淺談天然氣水合物開采技術

邱新桐

摘要：隨著天然氣水合物基礎研究的不斷深入 ，天然氣水合物開采研究空前活躍 。在技術方法方面 ，傳統的熱激發開采法、減壓開采法與化學抑制劑注入開采法獲得了不斷的發展與改進；新型開采技術如CO2置換法與固體開采法引起了學者們的極大關注；最近我國還研 制出適合于海洋天然氣水合物開采的水力提升法。

關鍵詞：天然氣水合物；開采技術

天然氣水合物具有巨大的資源潛能，但只有解決了其開采問題，天然氣水合物才能成為一種真正的能源。近10年來，對天然氣水合物研究起步較早的一些國家，明顯加速了天然氣水合物開采研究的步伐，在開采技術、開采工藝、開采面臨的環境問題等方面做了大量工作， 并在凍土區進行了天然氣水合物開采試驗。我國近年來也已介入天然氣水合物開采研究領域，但總體上，國內天然氣水合物開采研究才剛剛開始，尚沒有進行試采研究。

1.開采方法的改進與發展

天然氣水合物是一種由天然氣和水組成的亞穩定態礦物， 存在于特定的溫壓條件下。一旦賦存條件發生變化，天然氣水合物藏的相平衡就會被破壞，引起天然氣水合物分解。傳統的天然氣水合物開采技術就是根據天然氣水合物的這種性質而設計的，主要包括熱激發開采法、減壓開采法與化學試劑注入開采法[1]。隨著天然氣水合物基礎研究的不斷深入，近些年又涌現出一些新的開采技術 ，如CO2置換法與固體開采法等[2]。

1.1 傳統開采方法的改進與技術缺陷

（1） 熱激發開采法

熱激發開采法是直接對天然氣水合物層進行加熱 ， 使天然氣水合物層的溫度超過其平衡溫度， 從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣的開采方法。這種方法經歷了直接向天然氣水合物層中注入熱流體加熱、火驅法加熱、井下電磁加熱以及微波加熱等發展歷程[3]。熱激發開采法可實現循環注熱， 且作用方式較快。加熱方式的不斷改進，促進了熱激發開采法的發展。但這種方法至今尚未很好地解決熱利用效率較低的問題，而且只能進行局部加熱，因此該方法尚有待進一步完善。

（2）減壓開采法

減壓開采法是一種通過降低壓力促使天然氣水合物分解的開采方法。減壓途徑主要有兩種：①采用低密度泥漿鉆井達到減壓目的；②當天然氣水合物層下方存在游離氣或其他流體，通過泵出天然氣水合物層下方的游離氣或其他流體來降低天然氣水合物層的壓力[4]。減壓開采法不需要連續激發 ，成本較低，適合大面積開采，尤其適用于存在下伏游離氣層的天然氣水合物藏的開采 ，是天然氣水合物傳統開采方法中最有前景的一種技術。但它對天然氣水合物藏的性質有。

1.2 開采新思路的涌現與發展

隨著天然氣水合物開采研究的深入，近10年來涌現出一些新的天然氣水合物開采思路。

CO2置換開采法是近期比較熱門的研究對象。這種方法首先由日本研究者提出，方法依據的仍然是天然氣水合物穩定帶的壓力條件。在一定的溫度條件下，天然氣水合物保持穩定需要的壓力比CO2水合物更高。因此在某一特定的壓力范圍內，天然氣水合物會分解 ，而CO2水合物則易于形成并保持穩定 。如果此時向天然氣水合物藏內注入CO2氣體，CO2氣體就可能與天然氣水合物分解出的水生成 CO2水合物。這種作用釋放出的熱量可使天然氣水合物的分解反應得以持續地進行下去。CO2置換開采法已引起了廣泛關注 。美國能源部目前正資助一項“CO2置換開采法”研究項目。該項目已于 2006 年 4 月啟動， 預計到2008年6月完成。目標是研制一種二氧化碳與水的乳化裝置，從而制造出具有暫時穩定性的二氧化碳-水微乳化溶液。通過向天然氣水合物藏中注入這種微乳化溶液，置換出天然氣水合物中的甲烷氣體。

另一種開采新思路是固體開采法。固體開采法最初是直接采集海底固態天然氣水合物， 將天然氣水合物拖至淺水區進行控制性分解。這種方法進而演化為混合開采法或稱礦泥漿開采法。該方法的具體步驟是 ，首先促使天然氣水合物在原地分解為氣液混合相 ，采集混有氣、液 、固體水合物的混合泥漿 ，然后將這種混合泥漿導入海面作業船或生產平臺進行處理， 促使天然氣水合物徹底分解， 從而獲取天然氣。

近年來， 我國加強了天然氣水合物開采的研究力度，以中國科學院廣州能源研究所為代表的一些機構在海洋天然氣水合物開采裝置、開采技術方面取得了一些創新性成果。在2004 年研制出天然氣水合物一維開采實驗模擬系統的基礎上，廣州能源研究所又研制出國內第一套天然氣水合物二維開采實驗模擬系統。此外，該所還在海洋天然氣水合物固體開采方面獲得了幾項技術專利，提出了海洋天然氣水合物開采的水力提升法[27]。水力提升法是利用海底集礦系統對天然氣水合物進行原地粉碎，采集含有固、液 、氣三相的混合物質，由水力提升系統上傳到海面作業船上的天然氣水合物分解系統，再導入海面高溫海水對天然氣水合物進行分解。在上述天然氣水合物開采方法中，熱激發開采法與減壓開采法投入的研究較多，也較為成熟；CO2置換開采法正處于積極的研究之中；隨著開采裝置的改進， 固體開采法也獲得了進一步發展。盡管如此，天然氣水合物開采目前還只是具有技術可行性，現階段天然氣水合物開采面臨的最大挑戰是如何解決經濟可行性問題。

參考文獻：

[1]胡奧林.天然氣水合物資源勘探開發現狀[J].石油與天然氣化工， 1995， 4（2）：101-106.

[2]M ax M D .大洋甲烷水合物是一種“未勘探”的天然氣資源[J].韓乃明， 譯.海洋地質譯叢， 1996，（4）：48-56.

[3]史斗， 鄭軍衛.世界天然氣水合物研究開發現狀和前景[J].地球科學進展，1999，14（4）：330-339.

[4]唐良廣， 馮自平， 李小森， 等.海洋滲漏型天然氣水合物開采的新模式[J].能源工程， 2006，（1）：15-18.