天然气水合物开采技术现状

曹润科

（长庆油田分公司第六采气厂，西安 710000）

天然气水合物开采技术现状

曹润科

（长庆油田分公司第六采气厂，西安 710000）

随着全球资源与能源需求的加剧，出现了供需失衡的局面，为了有效缓解供需矛盾，世界各国开始积极研发新能源的开采，天然气水合物资源的利用成为我国新的发展方向。主要分析了天然气水合物开采技术的现状，以供参考和借鉴。

天然气；水合物；开采技术；现状

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.100

1 引言

天然气水合物的俗称为可燃冰，是CH4等烃类气体在高压低温条件下与水作用形成的笼形化合物，其主要分布在北极冻土带和沿海大陆架300～3000m的深水区，其储量是全球含碳化合物的两倍，可能会成为储量丰富的接替能源。因此，加强对天然气水合物开采技术的研究具有积极的意义。下面将对天然气水合物的研究内容以及各类型的开采技术展开探讨。

2 天然气水合物的研究内容

目前，天然气水合物的主要研究内容包括：（1）明确控制天然气水合物储存及稳定性的地质参数；（2）估算储存于各种天然气水合物储层中的天然气储量；（3）深入分析天然气水合物产生CH4的过程与特点；（4）准确识别、预测、评估水合物影响环境和气候的程度；（5）探究在油气钻井过程中天然气水合物的安全影响。

3 天然气水合物开采技术现状

当下，开采天然气水合物的方法涵盖了热激法、降压法、注化学试剂法，以及研发出的气体置换法与固体开采法等新型方法，下面将对这些技术展开探讨。

3.1 热激法

该方法的原理是通过维持天然气水合物稳定带的压力不变，将水合物地层的温度提高，破坏其氢键，进而分解为水和天然气，分解后的天然气主要利用集气井来收集。该过程的反映原理如下：

式中，M为水合物中的气体分子；n为水分子数。

热激法所用的加热方式包括将高温度的热水或盐水通过采气管道注入到水合物的储层中，利用海底地热、电磁加热技术、微波加热、太阳能供热等。不同加热方式的优缺点如表1所示：

热开采技术是一种强化措施，有效提高了开采的效率，并且其可以循环利用注入的热流体。但利用热开采技术加热水合物的储层时，会改变沉积物的力学性质，对沉积物的孔隙度、渗透率等开采因数产生影响，稍有不当就会破坏大面积的储层，甚至引发灾难性事件。因此，需要深化开采技术与成本以及热开采数学模型等方面的研究。

表1 不同热开采方法的优缺点

3.2 降压开采法

该方法对天然气水合物的分解是通过降低其储层压力来实现的。目前，降压的方法有2种：（1）利用低密度泥浆钻井；（2）利用泵压将水合物储层下方存在的游离气体和其他流体抽出。降压开采法具有成本低、无须连续激发，适合大面积开采，是最有前景的开采方法。但其也有不足，例如效率低、速度慢等，在天然气水合物矿藏位于温压平衡边界时才能体现出其经济效益。

3.3 化学试剂注入法

该方法是将如盐水、甲醇、乙醇等水合物抑制剂注入到水合物储层中，通过破坏矿藏相平衡条件和水合物分子间的氢键，使储层的孔隙压力与温度发生变化来达到水合物的目的。但该方法存在诸多的弊端，例如成本高、作用时间长、效果偏差等，同时化学制剂会危害地下水和海洋环境，所以应用投入较少。

3.4 置换法

置换法也叫作气举法，根据水合物的稳定带压力条件，注入CO2或其他气体，形成低于甲烷相平衡条件的流体，进而置换出甲烷气体。天然气水合物在一定温度条件下保持稳定需要较高的压力，所以天然气水合物在一定的压力范围内会分解。另外，置换反应会释放大量的热来进一步分解水合物，扩散气体会填充原来的地层孔隙。该方法使用的CO2能储存于地下，有利于缓

解温室效应，环境效益较高，同时也降低了开采时井喷、井塌事故的发生概率。但也存在一定的不足，例如置换效率低、导致气液分离以及CO2收集、运输的安全问题。

3.5 固体开采法

该方法也叫水利提升法，直接挖掘采集水合物储层，将其固体拖至浅水区，之后利用搅拌或者其他物化手段进行控制性分解。近年来，固体开采法逐步过渡到混合开采法或泥浆开采法：（1）在原地将水合物分解为气液混合相，采集混合泥浆；（2）深度处理导入作业船和海上平台的泥浆。该方法弥补了海底水合物分解效率低的弊端。但是该方法涉及复杂的三相流动且耗能较大，因此，还需积极努力攻克许多技术瓶颈。

4 结语

综上所述，天然气水合物的开采技术具有多样化的特点，各项技术都有自身的优缺点，在未来的发展中必须积极攻克技术难点，进一步提高天然气水合物的开采效率和质量。

【1】张焕芝，何艳青，孙乃达，李万平.天然气水合物开采技术及前景展望[J].石油科技论坛，2013（6）：15-19+64-65.

【2】王屹，李小森.天然气水合物开采技术研究进展[J].新能源进展，2013（1）：69-79.

Current Technology Situation of Natural Gas Hydrate Exploitation

CAORun-ke
(TheSixthGasRecoveryPlantChangqingOilfieldBranch,Xi'an710000,China)

With the global resources and energy demand increased, there appears imbalance between supply and demand situation, in order to effectively alleviate the contradiction between supply and demand, the world began to actively develop the exploitation of new energy, the use of natural gas hydrate resources become the newdirection in our country. This articlemainly analyzes the present situation of natural gas hydrate exploitation technologywhich is of referencevelue.

naturalgas;hydrate;miningtechnology;currentsituation

TE31

B

1007-9467（2016）07-0159-02

2016-6-27

曹润科（1978～）男，甘肃静宁人，从事天然气开采加工工艺研究，（电子信箱）1127728121@qq.com。