天然氣水合物的開采技術及其應用
責任編輯:cnlng    瀏覽:3978次    時間: 2009-07-28 13:09:04      

摘要:亚洲做性视频在线观看作為2l世紀最理想的替代能源,天然氣水合物不僅可滿足全球的能源需求,而且可減少CO2的排放量,緩解全球氣候變暖的速度。同時,天然氣水合物的勘探開發本身也將是地質、海洋、深海鉆探、采礦和環境保護等學科與高新技術的綜合應用。 一、賦存形式及能源潛力 飽和的..

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作為2l世紀最理想的替代能源,天然氣水合物不僅可滿足全球的能源需求,而且可減少CO2的排放量,緩解全球氣候變暖的速度。同時,天然氣水合物的勘探開發本身也將是地質、海洋、深海鉆探、采礦和環境保護等學科與高新技術的綜合應用。

    一、賦存形式及能源潛力

亚洲做性视频在线观看    飽和的天然氣水合物的能量密度很大,因為晶體結構迫使甲烷分子相互緊密結合在一起 不論壓力或深度如何變化,水合物的能量密度總是固定的。在一定的壓力一溫度條件下,原生賦存具有經濟潛力的天然氣水合物廣泛分布在永久凍土帶和大陸外部邊緣的淺層沉積物中(圖1)。

    圖1 甲烷水合物和水——冰相圖



    1.海洋中的天然氣水合物

  海洋中的天然氣水合物通常存在于水深500~4000 m(壓力為5~40 MPa)、溫度2.5~25℃ 的環境中。迄今為止,發現最富集的海洋水合物礦床位于沿緊鄰老洋殼的被動大陸邊緣沉積物中,最著名的是美國東南海岸的布萊克外海嶺。對布萊克海嶺的初步評價認為,其中很小的地區所含的甲烷等量于美國數百年來的天然氣用量總和。

    2.永凍層中的天然氣水合物

    永凍層中的天然氣水合物存在于極地的低壓低溫區,在俄羅斯、加拿大和阿拉斯加的陸地及大陸架上均有發現,是以一種永凍的水一冰和水合物的混合物形式存在的。Max等認為,海域永凍層水合物是在陸架暴露出水面時,最近一次冰川作用下形成的,之后在海進期陸架被淹沒。

    3.水合物層之下的常規天然氣藏

亚洲做性视频在线观看    含水合物巖層可對常規油、氣藏起到屏蔽作用,氣水合物層之下往往有大型常規氣藏。與水合物相關的甲烷既可產出于水合物本身,也可圈閉于水合物穩定帶下方。圈閉于天然氣水合物帶的常規天然氣或石油比包含于氣水合物中的非常規天然氣在目前更具經濟價值。


    二、水合物的開采技術

    1.減壓法

    減壓法是指通過鉆探方法或其他途徑降低水合物層下面的游離氣體聚集層位的平衡壓力,當壓力達到水合物分解壓力時,界面附近的天然氣水合物轉化為氣體和水。降低壓力能達到水合物分解的目的。一般是通過在水合物層之下的游離氣聚集層中“降低”天然氣壓力或形成一個天然氣“囊”(由熱激發或化學試劑作用人為形成),與天然氣接觸的水合物變得不穩定并且分解為天然氣和水。這種技術在西西伯利亞的Messoyhaka氣田得到了應用。

    開采水合物層之下的游離氣是降低儲層壓力的一種有效方法,另外通過調節天然氣的提取速度可以達到控制儲層壓力的目的,進而達到控制水合物分解的效果。
  
亚洲做性视频在线观看    減壓法最大的特點是不需要昂貴的連續激發,因而可能成為今后大規模開采天然氣水合物的有效方法之一。

    2.熱激法

    該方法是指在壓力一定的條件下,注入蒸氣、熱水、熱鹽水或其它熱流體,也可采用開采重油時使用的火驅法或鉆柱加熱器法,對水合物穩定層進行加熱,將設計區段的溫度提高到分解溫度,這一溫度下,所注熱量完全用于水合物的分解作用。再用導管將析出的天然氣收集于貯藏器內或采取采集常規天然氣輸氣管道的方式將其輸送到船載貯藏器。
  這種方法的問題在于儲層和水中的大量熱能損失,效率很低。特別是在永久凍土區,即使利用絕熱管道,永凍層也會降低傳遞給儲集層的有效熱量。如果沒有熱損,注入能量是開發能量的1O 左右;有熱損時,注入能量可能會超過氣體的價值。這種方法非常昂貴,且要求向下注熱和向上采氣同步進行。
  近年來,為了提高熱激法的效率,人們采用了井下加熱技術,井下電磁加熱方法就是其中之一。實踐證明電磁加熱法是一種比常規開采技術更為有效的方法,其在開采重油方面已顯示出它的有效性,該方法的使用將會給熱激法帶來不錯的前景。

    3.抑制刺激法

亚洲做性视频在线观看  采用諸如鹽水、酒精等抑制劑流體,可降低水合物的凍結點,將抑制劑注入井內會引起熔融。近來人們又發現了另外兩種新型的阻止技術,即以表面活性劑為基礎的反聚結技術和阻止晶核成長的動力學技術。其總體思想都是注入某些化學試劑,以改變水合物形成的相平衡條件,促進水合物分解。此方法較熱刺激緩慢得多,花費昂貴,但初始輸入能量較低。由于海洋水合物中壓力太高,用這種方法可有效地改變相界曲線,但回采氣體較困難。

