可燃冰的利用研究

3.1可燃冰开采技术–降压法
• 降压法是通过降低天然气水合物储层压力促使其分解的一种方法。 • 降压途径主要有2种：A.利用低密度泥浆钻井达到减压目的；B.通 过泵压抽出天然气水合物储层下方存在的游离气体和其他流体。 • 优点：不需要连续激发、可大面积开采、成本低。 • 缺点：速度慢、效率低。 • 应用：前苏联麦索亚哈气田、加拿大马更些冻土区、南海海槽的 水合物试采利用； • 限制条件：只有当天然气水合物矿藏位于温压平衡边界附近时， 利用降压法开采才具有更好的经济效益，否则无法满足商业化生 产的要求。
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缺点：化学试剂费用成本较高，商业价值低，作用时间长，并且水合物分解产生的水
会稀释试剂，降低效果；同时，化学试剂会对地下水和海洋造成极大的危害，不适合 进行长期和大规模的使用，因此，对这种方法投入的相对较少。
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应用：2002年，加拿大、日本、美国等多国联合在加拿大西北部麦肯齐地区5L-38井 进行了小范围的水合物注热开采试验，证实了该方法的可行性。 限制条件：仍需要在开采技术、开采成本、热开采数学模型等方面进行进一步深化研 究。

燃冰样品；
• 2014 年，中国地质科学院在青海省天峻县可燃冰勘探区域部署 首个三维勘探项目。
Mallik 5L-38井天然气水合物注热法试生产循环流程示意图
Mallik 2L-38井天然气水合物降压法试开采示意图
Ignik Sikumi井利用注入CO2法进行水合物生产的原理图
全球天然气水合物分布及极地和中国主要的天然气水合物研究区
国土资源部统一组织
• 2007 年，我国在南海北部的神狐海域获得了可燃冰的实物样品； • 2009 年，我国对可燃冰的重大基础研究全面展开，集中研究可 燃冰的成藏条件、演化动力学、成藏机制以及富集规律、开发 中的多相流动机理和相关理论； • 2013 年，在广东珠江口盆地的东部海域首次钻探获得高纯度可
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3.2可燃冰开采技术–热激法
不同热开采方法的优缺点
3.3可燃冰开采技术–热化学抑制剂注入法
• 化学抑制剂注入法：是指在含水合物的地层中注入水合物抑制剂如：盐水、甲醇、乙 醇、乙二醇、丙三醇等，破坏水合物矿藏的相平衡条件和天然气水合物分子间的氢键， 改变温度和孔隙压力，促使水合物分解。 • • 加热方式主要有：利用采气管道注入温度较高的热水或盐水、利用海底地热、电磁加 热技术、微波加热、太阳能供热等。 优点：作为一种强化措施可以弥补自然开采效率低的缺点，且注入的热流体可实现循 环利用。
30年内不具有开采价值；
• 有关专家估计，全球天然气水合物资源总量可达2x10^16立方米，其含碳 量约为已经探明的化石能源含碳量的2倍。为了缓解日益加剧的能源危机， 改变能源供应格为经济社会可持续发展提供支持，各国都应当认识到天 然气水合物作为21世纪新型能源的巨大潜力。
海洋和永久冻土区物探推测和钻取获得的天然气水合物区
3.1可燃冰开采技术–降压法
案例介绍：
2013 年 2 月 12 日 -18 日，日本国家油气和金属公司在日本爱知县沿 岸利用降压法进行了为期6天的开采试验。试采处水深约为1,000米， 水合物埋深约为300米，共4口钻井，其中1口用于实际生产，其余
3口用于监测产气过程中环境的变化。共计获得气体12,000立方米。
III. 可燃冰开采技术
• 目前，世界各国对于天然气水合物开采还没有形成一套完 整的理论和技术体，距商业实用价值还有很大一段距离。 传统的天然气水合物开采方法主要有3种：降压法、热激 法和化学抑制剂注入法。 • 随着对天然气水合物研究的不断深入,传统方法得到改善的 同时,新型的开采方法如CO2置换法和固体开采法也引起 了国内外学者的广泛关注。 • 下面就上述五种开采方法进行详细介绍：
可燃冰的利用研究
中集海工刘大辉 2016-07-19
目录
I. 可燃冰简介
