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可燃冰朱艳峰贺禹赖一铭蒋雪峰新能源技术及应用第一组11.可燃冰简介2.可燃冰开采技术3.可燃冰开采案例4.可燃冰开发中存在的问题5.人工合成可燃冰1目录2ResearchBackgrounds全球能源危机4,8008,200标题数字等都可以通过点击和重新输入进行更改，顶部“开始”面板中可以对字体、字号、颜色、行距等进行修改。研究背景能源危机环境污染全球变暖据2016年最新公布的数据显示，目前全球石油储量为3184亿桶，还能供人类使用48.4年。图片来源：百度图片0323什么是可燃冰？可燃冰本质不是冰，而是天然气水合物，英文名为naturalgashydrate因外形与干冰相似得名。主要成分为甲烷水合物。干冰，本质为固态的二氧化碳。图片来源：百度图片1Introductiontocombustibleice可燃冰简介0334可燃冰成分可燃冰结构主要成分：甲烷水合物，化学式为CH4·XH2O,因为甲烷分子含量极高，有极强的燃烧能力。结构复杂，通常为正十二面体，由若干个水分子包裹着一个甲烷分子，所以又被称为笼形包合物。图片来源：牛振磊.浅谈未来能源可燃冰开采研究现状天然气水合物分子结构图1Introductiontocombustibleice可燃冰简介0345能量密度极高据理论计算，1立方米的可燃冰可以释放出164立方米的甲烷气体和0.8立方米的水。储量高全世界海底可燃冰的中储存的甲烷总量为1.8亿亿立方米，约合1.1万亿吨，如果能被利用，够人类使用1000年。燃烧无污染甲烷的燃烧产物为水和二氧化碳，清洁无污染可燃冰开采价值埋藏浅与常规石油和天然气相比，可燃冰埋藏较浅，有利于商业开发。可燃冰开采价值图片来源：知网图片1Introductiontocombustibleice可燃冰简介0356可燃冰的形成条件适宜的温度范围一般要求温度低于0℃～10℃。高压形成压力一般要高于10MPa丰富的天然气和适量的水可燃冰的三个条件决定了可燃冰分布的地理位置，也导致了开采的困难。如果不能满足低温高压的条件，可燃冰就会分解。OHCHOHCH242488加热或降压1Introductiontocombustibleice可燃冰简介0367可燃冰在全球分布可燃冰主要分布在全世界的边缘海、深海槽区和大洋盆地中，约占海洋面积的10%，此外还有高原冻土带。可燃冰分类根据可燃冰的分布位置，可以将可燃冰分为陆上可燃冰气藏与海洋可燃冰气藏两大类。图片来源：李代广.神秘的可燃冰[M]1Introductiontocombustibleice可燃冰简介0378在中国的分布图片来源：百度图片1Introductiontocombustibleice可燃冰简介038我国的可燃冰资源主要分布在东海、南海海域、青藏高原以及东北冻土带。据估算，我国可燃冰总资源量约为84万亿m3，其中东海、南海海域分别约为3.4万亿m3和65万亿m3，陆地上青藏高原、东北冻土带分别为12.5万亿m3和2.8万亿m3我国东海和台湾省海域也存在大量可燃冰。经专家证实中国台湾省西南海域蕴藏着极为丰富的可燃冰。据估算，我国陆域远景资源量至少有350亿吨油当量，南海的可燃冰储量大约为680亿吨油当量。9英国科学家戴维首次合成氯气水合物，人类开始认识到水合物这种物质。罗斯提出了天然气水合物形成的相理论。1810美国工程师首次在堵塞的天然气管道中发现天然气水合物。前苏联发现第一个可燃冰气藏—麦索雅哈天然气水合物田。中国在南海北部神狐海域试采可燃冰取得成功。图片来源：百度图片18841930196020172013日本尝试进行海域天然气开采失败。1Introductiontocombustibleice可燃冰简介039可燃冰的发展过程10论文就是用来进行科学研究和描述科研成果的文章方案设计中国可燃冰发展概况1999年•中国地质调查局科技人员首次在南海西沙海槽发现了显示天然气水合物存在的地震异常信息2005年•中国首次发现世界上规模最大被作为“可燃冰”即天然气水合物存在重要证据的“冷泉”碳酸盐岩分布区，其面积约为430平方公里。2007年•中国在南海北部的首次采样成功，证实了中国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源，标志着中国天然气水合物调查研究水平已步入世界先进行列。2009年•在青藏高原发现了“可燃冰”，初略的估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。2013年•我国海洋地质科技人员在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物（俗称“可燃冰”）样品，并通过钻探获得可观的控制储量。2017年•中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。1Introductiontocombustibleice可燃冰简介031011“可燃冰”相平衡条件2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0311实验室测得的“可燃冰”稳定存在区域“可燃冰”是在一定低温和高压的条件下存在的。通过改变温度或者压力数值，使表示可燃冰的点越过分界线。平衡打破后，“可燃冰”可分解为可自由流动的气体和水12“可燃冰”相平衡条件2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0312改变压力P平衡打破平衡点下移改变温度T平衡点右移改变性质平衡线左移13天然气水合物形成的相理论2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0313热激发法降压法化学试剂法组合法置换法14热激发法2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0314改变温度使得储层状态向右移动，当移过平衡曲线时，水合物即刻开始了分解热激发法相平衡移动15热激发法2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术15热流体从地面泵入水合物地层，进行电磁加热和微波加热，促使温度上升。高于地层温度的外界物质的注入，使储层温度上升到水合物分解的温度，并持续提供热量来维持水合物的分解16热激发法2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0316a.