    4.其他開采技術

    Holder等人對水合物的開采技術進行過大量的研究,除上面介紹的3種方法外,還提出了置換開采和混合開采的理念。
  
    置換法的原理是甲烷水合物所需的穩定壓力較CO2高,在某一壓力條件下,甲烷水合物不穩定,而CO2水合物卻是穩定的,這時CO2進入到天然氣水合物中,與水形成水合物,這時所釋放的熱量可用于分解天然氣水合物。用CO 水合物來置換天然氣水合物的研究已經開展起來,然而復雜的相變過程可能會給這一方法的實施帶來一定的困難。
  
    混合法原理是先將洋底粉碎,開采混有固體水合物的混合物,在提升過程中水合物就可能分解。混合開采法目前還沒有深入研究,但也很有建設性意義。
  
    從以上各方法的使用來看,僅采用某一種方法來開采水合物是不明智的,只有綜合不同方法的優點才能達到對水合物的有效開采。降壓法和熱激法技術的聯合使用是目前最受推崇的方案,用熱激發法分解氣水合物,而用減壓法提取游離氣體。單從技術角度來看,開發天然氣水合物資源已具可行性,但尚未找到一種在當前的技術條件下比較經濟而合理的開采方案。


    三、水合物開發的實例與前景

    1.俄 斯Messoyakha氣田

    Messoyakha氣田通過簡單的降壓技術處理,取得了長期開采氣體水合物層的成就。該氣田發現于1968年,于1969年開始采氣,在與天然氣水合物有關的永凍層水合物中開采甲烷。為了證實該氣田的上部地層存在氣體水合物,曾進行過一系列的注入水合物阻化劑的試驗。試驗過程中,對推測含氣體水合物的巖層注入了諸如甲醇和氯化鈣一類可擾動并阻止氣體水合物形成的物質。這些試驗大多數都使產量有顯著提高,這應歸功于原地氣體水合物的分解。
  
    Messoyakha氣田整個開采史中,氣一水界面的深度未發生位移。估計該氣田開采出的天然氣中約有36%(5.17億立方米)氣體產自氣體水合物層。

    2.加拿大Beaufort海Mackensie三角洲

    2002年3月,國際上第一個持續生產的水合物礦床天然氣生產井Malik5L-38井投聲,。該井位于加拿大Beaufort海Mackensie三角洲東北緣的永久凍土帶,井深1166 ITI。該項目由一個國際研究聯合體實施,聯合體成員包括日本國家石油公司、加拿大地質調查局,德國GFZ研究院、美國地質調查局、美國能源部和國際大陸鉆井行動組織。該井在800~1100 rn的深度范圍內穿越了大約150 ITI含水合物的粗粒砂巖,而此前完成的Mallik2L~38井也在8974 952 In深度段凍土層中發現了天然氣水合物。
  
亚洲做性视频在线观看    由于含水合物地層之下存在的游離態甲烷氣很少,因此未采用傳統的降壓原理進行大規模生產試驗,而是采用了2種方法進行小規模試生產:在0.5131厚的游離氣體區段和另外一個含水合物區段進行了小規模壓降試驗;在該井所穿越的一個厚13 m的水合物飽和層段進行了套管射孔,用60℃的熱水進行每分鐘400 L的循環熱采,生產出水合物分解氣和游離氣。

    3.水合物勘探開發前景

    海洋氣水合物是全球天然氣水合物資源開發的重頭戲,不僅因為海洋氣水合物占總資源量的大半以上,而且分布廣泛,它不像陸上天然氣水合物僅局限在少數的幾個高緯度國家的永凍帶或兩極,對那些濱海而又缺乏能源的國家來說,天然氣水合物則帶來了很大的希望和寄托。
  
    不僅含天然氣水合物地層本身存在巨大無比的甲烷資源,而且往往在含天然氣水合物層之下同時還蘊藏了巨大的常規天然氣資源。
  
    Messoyakha氣田的開發經驗證明,在永凍區開發常規天然氣,不可避免地會遇到天然氣水合物問題。一般來說,永凍區的天然氣水合物形成深度總是淺于常規氣藏的深度,它像蓋層一樣封閉了其下的常規天然氣,高濃度的水合物和與氣有關的水合物蓋層的探測為深層的烴類勘探提供了指導。因此,開發天然氣水合物不是單一的資源開發,而是一種綜合開發。

    四、結束語

    (1)天然氣水合物因其具有多項特殊性能而成為一種優質燃料,既可以滿足全球的能源需求,也可以緩解全球氣候變暖的速度。資源量巨大的原生天然氣水合物廣泛分布在永久凍土帶和大陸邊緣的淺層沉積物中,并可對其下的大型常規油、氣藏起到屏蔽作用。

亚洲做性视频在线观看    (2)從水合物中提取天然氣常用的方法有:熱激法、降壓法、抑制刺激法、置換法和混合開采法等。不同方法各有利弊,目前較宜采用的是將降壓法和熱激法技術相結合,用熱激發法分解氣水合物,而用減壓法提取游離氣體。

亚洲做性视频在线观看    (3)我國是石油進口國,開發水合物資源,增加天然氣產量,可逐步改善我國能源結構不合理的現狀。廣州海洋地質調查局在我國南海北部陸緣已發現了代表氣水合物藏的似海底反射,中科院蘭州所對青藏高原多年凍土區也做了大量工作,為我國天然氣水合物的勘查展示了良好前景。

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