II. 我国可燃冰储量
III. 可燃冰开采技术 IV. 南海可燃冰开采畅想
I. 可燃冰简介
• 天然气水合物俗称：“可燃冰”，在自然界广泛分布于大陆永久冻土区、 岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起带和一些内陆湖的深水环 境； • 由于天然气水合物形成与赋存条件的特殊性，迄今为止除了海底钻探和 海底沉积物取样作业获得少量天然气水合物样品外，全球绝大多数天然 气水合物的分布是通过物探调查获得的证据间接确定的，曾被认为在20-
3.5可燃冰开采技术–固体开采法
• 固体开采法，也称为水力提升法，是直接将海底水合物地层进 行挖掘采集，然后将采集到的固体拖至浅水区，通过搅拌或者 其他物理化学手段对其进行控制性分解。 • 优点：我国针对南海地区渗漏型天然气水合物埋藏浅、分布集 中等特点，结合深海采矿技术，提出了利用海水提升法开采水 合物，并验证了其可行性，且具备良好的工业应用前景。 • 前景：南海北部珠江口盆地及琼东南盆地的天然气水合物分布 范围分别为水深>860米和>650米的海区，通过研究认为，水合 物埋深在1000米左右时商业开采价值最大。近年来，该方法逐 渐演变成为混合开采法或泥浆开采法：A、在原地将水合物分 解为气液混合相，采集混合泥浆；B、将这些泥浆导入作业船 和海上平台进行进一步的处理。该方法充分利用了海平面海水 温度的能量，克服了海底水合物分解效率低的缺点。但是水合 物由深水区拖至浅水区时涉及复杂的三相流动且需要消耗大量 能量，因此，距离用于实际商业化生产还有许多技术瓶颈需要 攻克。
极地天然气水合物有利分布地区
综合比较
• 经科学家评估结果表明：生产同样数量的气体，加热法比降压 法成本高，而化学抑制剂注入法费用最高； • 2013年，我国科学家在位于珠江口盆地的GMGS2-165站位利用 降压法、降压与注入热盐水综合法进行了数值模拟和开采动态 方面的研究，得到如下结论：A、利用降压与注入热盐水综合 法使水合物完全分解所需的时间比单独使用降压法短，产气率 也明显增加；B、降压与注入热盐水综合法的平均产气率约为 96,000立方米/天，效率远远超过2007年的神狐地区；C、前的 开采技术在采气时仍会产生大量的水，这是今后研究中急需解 决的问题；D、注入盐水的参数对产气率有着重要影响。
此次试采中仍存在亟待解决的关键问题，比如产气率低，产气过 程中管道结冰、管道堵塞等，这些都是今后实验室模拟和气体开 采过程中面临的重要问题。
3.2可燃冰开采技术–热激法
• 热激法是保持天然气水合物稳定带的压力不变，通过提高水合物地层的温度，破 坏其氢键，使天然气水合物分解成水和天然气，最后利用集气井收集被分解的天 然气。 加热方式主要有：利用采气管道注入温度较高的热水或盐水、利用海底地热、电 磁加热技术、微波加热、太阳能供热等。 优点：作为一种强化措施可以弥补自然开采效率低的缺点，且注入的热流体可实 现循环利用。 缺点：该方法对水合物储层进行加热时会引起沉积物力学性质的变化，影响沉积 物孔隙度、渗透率等开采因数，稍有不当就会造成储层大面积破坏导致灾难性事 件。 应用：2002年，加拿大、日本、美国等多国联合在加拿大西北部麦肯齐地区5L38井进行了小范围的水合物注热开采试验，证实了该方法的可行性。 限制条件：仍需要在开采技术、开采成本、热开采数学模型等方面进行进一步深 化研究。
3.4可燃冰开采技术–置换法
• 置换法又称气举法，该方法的主要原理是根据天然气水合物的稳定带压 力条件，通过注入CO2或其他气体形成水合物时相平衡条件低于甲烷的流 体，将水合物中的甲烷气体置换出来。 • • 优点：A、能在地下储存CO2，缓解温室效应，有良好的商业价值前景和 环境效益，也能有效地减少开采过程中的井喷和井塌事故。 缺点：置换效率低，水合物分解速率慢；受到水合物储层渗透性的限制， 注入的流体可能会避开储层直接进入井口，带来气液分离的新问题；大 规模的收集、运输CO2气体存在安全问题。 • 应用：2012年2月15日-28日，美国康菲石油公司、日本国家油气和金属公 司等共同在美国阿拉斯加北坡首次利用 CO2-CH4置换法进行了天然气水 合物现场开采试验。