天然气水合物资源开采方法研究(二).doc

天然气水合物资源开采方法研究二 2．3化学试剂法 某些化学试剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等化学试剂可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度。当将上述化学试剂从井孔泵如后，就会引起水合物的分解（如图5）。 图5 注化学试剂法开采天然气水合物示意图 化学试剂法较热激发法作用缓慢，但确有降低初始能源输入的优点。化学试剂法最大的缺点是费用太昂贵。由于大洋中水合物的压力较高，因而不宜采用此方法。化学试剂法曾被在俄罗斯的梅索雅哈气田使用过，例如在五口气井中注射了抑制剂 ，结果使气体的平均产量增加了4倍。在美国阿拉斯加的永冻层水合物中也做过实验，它在成功的移动相边界方面显得有效，获得明显的气体回收。 根据计算证实了水合物的的分解率是抑制剂注射率的函数，抑制剂降低的相平衡温度可由以下经验公式计算[9] （6） 式中M--抑制剂的分子量； W--抑制剂重量百分比； K--与抑制剂种类有关的常数。 2．4其他方法 不管是热激发、减压或者注入抑制剂，每一种方法都有自身的缺点，为了探索开采的可行性和经济性，不少学者又提出了新的方法，例如苏联工作者Trofimuk et al （1980）[10]提出在海床中直接捞取水合物，即在深海中使天然气水合物颗粒化，或将天然气水合物装入一种可膨胀的软式气袋 其内部保持天然气水合物稳定所需的温压条件中，再用潜水艇把天然气水合物拖到大陆架附近的浅水地区，在那里，天然气水合物能够缓慢地分解，释放出天然气和水。 近期有人提出用CO2置换开采，用压力将相平衡压力较低，更容易形成水合物的CO2通入天然气水合物储层，通过形成二氧化碳水合物的放出的热量来分解天然气水合物。[11] 也有人提出直接在井底放一个高温催化炉，把甲烷催化成一氧化碳和氢气，利用放出的热量来分解水合物，该方案的化学反应方程式为 CH4 0.5O2 →CO 2H2 不过，所有的回收方案都必须遵守热力学第一定律。这是因为，人们发现已分解的气体和水的分子比晶体中的气体和水的分子具有更多的能量（包括具有更多平动，转动和振动自由能）。而实际上又必须满足热力学第一定律这意味着，因此能量必然从周围流进了分离的水合物系统中。通过计算，运用能量平衡条件，在假设无能量损失的情况下，从水合物气体中获得的能量是分解水合物能量的15.5倍。 3 典型的开采方法比较 3.1典型的开采主要优缺点 各种开采方法都有自己的优缺点，到现在为止还没有一种能够真正投入生产的方法，现把典型开采方法的优缺点进行比较，见表1。 表1典型的开采主要优缺点 开采方法 优 点 缺 点 1 注热水 方案简单，可实行循环注热，循环利用 在发生分离之前必须输入显热，同时又需要把热量输出到非水合岩中。二次加热中有10到75的热损失掉了。 2 电磁加热 作用速度快，可控 设备较复杂，需要大量电能 3 微波加热 作用速度快，操作简单，可通过波导传输 需要大量电能，而且缺乏大功率磁控管 4 减压 成本底，不需要连续激发 作用缓慢，效率低，并且需要较高的储层温度 5 化学试剂 降低了初期能源输入、方案简单，易实现 费用昂贵，作用缓慢，腐蚀设备，且在水合物中很难扩散，不宜在开采海底水合物时使用 3.2 永久冻土和海岸水合物回收的经济性 由于天然气水矿藏的地质条件的研究不多及开采方法的可行性较差，对天然气水合物开采的经济性研究比较少。1992年，美国全国石油委员会（The National Petroleum Council）发表了一个评估报告，数据主要来自MacDonald（1990）对热激发和降压法的经济性研究，这些研究主要是针对北阿拉斯加和加利福利亚海岸的天然气水合物，其经济性比较见表2。[12] 表2 天然气水合物开采方法经济性比较 热激发* 降 压 常规天然气生产 投 资 5,084 3,320 3,150 年 投 入 3,200 2,510 2,000 产气量（MMcf/年）** 900 1,100 1,100 生产成本/Mcf 3.60 2.28 1.82 收支平衡 /Mcf 4.50 2.85 2.25 *假设每天注入温度为433K的热水30000立方米