水合物破碎綜述.doc

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1、1前景天然氣水合物（乂稱“可燃冰”）被認(rèn)為是21世紀(jì)最有潛力的接替能源，因?yàn)閾?jù)估算其中海洋天然氣水合物的儲(chǔ)量是地球上其它已知含碳化合物的2倍，其中絕大部分儲(chǔ)存于海洋淺表層。自1999年起，我國(guó)展開(kāi)對(duì)南海天然氣水合物研究以來(lái)，結(jié)果顯示南海擁有的天然氣水合物約相當(dāng)于我國(guó)陸上和近海石油天然氣總資源量的1/2。除南海北部外，我國(guó)在西沙海槽、東沙陸坡、臺(tái)灣西南陸坡和沖繩海槽等海域也發(fā)現(xiàn)了大量的天然氣水合物地球物理和地球化學(xué)證據(jù)。盡快開(kāi)發(fā)利用海洋天然氣水合物是直接關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。海洋天然氣水合物的開(kāi)發(fā)有望解決我國(guó)能源短缺問(wèn)題。2原位分解法國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀研究傳統(tǒng)

2、的開(kāi)采方式是通過(guò)改變水合物存在區(qū)域的壓力溫度條件，破壞天然氣水合物相態(tài)平衡使之分解產(chǎn)生氣體，并收集氣體的方法?，F(xiàn)有研究比較多的開(kāi)采方法有：熱激法開(kāi)采、降壓開(kāi)采、注化學(xué)試劑和CO2置換法。但是由于在海底破壞水合物相態(tài)有可能會(huì)導(dǎo)致海底滑坡等災(zāi)害，并且還需要水合物本身有封閉的蓋層，所以也有研究者提出水力提升法和機(jī)械釆掘相結(jié)合的方法。（唐良廣，馮自平.李小森等.2006.海洋滲漏型天然氣水合物開(kāi)采的新模式［J1能源工程，15?18.）（張旭輝，魯曉兵，劉樂(lè)樂(lè).天然氣水合物開(kāi)采方法研究進(jìn)展［J1.2014.）對(duì)研究開(kāi)采方式的裝置進(jìn)行總結(jié)分析，歸納其優(yōu)缺點(diǎn)，為天然氣水合物固

3、態(tài)流化模擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。由于天然氣水合物開(kāi)采難度很高，只有曰本使用降壓法進(jìn)行了海底水合物的商業(yè)性試采，目前國(guó)內(nèi)外主要是圍繞天然氣水合物的室內(nèi)物性測(cè)試和開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)展開(kāi)研究，本文主要研究?jī)?nèi)容為國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有水合物模擬開(kāi)采的實(shí)驗(yàn)裝置。根據(jù)日前現(xiàn)有裝置可以看出裝置…般由反應(yīng)系統(tǒng)、循環(huán)控溫系統(tǒng)、儀表測(cè)試單元和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4部分組成。儀表測(cè)試單元安裝在實(shí)驗(yàn)流程上，用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各類(lèi)參數(shù)，如壓力、溫度、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、視頻信息等。3.1熱激法開(kāi)采熱激法是通過(guò)升高水合物地層的溫度，使地層的溫度高于水合物在該區(qū)域孔隙水或氣壓力條件下的相平衡溫度而分

4、解相變產(chǎn)生甲烷氣體的過(guò)程。(張旭輝，魯曉兵，劉樂(lè)樂(lè).天然氣水合物開(kāi)采方法研究進(jìn)展［JJ.2014.)冃前提出加熱的方式有注人溫度較高的熱水或海水、利用下部地?zé)帷㈦姶偶訜?、微波加熱、蒸汽吞吐等。熱激發(fā)法的優(yōu)點(diǎn)是可彌補(bǔ)自然開(kāi)采效率低的缺點(diǎn)，加熱位置可控，熱量供給更直接，作用效果更加迅速有效，同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響較小。熱激發(fā)法的主要缺點(diǎn)是該技術(shù)是一種強(qiáng)化開(kāi)采措施，勢(shì)必會(huì)造成大量的熱損失，能量利用效率低，造成能源的浪費(fèi)。使用熱激法進(jìn)行開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)的裝置比較多，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方法比較成熟，下面敘述國(guó)內(nèi)外熱激法的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。3.1.1中國(guó)科學(xué)院可再生能源與天然氣水合

5、物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李淑霞(李淑霞，郝永卯，陳月明?多孔介質(zhì)中天然氣水合物注熱鹽水分解實(shí)驗(yàn)研究［J］?太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2010,41(5):680-684.)(李淑霞，徐新華，吳錦謹(jǐn)，等.不同注熱水溫度下水合物開(kāi)采實(shí)驗(yàn)研究［J］?現(xiàn)代地質(zhì)，2013,27(6)：1379-1383.)(李淑霞，李杰，徐新華，等?天然氣水合物藏注熱水開(kāi)采敏感因素試驗(yàn)研究［J］?中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014,38(2)：99-102.)等開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬海洋地質(zhì)條件，在填砂模型中生成相同初始條件的天然氣水合物藏，然后注入熱鹽水進(jìn)行開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)，分析不同注熱水溫度對(duì)開(kāi)采動(dòng)態(tài)的

6、影響。反應(yīng)釜為耐高壓不銹鋼實(shí)驗(yàn)管，規(guī)格為080x800mm,模擬天然氣水合物存在的低溫高壓條件，將實(shí)驗(yàn)管放置在恒溫箱中。影響能量效率的因素由大到小依次為注熱水溫度、水合物飽和度、初始溫度、注熱水時(shí)間、注熱水速度。布置11組壓力、溫度、電阻率測(cè)量節(jié)點(diǎn)。最佳的注熱鹽水分解方案為：注熱鹽水溫度60s速度12mL/min,時(shí)間100min,此時(shí)的能量效率為3.86。進(jìn)一步試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，注熱水開(kāi)采能量效率最高的試驗(yàn)組合為水合物飽和度48%,初始溫度5°C,注熱水溫度40°C,注熱水時(shí)間350min,注熱水速度12mL/min,最高能量效率為6.74o爪力傳出器r沮度傳感器放

7、空閥數(shù)據(jù)來(lái)集過(guò)濾器圖3.1-1注熱法開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程圖實(shí)驗(yàn)裝置主要為檢測(cè)多孔介質(zhì)下的天然氣水合物不同影響因素對(duì)分解效率的影響，能夠模擬水合物注熱法下分解的情況，并且得到最高能量效率的參數(shù)。系統(tǒng)中使用了氮?dú)?，殘留的氮?dú)庖矔?huì)生成水合物，造成一定的誤差；研究也可以繼續(xù)從多孔介質(zhì)本身著手，根據(jù)不同介質(zhì)進(jìn)行研究；使用壓力進(jìn)行判斷水合物是否牛存在一定誤差。3.1.2中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所1周錫堂(周錫堂，樊栓獅，梁德青，等?石英砂中甲烷水合物注熱水分解實(shí)驗(yàn)[J]?天然氣工業(yè),2007,27(9):11-14.)(周錫堂,樊栓獅,梁德青,等?石英沙中甲烷水合物的降壓分解

8、實(shí)驗(yàn)研究[J].天然氣化