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中文名稱：天然氣水合物 英文名稱：natural gas hydrate;gas hydrate 其他名稱：可燃冰 定義：天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀結(jié)晶物質(zhì). 天然氣水合物（Natural Gas Hydrate,簡稱Gas Hydrate）是分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中,由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì).因其外觀象冰一樣而且遇火即可燃燒,所以又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”. 天然氣水合物 天然氣水合物（Natural Gas Hydrate,簡稱Gas Hydrate）因其外觀象冰一樣而且遇火即可燃燒,所以又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”.它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等）下由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時(shí)組成的類冰的、非化學(xué)計(jì)量的、籠形結(jié)晶化合物（碳的電負(fù)性較大,在高壓下能吸引與之相近的氫原子形成氫鍵,構(gòu)成籠狀結(jié)構(gòu)）.它可用mCH4·nH2O來表示,m代表水合物中的氣體分子,n為水合指數(shù)（也就是水分子數(shù)）.組成天然氣的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成單種或多種天然氣水合物.形成天然氣水合物的主要?dú)怏w為甲烷,對(duì)甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物（Methane Hydrate）. 天然氣水合物在自然界廣泛分布在大陸永久凍土、島嶼的斜坡地帶、活動(dòng)和被動(dòng)大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境.在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,一單位體積的氣水合物分解最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體,因而其是一種重要的潛在未來資源. 天然氣水合物是20世紀(jì)科學(xué)考察中發(fā)現(xiàn)的一種新的礦產(chǎn)資源.它是水和天然氣在高壓和低溫條件下混合時(shí)產(chǎn)生的一種固態(tài)物質(zhì),外貌極像冰雪或固體酒精,點(diǎn)火即可燃燒,有“可燃水”、“氣冰”、“固體瓦斯”之稱,被譽(yù)為21世紀(jì)具有商業(yè)開發(fā)前景的戰(zhàn)略資源,天然氣水合物是一種新型高效能源,其成分與人們平時(shí)所使用的天然氣成分相近,但更為純凈,開采時(shí)只需將固體的“天然氣水合物”升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體. 天然氣水合物使用方便,燃燒值高,清潔無污染.據(jù)了解,全球天然氣水合物的儲(chǔ)量是現(xiàn)有天然氣、石油儲(chǔ)量的兩倍,具有廣闊的開發(fā)前景,美國、日本等國均已經(jīng)在各自海域發(fā)現(xiàn)并開采出天然氣水合物,據(jù)測(cè)算,南海天然氣水合物的資源量為700億噸油當(dāng)量,約相當(dāng)中國目前陸上石油、天然氣資源量總數(shù)的二分之一. 中國首次開采出天然氣水合物(可燃冰)樣品 中國在南海北部成功鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品“可燃冰”,從而 天然氣水合物 成為繼美國、日本、印度之后第4個(gè)通過國家級(jí)研發(fā)計(jì)劃采到水合物實(shí)物樣品的國家. 2007年5月1日凌晨,中國在南海北部的首次采樣成功,證實(shí)了南海北部蘊(yùn)藏豐富的天然氣水合物資源,標(biāo)志著中國天然氣水合物調(diào)查研究水平已步入世界先進(jìn)行列. 可燃冰的學(xué)名為“天然氣水合物”,是天然氣在0℃和30個(gè)大氣壓的作用下結(jié)晶而成的“冰塊”.