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【彩云网评·圆桌三鸣】可燃冰的成功开采意味着什么
2017-05-22 13:34:39  来源:云南网

可燃冰分布示意图

彩云网评特约评论员 Claudia

成功开采可燃冰,这是中国水合物研究史上的里程碑。天然气水合物分布广泛、储量丰富、能量密度高、清洁无污染,可以堪称能源界的扛把子。和传统能源相比,它具有以下几个特点:

1.分布广泛。天然气水合物主要是存在于冻土地区和海洋环境(深海和浅海环境均有)。98%在海洋环境,2%在冻土地区。我国的冻土区面积仅次于俄罗斯和加拿大,排名第三。青藏高原是多年生冻土带,可能蕴藏着大量的水合物矿藏。其次,就是南海地区。

2.储量丰富。天然气水合物中的有机碳(TOC)总量是煤炭、石油和天然气总和的两倍。

可燃冰储量丰富

3.能量密度高。1m3的天然气水合物中含有164 m3的天然气。

4.清洁无污染。这个大家都能想到的,现在所讨论的天然气水合物主要还是指甲烷水合物,开采出来的甲烷气体燃烧过后就是CO2和水,相比于传统的化石燃料,对环境友善太多。

说了这些,大家可以感受到水合物的重要意义吧。中国的水合物研究起步较晚,最早在这方面研究的还是前苏联。上个世纪60年代初期,他们就运用地震地球物理方法在西伯利亚永久冻土区内发现天然形成的天然气水合物,进而发现了世界上第一个具有商业开采价值的水合物气田——麦索雅哈气田。日本在南海海槽和加拿大在马利克三角洲地区也先后有了很大进展。还好,中国近些年也算是投了很大精力在这方面的研究,2008年底至2009年初,在“祁连山冻土区天然气水合DK-1科学钻探试验孔”项目中,我国第一次成功钻取天然气水合物实物样品。而这次南海的试采成功,算是一个飞跃。具体说下天然气水合物吧,也就是俗称的可燃冰。它是由天然气中小分子气体(如甲烷、乙烷等)在一定的温度、压力条件下和水作用生成的笼形结构的冰状晶体,水合物表达式为Mg?nH2O(其中M是气体分子,以CH4为主,n为水分子数),理论上n取5.6~5.75,但是实际n值一般为6.3~6.6。迄今为止能源界已发现三种结构类型的天然气水合物,其中Ⅰ型主要就是我们所常见的甲烷水合物。它最不稳定,但却分布最广,主要是在深海环境,这就是我们所主要开采的。Ⅱ型相对少见一些,分布环境为浅海地区。H型最开始只能实验室合成,后来也在墨西哥湾大陆斜坡被发现其天然形态。

再说说天然气水合物的生成条件吧,就是低温高压外加游离水。通常情况下,天然气水合物不是以固体形式开采出来的,因为难度太大。我们所说的水合物开采,就是破坏其稳定条件,将其中的气体开采出来。针对它的形成条件——低温高压,简单说来主要开采原理就是注热和降压。天然气水合物的开采方式主要有传统开采法和新型开采法。传统型包括降压开采(也就是南海这次的开采方法)、注热开采和注化学试剂;新型开采包括CO2-CH4置换开采法和降压注热联合开采法。重点讲南海所采用的降压开采法和新型的CO2-CH4置换开采法。

可燃冰开采示意图

降压开采法通过降低储层压力引发天然气水合物的分解,最终达到开采目的。降压开采法可以间断激发,因此成本较低,可适用于大面积天然气水合物的开采。降压开采法主要用于海洋环境水合物的开采。如图可见,水合物藏顶部是非渗透层,当生产井到达水合物层时,底部压力会下降,这时水合物的平衡开始被打破,水合物便开始溶解,气体便会持续产出。降压初期,压降会比较缓慢,所以产出速率比较低,但随着分解区域的增大,压降会越来越快。

但是呢,降压开采法有个巨大的风险:会破坏海底地质构造,造成海底滑坡。

再来说说CO2-CH4置换开采法,这是一种新型开采法,目前仍旧处于实验阶段。相比于降压开采法,其更具发展前景。既然是置换开采,就是用CO2将水合物中的CH4置换出来,变成二氧化碳水合物和甲烷气体。从CH4-CO2-H2O相平衡图上可以看出,图中的A、B区域均位于冰(水)-水合物-气态CO2(液态CO2)相平衡线之上和冰(水)-水合物-气态CH4相平衡线之下,说明在这两个区域的温度压力下气态CH4和固态CO2水合物可以共存,从理论上验证了使用CO2气体置换天然气水合物的合理性。同时,这也说明了在相同的温压条件下,CO2水合物的稳定性高于CH4水合物。

和降压开采法相比,CO2-CH4置换开采法可以维持住海床的稳定,还可以一定程度上缓解温室效应。但是,这种方法还处于实验阶段,同时,置换效率过低也是要重点解决的问题。

天然气水合物开采过程中的环境问题是不容忽视的。甲烷排放量应在开采中得以控制,将其对大气环境和海洋生态的影响降到最低。同时,还应当考虑天然气水合物分解引起的地层稳定性问题。在水合物开采特别是海洋水合物开采时要尽可能降低天然气水合物分解对地层固结度产生的影响。此外,开采过程中地层水的处理也应当引起足够的重视,以减少对生态平衡的影响。(本文作者为石油化工专家)

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责任编辑: 张京徽
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