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天然气水合物开采1.简介2.资源分布3.开采方法4.技术应用现状“可燃冰”：天然气水合物“Flamingice”:naturalgashydrate天然气水合物NaturalGasHydrate•它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（Clathrate）•一种固态结晶物•外观象雪或松散的冰•遇火即可燃烧，故又称“可燃冰”。•比水轻，而重于烃类液体，密度一般在0.8-1.0g/cm3之间，除热膨胀和热传导性质外，光谱性质、力学性质等同冰相似天然气水合物NaturalGasHydrate•它可用M·nH2O来表示–M代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。•组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。•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99％的天然气水合物通常称为甲烷水合物（MethaneHydrate）。气体水合物水-水：氢键(hydrogenbond)水分子“笼子(cavity)”气体分子：CH4,C2H4,C2H6,C3H8,Ne,Ar,Kr,Xe,N2,H2S,CO2,气体水合物的类型晶体类型水分子数晶穴种类晶穴数晶穴结构I型46小大2651251262II型136小大16851251264H型34小中大32151243566351268气体水合物的储气性质储气能力：110kg甲烷/m3水合物＋1m3水合物0.8m3水164m3天然气天然气水合物的发现•1810:发现气体水合现象•1930-1940：天然气的管线中常有甲烷气水包合物的结晶阻碍传输•1964：西伯利亚冻原区首次发现自然的甲烷气水包合物•1977：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•2000之后：致力于甲烷气水包合物的研究天然气水合物开采1.简介2.资源分布3.开采方法4.技术应用现状2.天然气水合物分布自然界中天然气水合物中的碳量11013吨相当于已探明所有化石能源碳量总和的2倍海洋沉积层内天然气水合物中甲烷的资源量为3×1015~7.6×1018m3可满足人类需要1000多年天然气水合物资源状况未来的接替能源天然气水合物资源状况53%27%5%15%NaturalGasHydrateFossilFuelsOtherfuelsonthelandOtherfuelsintheocean2.天然气水合物分布•地球上27%的陆地和90%的海域均具备天然气水合物生成的条件•天然气水合物在广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起区、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境–永冻层水合物–海洋水合物•水深大于100-250米（两极地区）和大于400-650米（赤道地区）的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内•这里的压力和温度条件能使天然气水合物处于稳定的固态。？天然气水合物平衡相图平均水深18米最深85米大陆架极低大陆架我国的天然气水合物资源天然气水合物存在的区域：南海西沙海槽东沙陆坡台湾西南陆坡南沙海槽冲绳海槽等2019年5月，我国在南海北部的首次采样成功，证实了我国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源继美国、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。天然氣水合物的產地確認產出區 推論產出區HydrateRidgeMackenzieDeltaNankaiTrough台灣西南海域印度Messoyakahfield墨西哥灣BlakeRidge太平洋印度洋大西洋大西洋北極海北極海天然气水合物开采1.简介2.资源分布3.开采方法4.技术应用现状3.天然气水合物开采方法3.天然气水合物开采方法•注热开采•减压开采•注化学试剂开采•CO2置换•固体开采新型开采方法传统开采方法3.天然气水合物开采方法•注热开采法–直接对天然气水合物层进行加热,使天然气水合物层的温度超过其平衡温度,从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。3.天然气水合物开采方法•注热开采法•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→火驱法加热→井下电磁加热→微波加热•特点：–可实现循环注热–作用方式快。•缺点：–需要消耗大量能量–热利用效率较低–只能进行局部加热•因此该方法尚有待进一步完善。3.天然气水合物开采方法•减压开采•一种通过降低压力促使天然气水合物分解的开采方法。3.天然气水合物开采方法•减压开采•减压途径主要有两种:①采用低密度泥浆钻井达到减压目的;②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：–不需要连续激发,成本较低,适合大面积开采,尤其适用于存在下伏游离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术。•限制条件：–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压平衡边界附近时,减压开采法才具有经济可行性3.天然气水合物开采方法•化学试剂注入开采法•通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂,以破坏天然气水合物藏的相平衡条件,促使天然气水合物分解。•如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等,3.天然气水合物开采方法•化学试剂注入开采法•特点：–可降低初期能量输入–所需的化学试剂费用昂贵–对天然气水合物层的作用缓慢–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。3.天然气水合物开采方法•CO2置换开采法。•这种方法首先由日本研究者提出•方法依据——天然气水合物稳定带的压力条件3.天然气水合物开采方法•CO2置换开采法•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CO2水合物更高•在某一特定的压力范围内,天然气水合物会分解,而CO2水合物则易于形成并保持稳定。•天然气水合物分解——吸热•CO2水合物形成——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以持续地进行下去。3.天然气水合物开采方法•固体开采法。•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。3.天然气水合物开采方法•固体开采法•这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。•具体步骤–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–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3.天然气水合物开采方法•混合方法开采•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。–例如：将降压法和热开采技术结合使用–即先用热激发法分解天然气水合物,后用降压法提取游离气体，这样取得的效果可能会更好一些。天然气水合物开采1.简介2.资源分布3.开采方法4.技术应用现状4.技术应用现状•环境问题——瓶颈–天然气水合物藏的开采会改变天然气水合物赖以赋存的温压条件,引起天然气水合物的分解。在天然气水合物藏的开采过程中如果不能有效地实现对温压条件的控制,就可能产生一系列环境问题,–温室效应的加剧–海洋生态的变化•天然气泄漏到海洋中，氧化加剧，海洋缺氧•海水汽化和海啸,甚至会产生海水动荡和气流负压卷吸作用–海底滑塌可燃冰勘探开发是一个系统工程，涉及海洋地质、地球物理、地球化学、流体动力学、钻探工程等多个学科水合物开采的环境评价——地质灾害与全球变化各国水合物技术进展•2000年开始，可燃冰的研究与勘探进入高峰期，世界上至少有30多个国家和地区参与其中。•其中以美国的计划最为完善，并且每年用于可燃冰研究的财政拨款达上千万美元。各国水合物技术进展•日本–可燃冰块，可供用14年–世界最前沿–目前已经能够进行商业开采–2019年4月已经完成对本州岛附近可燃冰开采的演练–环境问题——瓶颈各国水合物技术进展•中国•2019年8月，中国宣布，未来10年，中国将投入8亿元进行“可燃冰”的勘探研究，预计2020年进行试开采。•乐观估计，中国在30年内能够实现“可燃冰”的商业开发。•中国绘制可燃冰的商业开发战略规划路线：–2019年-2020年：研究调查阶段；–2020年-2030年：开发试生产阶段；–2030年-2050年：中国可燃冰进入商业生产阶段。天然气水合物目前最大的国际合作项目——Mallik2019参与国：加拿大、日本、德国、美国、印度研究：天然气水合物性质天然气水合物的开采技术对全球气侯变化的影响大陆的稳定性回顾一下天然气水合物自然界中的分布——海洋底、永久冻土带未来的接替能源开采方法——5种商业开发技术现状环境影响-瓶颈