新能源：可燃冰.

《新能源：可燃冰.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新能源：可燃冰.（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、新能源：可燃冰,6. 其它绿色新能源,可燃冰,可燃冰的学名是天然气水合物(Gas Hydrates ),这是天然气和水在特定的条件下所形成的一种透明的冰状结晶体,又称“气冰”、“固体瓦斯”。是一种清洁高效、使用方便的新能源。 可燃冰在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。,全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍，具有广阔的开发前景，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量，约相当中国目前陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。,中国在南海

2、北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰” ，成为继美国，日本，印度之后,第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。,可燃冰的构成,天然气水合物与天然气成分相似，且更为纯净，简单地说，它是天然气被包进水分子中，在海底低温和很高压力下形成的一种冰状的固态晶体。 在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气,在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键，构成笼状结构）。它可用mCH4nH2O来表示，m代表水合物中的气体分子，n为水分子数。,可燃冰的性能,能量密度高，燃烧值高。1立

3、方米的可燃冰可在常温常压下释放164立方米的天然气及0.8立方米的淡水 。 清洁无污染（几乎不产生任何燃烧废弃物） 使用方便。压力降低就足以使天然气水合物晶体分解并释放出大量甲烷气体。 危险性高,可燃冰的形成条件,水合甲烷的物质大量沉积 低于20oC的温度 较大的压力,科学家的评价结果表明，仅仅在海底区域，可燃冰的分布面积就达4000万平方公里，占地球海洋总面积的1/4。目前，世界上已发现的可燃冰分布区多达116处，其矿层之厚、规模之大，是常规天然气田无法相比的。科学家估计，海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年，它将来有望替代煤、石油和天然气，成为“世纪的新能源”。,天然气水合物可以通过底

4、质沉积物取样、钻探取样和深潜考察等方式直接识别，也可以通过拟海底反射层（BSR）、速度和震幅异常结构、地球化学异常等方式间接识别。大规模的甲烷水合物聚集可以通过高电阻率（100欧米）声波速度、低体积密度等号数进行直接判读 。,可燃冰的识别,地震标志 因为水合物层的底界面主要受所在海域的地温梯度控制，往往位于海底以下一定的深度，因此BSR基本平行于海底，被称为“拟海底反射层”。BSR是地震剖面上的一个平行或基本平行于海底、可切过一切层面或断层的反射界面。天然气水合物稳定带之下常圈闭着大量的游离甲烷气体，从而导致在地震反射剖面上产生BSR.现已证实，BSR代表的是气体水合物稳定带的基底，其上为固态

5、的水合物层段，声波速率高，其下为游离气沉积物，声波速率低，因而在地震剖面上形成强的负阻抗反射界面。 BSR除被用来识别天然气水合物的存在和编制水合物分布图外，还被用来判明天然气水合物层的顶底界和产状，计算水合物层深度、厚度和体积。,然而，并不是所有的水合物都存在BSR.在平缓的海底，即使有天然气水合物，也不易识别出BSR. BSR常常出现在斜坡或地形起伏的海域。 另外，也并不是所有的BSR都对应有天然气水合物。在极少数情况下，其它因素也可能导致BSR.还应注意的是，尽管绝大部分水合物层都位于BSR之上，但并不是所有的水合物层都位于BSR之上，这已被深海钻探证明。 因此，BSR不能被作为天然气水

6、合物的唯一标志，应结合其它方法综合判断。,1810年，首次在实验室发现天然气水合物。 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。这一发现引起前苏联人对天然气水合物的重视。 1965年，前苏联首次在西西伯利亚永久冻土带发现天然气水合物矿藏，并引起多国科学家的注意。 1970年，前苏联开始对该天然气水合物矿床进行商业开采。 1971年，美国学者Stoll等人在深海钻探岩心中首次发现海洋天然气水合物，并正式提出“天然气水合物”概念。 1974年，前苏联在黑海1950米水深处发现了天然气水合物的冰状晶体样品。 1979年，国际深海钻探计划DSDP第66和67航次在墨西哥湾实施深海

7、钻探，从海底获得91.24米的天然气水合物岩心，首次验证了海底天然气水合物矿藏的存在。 1981年，DSDP计划利用“格罗玛挑战者号”钻探船也从海底取上了3英尺长的水合物岩心。 1992年，大洋钻探计划(ODP)第146航次在美国俄勒冈州西部大陆边缘Cascadia海台取得了天然气水合物岩心,可燃冰的发展历程,1995年，ODP第164航次在美国东部海域布莱克海台实施了一系列深海钻探，取得了大量水合物岩心，首次证明该矿藏具有商业开发价值。 1997年，大洋钻探计划考察队利用潜水艇在美国南卡罗来纳海上的布莱克海台首次完成了水合物的直接测量和海底观察。同年，ODP在加拿大西海岸胡安-德夫卡洋中脊陆

8、坡区实施了深海钻探，取得了天然气水合物岩心。至此，以美国为首的DSDP及其后继的ODP在10个深海地区发现了大规模天然气水合物聚集：秘鲁海沟陆坡、中美洲海沟陆坡(哥斯达黎加、危地马拉、墨西哥)、美国东南大西洋海域、美洲西部太平洋海域、日本的两个海域、阿拉斯加近海和墨西哥湾等海域。 1996年和1999年期间，德国和美国科学家通过深潜观察和抓斗取样，在美国俄勒冈州岸外Cascadia海台的海底沉积物中取到嘶嘶冒着气泡的白色水合物块状样品，该水合物块可以被点燃，并发出熊熊的火焰。 1998年，日本通过与加拿大合作，在加拿大西北Mackenzie三角洲进行了水合物钻探，在890952米深处获得37米

