热量达到一定程度，水合物周围环境温度 降低会抑制水合物的进一步解［16］。研究表明，这种方 法在气体全面分解过程中有利于控制开采气体的流量，适 合于那些储藏中存在大量自由气体的水合物储层，是现有 水合物开采技术中经济前景比较好的开采技术
地震波法
最简单且常用的方法,首先将地震波在岩 石层和天然气水合物层的差异记录在滤 波器中,然后对其进行检测、判断勘测速 度最快,而且可以水、陆通行
勘探方 法
速声波法
速声波法是利用声波在天然气水合物、海 水和岩石层之间的传播速度不同,而且前者 明显最快,接着再利用物理及化学法,并根 据扩散原理,判定浓度最大的区域对应的一 定是矿藏的中心位置,通过测量多个点,进 而便可给出矿藏的图示
日本
日本经济产业省已从2000年开始着手开发海底天然气水合 物,开发计划分两段进行,前5年对开采海域的蕴藏量和分布 情况进行调查,从第3年开始就打井以备调查用,之后5年进 行试验性采工作,2010年以后实现商业生产。
韩国
产业资源部制订了《可燃冰开发10年计划》,计划投入总计2257 亿韩元,用以研究开发深海勘探和商业生产技术。印度在1995年 制订了5年期《全国气体水合物研究计划》,由国家投资5600万美 元对其周边海域的天然气水合物进行前期调查研究。
可燃冰是公认的 21 世纪替代能源和清洁能 源，第 3 期 张颖异等: 新型洁净能源可燃冰 的研究发展开发利用潜力巨大，我国已将 其纳入科技重大项目973 计划，并已成功获 得了天然气水合物的岩心样品。减压法和 综合法是现有水合物开采技术中经济前景 比较好的开采技术。目前，对可燃冰的开 采仍处于试验阶段，要实现工业规模开采 和商业化开采还有很长一段时间。
从天然气水合物 的相平衡 ( 图3) 角图 3 天然气水 合物分解机理度 可以看出，升高 水合物的环境温 度、降低水合物 所处的压力、通 过化学方法改变 相平衡曲线等都 可以实现天然气 水合物的分解
开采方法
1. Description of the business
加热法
减压法
4. Description of the business
勘测
在我国南海的西沙海槽地区,地震波法勘探 100km以上的海洋波面,发现大约有1/3面积 的地震反射波与天然气水合物的地震反射波 很相像,并由此推断那里存在着丰富的可燃冰。 富含甲烷的天然气水合物层中肯定会有一定 数量的气体扩散出来,使得局部甲烷的含量高 于周围地区。
国外可燃冰开发利用现状
国外可燃冰研究开发现状迄今,世界上至