天然氣水合物開采技術研究進展

姬小飛

摘要：天然氣水合物廣泛分布于大陸凍土和島嶼斜坡、極地大陸，都可以探尋到它們的足跡，但是對于它的開采比較困難。天然氣水合物具有高效、節能、清潔的特點，基于它的巨大價值，雖然開采過程中面臨著巨大的風險，但是很多國家始終沒有放棄對于它的開采和利用。

關鍵詞：天然氣水合物;開采技術;進展

前言

隨著全球常規能源的消耗逐漸加大，人們對開發清潔高效新能源的呼聲日益強烈。NGH因分布范圍廣、儲量大及可燃性強等特性成為全球關注的焦點。迄今為止，發達國家已嘗試利用多種開發方式對可燃冰進行試采，但由于受相關技術條件的限制，尚未取得突破性進展。如何盡快突破可燃冰的資源勘探、選區評價及開采技術，對構建低碳環保的現代能源體系具有戰略意義。地熱能作為一種新型可再生資源，具有穩定性強、帶動系數高、分布范圍廣、成本低及環境友好等特點，開發前景好，是地質工作的一個新領域。我國南海海域同時蘊含豐富的可燃冰資源和地熱資源，在此基礎上，聯合深海地熱開采天然氣水合物技術應運而生，該技術一經提出就受到油氣工業界的廣泛關注，具有其他可燃冰開采方式無法比擬的優勢。此新型聯合開采天然氣水合物工藝，將換熱、抽熱及注熱法開采可燃冰技術相結合，實現了深海NGH和地熱能的綜合利用，一舉兩得。

1天然氣水合物

Davy于1810年首次在室內發現了一種氣體水合物，該物質為類冰狀結構，并提出該結晶化合物是油氣生產和運輸過程中管道、設備堵塞的罪魁禍首。1934年，Hammerschmidt將此類冰狀物體命名為甲烷水合物。從1960年開始，相繼在前蘇聯、加拿大發現了大規模的NGH礦藏，自此對其開發和利用的研究拉開序幕。自可燃冰被發現以來，世界各國對NGH的探索和研究一直處于活躍狀態，迄今為止，國際上已有超過80個國家和地區直接或間接參與了可燃冰的研究。可燃冰是一種籠形結晶包合物，是在合適的環境下（適宜的T、P、鹽度、pH等）由CH和HO作用生成的似冰狀固態水合物。其外形如冰雪狀，遇火即可燃燒，密度為0.905～0.910g/cm。在不同的低溫高壓條件下，CH與水分子結晶形成不同類型的多面體結構，NGH的主要組成結構分為客體分子以甲烷、乙烷等小直徑烴為主的Ⅰ型，以小分子烴和大分子烴結合而成的Ⅱ型，晶體分子可容納異戊烷等更大的分子烴的H型。據估計，天然氣水合物總量等同于2.1×10～4.0×10mCH（大約10000×10t甲烷碳），約為已探明常規能源總量的2倍以上，全球有將近97%的NGH分布于深海中，僅3%分布在陸地凍土帶。我國的南海地區具有豐富的泥質粉砂型NGH資源。2020年3月18日，中國南海海域NGH第二輪試采成功，此次試采實現了對常規技術的自主創新，打破了多項世界紀錄，為推進NGH開采的產業化提供了珍貴的實踐經驗和技術儲備。

2天然氣水合物的特點

2.1分布廣泛

天然氣水合物廣泛分布于世界各個角落，如加勒比海和南美洲東部大陸邊緣等都有天然氣水合物的分布，廣泛的分布范圍為世界各國對天然氣水合物的開采利用提供了條件，世界各國可以更加便利的開采天然氣水合物，促進了資源的利用和發展。

2.2清潔高效

隨著經濟的迅速發展，人們逐漸認識到環境的重要性。在過去的幾十年里，世界各國為了發展經濟，不斷對環境進行掠奪。在發展的進程中，動物離開了生存的環境，植物被一個接一個地制成精美的家具，特別是為了亞馬遜森林的砍伐。化工廠隨意向大氣排放有毒氣體，印刷廠向河流排放廢水。這樣的事情繼續發生，讓曾經年輕可愛的地球留下了傷疤。因此，綠色能源近年來受到世界各國的青睞，如氫能、太陽能、生物能、地熱能等等被廣泛的應用到企業的生產中來。

3天然氣水合物的開采方法

3.1熱激開采法

熱激開采法是天然氣水合物的開采方法之一，它主要是利用天然氣水合物只能低溫保存的缺點進行突破，通過火驅加熱和熱流體加熱改變天然氣水合物的存在狀態，將其分解為水和天然氣，然后分離出天然氣的過程。熱沖擊采礦法在一定程度上促進了天然氣水合物的開采，但是在利用的過程中熱利用效率較低，而且只能局部加熱，需要進一步改進和完善。

3.2減壓開采法

在開采的過程中可以利用這個特點，對其進行減壓處理，將天然氣和水分進行分離，從而得到天然氣，一般來說，減壓開采法在傳統的開采方法中備受人們喜愛。減壓開采法雖然也存在一些問題，但是總體來說能夠解決人們對于天然氣水合物開采利用的問題。

3.3化學抑制法

化學抑制法就是在開采過程中，通過加入一些化學試劑如甲醇、乙醇等化學試劑來改變水合物的存在狀態，促進天然氣水合物的分解，在一定程度上可以實現天然氣水合物的開采，但是在開采過程中，運用化學試劑的費用比較高，而且相較于熱激加熱法相比，它的作用緩慢，這是開采人員需要注意的問題。

3.4新型開采技術

一些專家和學者突破了常規開采技術的局限，提出了新型NGH開發方式，主要包括部分氧化法、固態流化開采法及原位補熱降壓充填開采法等。部分氧化法，將氧化劑注入NGH儲層，由氧化反應產生的能量促進NGH發生離解。針對深海淺層可燃冰儲層開發，提出了固體固態流化開采法，結合機械破碎流化技術和多相流體舉升技術，實現了深水淺層區域NGH的開采。2020年，一種全新的NGH開采方法—原位補熱降壓充填開采技術，將CaO粉末導入可燃冰儲層中，待儲層壓力降低后，NGH離解產生的H2O與CaO作用，釋放出大量的熱，有效彌補了降壓法面臨的補熱問題。

結束語

天然氣水合物的開采利用是社會資源利用發展的必然趨勢，所以各個國家和地方應該重視對天然氣水合物開采和保護工作，促進天然氣水合物給人們帶來便利的同時，保護我們賴以生存的環境。

參考文獻：

[1]王敏，徐剛，蔡晶，等.“CH4-CO2”置換法開采天然氣水合物[J].新能源進展，2021，9（01）：62-68.

[2]陳強，胡高偉，李彥龍，等.海域天然氣水合物資源開采新技術展望[J].海洋地質前沿，2020，36（9）：44-55.