9、水合物岩心。该钻井深1150米，是高纬度地区永冻土带研究气体水合物的第一口井。 1999年，日本在其静冈县御前崎近海挖掘出外观看起来象湿润雪团一样的天然气水合物,(1) 热激发开采法 直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。此法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热，以及微波加热等发展历程。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。但这种方法至今尚未很好解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，该方法尚需进一步完善。,（2）减压开采法 通过降低压力促使可燃冰分解的开采方法：采用低密度泥

10、浆钻井达到减压目的；当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时，通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力。 此法不需要连续激发，成本较低，适合大面积开采，是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。但它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求，只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时，减压开采法才具有经济可行性。,可燃冰的开采,(3) 化学试剂注入开采法 通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破坏天然气水合物的相平衡条件，促使天然气水合物分解。 这种方法虽然可降低初期能量输入，但它所需的化学试剂费用昂贵，对天然气水合物层的作

11、用缓慢，而且还会带来一些环境问题，所以，目前对这种方法投入的研究相对较少。,(1) CO2 置换开采法。 首先由日本研究者提出，方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下，天然气水合物保持稳定需要的压力比CO2 水合物更高。因此在某一特定的压力范围内，天然气水合物会分解，而CO2 水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向天然气水合物内注入CO2 气 ，CO2 气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2 水合物。,新型开采方法,(2) 固体开采法。 最初是直接采集海底固态天然气水合物，将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。后来演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体

12、步骤是，首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相，采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆，然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理，促使天然气水合物彻底分解，从而获取天然气。,典型开采研究实例 麦索亚哈气田天然气水合物的开采 ，该气田发现与20年代60年代，位于前苏联西伯利亚西北部，气田区常年冻土层厚度大于500m。麦索亚哈气田为常规气田，气田中的天然气透过盖层发生运移，在有利的环境条件下，在气田上方形成了天然气水合物层。 该气田的天然气水合物藏首先是经由减压途径无意中得以开采的。通过开采天然气水合物藏之下的常规天然气,致使天然气水合物层压力降低，天然气水合物发生分解。后来，为了促使

13、天然气水合物的进一步分解，维持产气量，特意向天然气水合物藏中注入了甲醇和氯化钙等化学抑制剂。,美国阿拉斯加北部普拉德霍湾库帕勒克河地区，位于阿拉斯加北部斜坡地带。1972 年阿科石油公司和埃克森石油公司在普拉德霍湾油田钻探常规油气井时于664667m层段采出了天然气水合物岩心。其后在阿拉斯加北部斜坡区进行了大量天然气水合物研究。在此基础上，2003 年在该区实施了一项引人注目的天然气水合物试采研究项目。该项目由美国Anadarko 石油公司、Noble 公司、Mau2rer 技术公司以及美国能源部甲烷水合物研究与开发计划处联合发起，目标是钻探天然气水合物研究与试采井热冰1 井。这是阿拉斯加北部

14、斜坡区专为天然气水合物研究和试采而钻的第一口探井。,可燃冰的开发利用,1810年，英国，达威在实验室发现“天然冰”.虽然是块全球瞩目的大蛋糕，但开发利用仍然很困难： 勘探定位技术，开采技术 提制可燃气的技术 运输的问题 低成本开发 环境问题,可燃冰开采中的环境问题,天然气水合物的开采会改变天然气水合物赖以赋存的温压条件，引起天然气水合物的分解。在开采过程中如果不能有效地实现对温压条件的控制，就可能产生一系列环境问题，如温室效应的加剧、海洋生态的变化以及海底滑塌事件等。 (1)甲烷作为强温室气体,它对大气辐射平衡的贡献仅次于二氧化碳。一方面，全球天然气水合物中蕴含的甲烷量约是大气圈中甲烷量的30

15、00倍;另一方面，天然气水合物分解产生的甲烷进入大气的量，即使只有大气甲烷总量的0. 5%,也会明显加速全球变暖的进程。因此，天然气水合物开采过程中如果不能很好地对甲烷气体进行控制，就必然会加剧全球温室效应。除温室效应之外，海洋环境中的天然气水合物开采还会带来更多问题。 进入海水中的甲烷会影响海洋生态。甲烷进入海水中后会发生较快的微生物氧化作用，影响海水的化学性质。甲烷气体如果大量排入海水中，其氧化作用会消耗海水中大量的氧气，使海洋形成缺氧环境，从而对海洋微生物的生长发育带来危害。 进入海水中的甲烷量如果特别大，则还可能造成海水汽化和海啸，甚至会产生海水动荡和气流负压卷吸作用，严重危害海面作业

16、甚至海域航空作业。,（2) 开采过程中天然气水合物的分解还会产生大量的水，释放岩层孔隙空间，使天然气水合物赋存区地层的固结性变差，引发地质灾变。海洋天然气水合物的分解则可能导致海底滑塌事件。近年的研究发现，因海底天然气水合物分解而导致陆坡区稳定性降低是海底滑塌事件产生的重要原因。钻井过程中如果引起天然气水合物大量分解，还可能导致钻井变形，加大海上钻井平台的风险。 (3) 如何在天然气水合物开采中对天然气水合物分解所产生的水进行处理，也是一个应该引起重视的问题。 进入海水中的甲烷会影响海洋生态。甲烷进入海水中后会发生较快的微生物氧化作用，影响海水的化学性质。甲烷气体如果大量排入海水中，其氧化作用会消耗海水中大量的氧气，使海洋形成缺氧环境，从而对海洋微生物的生长发育带来危害。,