水合物破碎综述.doc

1前景 天然气水合物（乂称“可燃冰”）被认为是21世纪最有潜力的接替能源，因 为据估算其中海洋天然气水合物的储量是地球上其它已知含碳化合物的2倍，其 中绝大部分储存于海洋浅表层。自1999年起，我国展开对南海天然气水合物研 究以来，结果显示南海拥有的天然气水合物约相当于我国陆上和近海石油天然气 总资源量的1/2。除南海北部外，我国在西沙海槽、东沙陆坡、台湾西南陆坡和 冲绳海槽等海域也发现了大量的天然气水合物地球物理和地球化学证据。尽快开 发利用海洋天然气水合物是直接关系到我国经济、社会的可持续发展。海洋天然 气水合物的开发有望解决我国能源短缺问题。 2原位分解法国内外现状研究 传统的开采方式是通过改变水合物存在区域的压力温度条件，破坏天然气水 合物相态平衡使之分解产生气体，并收集气体的方法。现有研究比较多的开采方 法有：热激法开采、降压开采、注化学试剂和CO2置换法。但是由于在海底破 坏水合物相态有可能会导致海底滑坡等灾害，并且还需要水合物本身有封闭的盖 层，所以也有研究者提出水力提升法和机械釆掘相结合的方法。（唐良广，冯自 平.李小森等.2006.海洋渗漏型天然气水合物开采的新模式［J1能源工程，15?18.） （张旭辉，鲁晓兵，刘乐乐.天然气水合物开采方法研究进展［J1.2014.） 对研究开采方式的装置进行总结分析，归纳其优缺点，为天然气水合物固态 流化模拟实验开采系统设计提供技术支持。 由于天然气水合物开采难度很高，只有曰本使用降压法进行了海底水合物的 商业性试采，目前国内外主要是围绕天然气水合物的室内物性测试和开发模拟实 验展开研究，本文主要研究内容为国内外现有水合物模拟开采的实验装置。根据 日前现有装置可以看出装置…般由反应系统、循环控温系统、仪表测试单元和数 据采集系统4部分组成。仪表测试单元安装在实验流程上，用来实时测量、显示 实验过程中的各类参数，如压力、温度、声学、光学、电学、视频信息等。 3.1热激法开采 热激法是通过升高水合物地层的温度，使地层的温度高于水合物在该区域孔 隙水或气压力条件下的相平衡温度而分解相变产生甲烷气体的过程。(张旭辉， 鲁晓兵，刘乐乐.天然气水合物开采方法研究进展［JJ.2014.)冃前提出加热的方 式有注人温度较高的热水或海水、利用下部地热、电磁加热、微波加热、蒸汽吞 吐等。 热激发法的优点是可弥补自然开采效率低的缺点，加热位置可控，热量供给 更直接，作用效果更加迅速有效，同时对环境的影响较小。热激发法的主要缺点 是该技术是一种强化开采措施，势必会造成大量的热损失，能量利用效率低，造 成能源的浪费。 使用热激法进行开采模拟实验的装置比较多，现有实验方法比较成熟，下面 叙述国内外热激法的相关实验设备，并分析其优缺点。 3.1.1中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室 李淑霞(李淑霞，郝永卯，陈月明?多孔介质中天然气水合物注热盐水分解 实验研究［J］?太原理工大学学报,2010,41(5):680-684.)(李淑霞，徐新华，吴锦 谨，等.不同注热水温度下水合物开采实验研究［J］?现代地质，2013, 27(6)： 1379-1383.)(李淑霞，李杰，徐新华，等?天然气水合物藏注热水开采敏感因素 试验研究［J］?中国石油大学学报：自然科学版，2014, 38(2)： 99-102.)等开发的 实验装置可以模拟海洋地质条件，在填砂模型中生成相同初始条件的天然气水合 物藏，然后注入热盐水进行开采模拟实验，分析不同注热水温度对开采动态的影 响。反应釜为耐高压不锈钢实验管，规格为080x800mm,模拟天然气水合物存 在的低温高压条件，将实验管放置在恒温箱中。影响能量效率的因素由大到小依 次为注热水温度、水合物饱和度、初始温度、注热水时间、注热水速度。 布置11组压力、温度、电阻率测量节点。最佳的注热盐水分解方案为：注 热盐水温度60s速度12 mL/min,时间100 min,此时的能量效率为3.86。进一 步试验中发现，注热水开采能量效率最高的试验组合为水合物饱和度48%,初始 温度5°C,注热水温度40°C,注热水时间350 min,注热水速度12 mL/min,最 高能量效率为6.74o 爪力传出器 r沮度传感器放空阀数据來集 爪力传出器 r 沮度传感器 放空阀 数据來集 过滤器 图3.1-1注热法开采模拟实验系统流程图 实验装置主要为检测多孔介质下的天然气水合物不同影响因素对分解效率 的影响，能够模拟水合物注热法下分解的情况，并且得到最高能量效率的参数。 系统中使用了氮气，残留的氮气也会生成水合物，造成一定的误差；研究也可以 继续从多孔介质本身着手，根据不同介质进行研究；使用压力进行判断水合物是 否牛存在一定误差。 3.1.2中国科学院广州能源研究所1 周锡堂(周锡堂，樊栓