天然气水合物开采技术研究进展

姬小飞

摘要：天然气水合物广泛分布于大陆冻土和岛屿斜坡、极地大陆，都可以探寻到它们的足迹，但是对于它的开采比较困难。天然气水合物具有高效、节能、清洁的特点，基于它的巨大价值，虽然开采过程中面临着巨大的风险，但是很多国家始终没有放弃对于它的开采和利用。

关键词：天然气水合物;开采技术;进展

前言

随着全球常规能源的消耗逐渐加大，人们对开发清洁高效新能源的呼声日益强烈。NGH因分布范围广、储量大及可燃性强等特性成为全球关注的焦点。迄今为止，发达国家已尝试利用多种开发方式对可燃冰进行试采，但由于受相关技术条件的限制，尚未取得突破性进展。如何尽快突破可燃冰的资源勘探、选区评价及开采技术，对构建低碳环保的现代能源体系具有战略意义。地热能作为一种新型可再生资源，具有稳定性强、带动系数高、分布范围广、成本低及环境友好等特点，开发前景好，是地质工作的一个新领域。我国南海海域同时蕴含丰富的可燃冰资源和地热资源，在此基础上，联合深海地热开采天然气水合物技术应运而生，该技术一经提出就受到油气工业界的广泛关注，具有其他可燃冰开采方式无法比拟的优势。此新型联合开采天然气水合物工艺，将换热、抽热及注热法开采可燃冰技术相结合，实现了深海NGH和地热能的综合利用，一举两得。

1天然气水合物

Davy于1810年首次在室内发现了一种气体水合物，该物质为类冰状结构，并提出该结晶化合物是油气生产和运输过程中管道、设备堵塞的罪魁祸首。1934年，Hammerschmidt将此类冰状物体命名为甲烷水合物。从1960年开始，相继在前苏联、加拿大发现了大规模的NGH矿藏，自此对其开发和利用的研究拉开序幕。自可燃冰被发现以来，世界各国对NGH的探索和研究一直处于活跃状态，迄今为止，国际上已有超过80个国家和地区直接或间接参与了可燃冰的研究。可燃冰是一种笼形结晶包合物，是在合适的环境下（适宜的T、P、盐度、pH等）由CH和HO作用生成的似冰状固态水合物。其外形如冰雪状，遇火即可燃烧，密度为0.905～0.910g/cm。在不同的低温高压条件下，CH与水分子结晶形成不同类型的多面体结构，NGH的主要组成结构分为客体分子以甲烷、乙烷等小直径烃为主的Ⅰ型，以小分子烃和大分子烃结合而成的Ⅱ型，晶体分子可容纳异戊烷等更大的分子烃的H型。据估计，天然气水合物总量等同于2.1×10～4.0×10mCH（大约10000×10t甲烷碳），约为已探明常规能源总量的2倍以上，全球有将近97%的NGH分布于深海中，仅3%分布在陆地冻土带。我国的南海地区具有丰富的泥质粉砂型NGH资源。2020年3月18日，中国南海海域NGH第二轮试采成功，此次试采实现了对常规技术的自主创新，打破了多项世界纪录，为推进NGH开采的产业化提供了珍贵的实践经验和技术储备。

2天然气水合物的特点

2.1分布广泛

天然气水合物广泛分布于世界各个角落，如加勒比海和南美洲东部大陆边缘等都有天然气水合物的分布，广泛的分布范围为世界各国对天然气水合物的开采利用提供了条件，世界各国可以更加便利的开采天然气水合物，促进了资源的利用和发展。

2.2清洁高效

随着经济的迅速发展，人们逐渐认识到环境的重要性。在过去的几十年里，世界各国为了发展经济，不断对环境进行掠夺。在发展的进程中，动物离开了生存的环境，植物被一个接一个地制成精美的家具，特别是为了亚马逊森林的砍伐。化工厂随意向大气排放有毒气体，印刷厂向河流排放废水。这样的事情继续发生，让曾经年轻可爱的地球留下了伤疤。因此，绿色能源近年来受到世界各国的青睐，如氢能、太阳能、生物能、地热能等等被广泛的应用到企业的生产中来。

3天然气水合物的开采方法

3.1热激开采法

热激开采法是天然气水合物的开采方法之一，它主要是利用天然气水合物只能低温保存的缺点进行突破，通过火驱加热和热流体加热改变天然气水合物的存在状态，将其分解为水和天然气，然后分离出天然气的过程。热冲击采矿法在一定程度上促进了天然气水合物的开采，但是在利用的过程中热利用效率较低，而且只能局部加热，需要进一步改进和完善。

3.2减压开采法

在开采的过程中可以利用这个特点，对其进行减压处理，将天然气和水分进行分离，从而得到天然气，一般来说，减压开采法在传统的开采方法中备受人们喜爱。减压开采法虽然也存在一些问题，但是总体来说能够解决人们对于天然气水合物开采利用的問题。

3.3化学抑制法

化学抑制法就是在开采过程中，通过加入一些化学试剂如甲醇、乙醇等化学试剂来改变水合物的存在状态，促进天然气水合物的分解，在一定程度上可以实现天然气水合物的开采，但是在开采过程中，运用化学试剂的费用比较高，而且相较于热激加热法相比，它的作用缓慢，这是开采人员需要注意的问题。

3.4新型开采技术

一些专家和学者突破了常规开采技术的局限，提出了新型NGH开发方式，主要包括部分氧化法、固态流化开采法及原位补热降压充填开采法等。部分氧化法，将氧化剂注入NGH储层，由氧化反应产生的能量促进NGH发生离解。针对深海浅层可燃冰储层开发，提出了固体固态流化开采法，结合机械破碎流化技术和多相流体举升技术，实现了深水浅层区域NGH的开采。2020年，一种全新的NGH开采方法—原位补热降压充填开采技术，将CaO粉末导入可燃冰储层中，待储层压力降低后，NGH离解产生的H2O与CaO作用，释放出大量的热，有效弥补了降压法面临的补热问题。

结束语

天然气水合物的开采利用是社会资源利用发展的必然趋势，所以各个国家和地方应该重视对天然气水合物开采和保护工作，促进天然气水合物给人们带来便利的同时，保护我们赖以生存的环境。

参考文献：

[1]王敏，徐刚，蔡晶，等.“CH4-CO2”置换法开采天然气水合物[J].新能源进展，2021，9（01）：62-68.

[2]陈强，胡高伟，李彦龙，等.海域天然气水合物资源开采新技术展望[J].海洋地质前沿，2020，36（9）：44-55.