热水注入阶段b.可燃冰分解阶段c.开采阶段补充由于地下水合物分解而引起的地层亏空，维持地层平衡可使热量直接注入相应的位置对其加热，人为可控因素比较大除去固态水合物层上的水膜，并对天然气水合物前缘进行加压制造裂缝，使裂缝成为热水继续推进的通道可根据水合物气层特点调整注入的热水组分17热激发法2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0317适用于水合物层比较密集的水合物藏1.大部分热量在提供过程中损失，效率很低。在永久冻土区，即使利用绝热管道，永冻层也会降低传递给储集层的有效热量。2.甲烷蒸汽不好收集3.只能进行局部加热18化学试剂法化学试剂法可燃冰相平衡移动2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0318不改变储层状态，而是改变平衡曲线使得储层状态点越过平衡曲线使水合物开始分解常用抑制剂有甲醇、乙二醇、氯化钙等19化学试剂法2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0319化学试剂法开采原理图抑制剂注入打破了井周围的水合物的稳定平衡条件，在与抑制剂接触面上的水合物开始分解。此时在井筒水合物层和围岩存在温度场差，热从围岩流向水合物层。热量的流动促进进一步分解20化学试剂法2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0320化学试剂法开采原理图能源消耗低1.热作用效果非常缓慢2.费用高昂。因此一般只在出现堵塞时用于解堵21降压法降压法可燃冰相平衡移动2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0321改变压力使得储层状态向下移动，当移过平衡曲线时，水合物即刻开始了分解22降压法降压法开采原理图2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术03221.开采出在天然气水合物层之下的游离气2.热激化或化学试剂作用人为形成一个天然气“囊”，使与天然气接触的天然气水合物变得不稳定降低储层压力或从而分解为天然气和水23降压法降压法开采原理图2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术0323最大的优点是不需要连续激发，且生产成本低1.大面积开采时自身能量不能满足压降的需要2.对可燃冰矿藏性质有要求，适合于水合物层下部有天然气层时3.降压引起储层温度降低，因而在水合物储层接近0℃及在0℃以下时不能采用，否则会使水结冰或二次形成水合物堵塞储层24TECHNOLOGYOFCOMBUSTIBLEICEEXPLOITATION置换法有的科学家主张将CO2液化注入可燃冰层，二氧化碳比甲烷更容易形成水合物，因此可能置换出甲烷气体优点：实现可燃冰开采和二氧化碳处理CO2置换法原理图2ExploitationofCombustibleIce可燃冰开采技术032425可燃冰开采案例3Caseofcombustibleicemining前苏联（俄罗斯）——最早成功开采可燃冰的国家早在上世界30年代，前苏联科学家就开始研究可燃冰的结构和形成条件。1934年，前苏联在被堵塞的天然气输气管道里发现了天然气水合物。由于水合物的形成，输气管道被堵塞。这一发现引起前苏联人对天然气水合物的重视。1970年，前苏联开始对该天然气水合物矿床进行商业开采。此时的苏联。只是停留在矿床的开产和天然气水合物发现，真正涉及到天然气水合物提取生产天然气并未开展。2526可燃冰开采案例3Caseofcombustibleicemining日本——首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家2013年3月12日，日本成功地在爱知县渥美半岛以南70公里、水深1000米处海底开采出可燃冰并提取出甲烷，成为世界上首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家。2013年，日本尝试过开采海底可燃冰并提取了甲烷，但由于海底砂流入开采井，试验仅6天就被迫中断。本次试验持续12天后也因出砂问题中断，未能完成原计划连续三四周稳定生产的目标，12天产气量只有3.5万立方米。2627可燃冰开采案例3Caseofcombustibleicemining美国美国管辖区域也存在着大量的可燃冰，据估计美国的天然气水合物资源量在3172万亿—19142万亿立方米之间，可以满足美国未来数百年的需要。早在1971年，美国学者Stoll等人在深海钻探过程中首次发现海洋天然气水合物，“天然气合物”改变被正式提出。至今，美国也一直研究可燃冰开采方案，但是，依然没有成熟的技术，试采成功过，但并不能连续产气。美国将能源战略转向技术较为成熟的页岩气。2728可燃冰开采案例3Caseofcombustibleicemining中国海域可燃冰开采历程1999年•探索船首次针对水合物的高分辨多道地震调查，由此掀开了我国海域水合物调查的序幕2002年•国务院正式批准设立天然气水合物资源勘查专项2015年•我国相继在南海北部海域开展了天然气水合物资源调查及研究工作2015年•在神狐邻近海域浅表层采获渗漏型天然气水合物实物样品2017年•中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。2829可燃冰开采案例3Caseofcombustibleicemining南海海域是我国可燃冰主要的分布区，全国可燃冰资源储蓄量相当于1000亿吨石油，其中有650亿吨在南海。而在神狐海域有11个矿体、资源储蓄量相当于1.5亿吨的石油储量。2017年5月18日，国土资源部中国地质调查局宣布，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功。神狐海域——“可燃冰时代”大门2930可燃冰开采案例3Caseofcombustibleicemining神狐海域开采2017年6月2日，神狐海域可燃冰已连续产气超过22天，平均日产8350立方米，气压气流稳定，井底状态良好。这标志着我国成为全球第一个实现在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。此次试采成功，也实现了可燃冰开发理论、技术和工程的重大创新。本次开采试验为后续研究提出了很多课题。下