浅谈天然气水合物开采技术

邱新桐

摘要：随着天然气水合物基础研究的不断深入 ，天然气水合物开采研究空前活跃 。在技術方法方面 ，传统的热激发开采法、减压开采法与化学抑制剂注入开采法获得了不断的发展与改进；新型开采技术如CO2置换法与固体开采法引起了学者们的极大关注；最近我国还研 制出适合于海洋天然气水合物开采的水力提升法。

关键词：天然气水合物；开采技术

天然气水合物具有巨大的资源潜能，但只有解决了其开采问题，天然气水合物才能成为一种真正的能源。近10年来，对天然气水合物研究起步较早的一些国家，明显加速了天然气水合物开采研究的步伐，在开采技术、开采工艺、开采面临的环境问题等方面做了大量工作， 并在冻土区进行了天然气水合物开采试验。我国近年来也已介入天然气水合物开采研究领域，但总体上，国内天然气水合物开采研究才刚刚开始，尚没有进行试采研究。

1.开采方法的改进与发展

天然气水合物是一种由天然气和水组成的亚稳定态矿物， 存在于特定的温压条件下。一旦赋存条件发生变化，天然气水合物藏的相平衡就会被破坏，引起天然气水合物分解。传统的天然气水合物开采技术就是根据天然气水合物的这种性质而设计的，主要包括热激发开采法、减压开采法与化学试剂注入开采法[1]。随着天然气水合物基础研究的不断深入，近些年又涌现出一些新的开采技术 ，如CO2置换法与固体开采法等[2]。

1.1 传统开采方法的改进与技术缺陷

（1） 热激发开采法

热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热 ， 使天然气水合物层的温度超过其平衡温度， 从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程[3]。热激发开采法可实现循环注热， 且作用方式较快。加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，因此该方法尚有待进一步完善。

（2）减压开采法

减压开采法是一种通过降低压力促使天然气水合物分解的开采方法。减压途径主要有两种：①采用低密度泥浆钻井达到减压目的；②当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体，通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力[4]。减压开采法不需要连续激发 ，成本较低，适合大面积开采，尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采 ，是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。但它对天然气水合物藏的性质有。

1.2 开采新思路的涌现与发展

随着天然气水合物开采研究的深入，近10年来涌现出一些新的天然气水合物开采思路。

CO2置换开采法是近期比较热门的研究对象。这种方法首先由日本研究者提出，方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下，天然气水合物保持稳定需要的压力比CO2水合物更高。因此在某一特定的压力范围内，天然气水合物会分解 ，而CO2水合物则易于形成并保持稳定 。如果此时向天然气水合物藏内注入CO2气体，CO2气体就可能与天然气水合物分解出的水生成 CO2水合物。这种作用释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。CO2置换开采法已引起了广泛关注 。美国能源部目前正资助一项“CO2置换开采法”研究项目。该项目已于 2006 年 4 月启动， 预计到2008年6月完成。目标是研制一种二氧化碳与水的乳化装置，从而制造出具有暂时稳定性的二氧化碳-水微乳化溶液。通过向天然气水合物藏中注入这种微乳化溶液，置换出天然气水合物中的甲烷气体。

另一种开采新思路是固体开采法。固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物， 将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是 ，首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相 ，采集混有气、液 、固体水合物的混合泥浆 ，然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理， 促使天然气水合物彻底分解， 从而获取天然气。

近年来， 我国加强了天然气水合物开采的研究力度，以中国科学院广州能源研究所为代表的一些机构在海洋天然气水合物开采装置、开采技术方面取得了一些创新性成果。在2004 年研制出天然气水合物一维开采实验模拟系统的基础上，广州能源研究所又研制出国内第一套天然气水合物二维开采实验模拟系统。此外，该所还在海洋天然气水合物固体开采方面获得了几项技术专利，提出了海洋天然气水合物开采的水力提升法[27]。水力提升法是利用海底集矿系统对天然气水合物进行原地粉碎，采集含有固、液 、气三相的混合物质，由水力提升系统上传到海面作业船上的天然气水合物分解系统，再导入海面高温海水对天然气水合物进行分解。在上述天然气水合物开采方法中，热激发开采法与减压开采法投入的研究较多，也较为成熟；CO2置换开采法正处于积极的研究之中；随着开采装置的改进， 固体开采法也获得了进一步发展。尽管如此，天然气水合物开采目前还只是具有技术可行性，现阶段天然气水合物开采面临的最大挑战是如何解决经济可行性问题。

参考文献：

[1]胡奥林.天然气水合物资源勘探开发现状[J].石油与天然气化工， 1995， 4（2）：101-106.

[2]M ax M D .大洋甲烷水合物是一种“未勘探”的天然气资源[J].韩乃明， 译.海洋地质译丛， 1996，（4）：48-56.

[3]史斗， 郑军卫.世界天然气水合物研究开发现状和前景[J].地球科学进展，1999，14（4）：330-339.

[4]唐良广， 冯自平， 李小森， 等.海洋渗漏型天然气水合物开采的新模式[J].能源工程， 2006，（1）：15-18.