“冰塊”里甲烷占80%～99.9%,可直接點(diǎn)燃,燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘?jiān)?污染比煤、石油、天然氣都要小得多.1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水.目前,全世界擁有的常規(guī)石油天然氣資源,將在40年或50年后逐漸枯竭.而科學(xué)家估計(jì),海底可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里,占海洋總面積的10%,海底可燃冰的儲(chǔ)量夠人類使用1000年,因而被科學(xué)家譽(yù)為“未來能源”、“21世紀(jì)能源”. 據(jù)悉,迄今為止,全球至少有30多個(gè)國家和地區(qū)在進(jìn)行可燃冰的研究與調(diào)查勘探. 可燃冰主要儲(chǔ)存于海底或寒冷地區(qū)的永久凍土帶,比較難以尋找和勘探.新研制的這套靈敏度極高的儀器,可以實(shí)地即時(shí)測(cè)出海底土壤、巖石中各種超微量甲烷、乙烷、丙烷及氫氣的精確含量,由此判斷出可燃冰資源存在與否和資源量等各種指標(biāo). 傳統(tǒng)開采方法 (1) 熱激發(fā)開采法 熱激發(fā)開采法是直接對(duì)天然氣水合物層進(jìn)行加熱,使天然氣水合物層的溫度超過其平衡溫度,從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣的開采方法.這種方法經(jīng)歷了直接向天然氣水合物層中注入熱流體加熱、火驅(qū)法加熱、井下電磁加熱以及微波加熱等發(fā)展歷程.熱激發(fā)開采法可實(shí)現(xiàn)循環(huán)注熱,且作用方式較快.加熱方式的不斷改進(jìn),促進(jìn)了熱激發(fā)開采法的發(fā)展.但這種方法至今尚未很好地解決熱利用效率較低的問題,而且只能進(jìn)行局部加熱,因此該方法尚有待進(jìn)一步完善. (2) 減壓開采法 減壓開采法是一種通過降低壓力促使天然 天然氣水合物 氣水合物分解的開采方法.減壓途徑主要有兩種： ①采用低密度泥漿鉆井達(dá)到減壓目的；②當(dāng)天然氣水合物層下方存在游離氣或其他流體時(shí),通過泵出天然氣水合物層下方的游離氣或其他流體來降低天然氣水合物層的壓力.減壓開采法不需要連續(xù)激發(fā),成本較低,適合大面積開采,尤其適用于存在下伏游離氣層的天然氣水合物藏的開采,是天然氣水合物傳統(tǒng)開采方法中最有前景的一種技術(shù).但它對(duì)天然氣水合物藏的性質(zhì)有特殊的要求,只有當(dāng)天然氣水合物藏位于溫壓平衡邊界附近時(shí),減壓開采法才具有經(jīng)濟(jì)可行性. (3) 化學(xué)試劑注入開采法 化學(xué)試劑注入開采法通過向天然氣水合物層中注入某些化學(xué)試劑,如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等,破壞天然氣水合物藏的相平衡條件,促使天然氣水合物分解.這種方法雖然可降低初期能量輸入,但缺陷卻很明顯,它所需的化學(xué)試劑費(fèi)用昂貴,對(duì)天然氣水合物層的作用緩慢,而且還會(huì)帶來一些環(huán)境問題,所以,目前對(duì)這種方法投入的研究相對(duì)較少. 新型開采方法 (1)CO2 置換開采法.這種方法首先由日本研究者提出,方法依據(jù)的仍然是天然氣水合物穩(wěn)定帶的壓力條件.在一定的溫度條件下,天然氣水合物保持穩(wěn)定需要的壓力比CO2 水合物更高.因此在某一特定的壓力范圍內(nèi),天然氣水合物會(huì)分解,而CO2 水合物則易于形成并保持穩(wěn)定.如果此時(shí)向天然氣水合物藏內(nèi)注入CO2 氣體,CO2 氣體就可能與天然氣水合物分解出的水生成CO2 水合物.這種作用 天然氣水合物 釋放出的熱量可使天然氣水合物的分解反應(yīng)得以持續(xù)地進(jìn)行下去. (2)固體開采法.固體開采法最初是直接采集海底固態(tài)天然氣水合物,將天然氣水合物拖至淺水區(qū)進(jìn)行控制性分解.這種方法進(jìn)而演化為混合開采法或稱礦泥漿開采法.該方法的具體步驟是,首先促使天然氣水合物在原地分解為氣液混合相,采集混有氣、液、固體水合物的混合泥漿,然后將這種混合泥漿導(dǎo)入海面作業(yè)船或生產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行處理,促使天然氣水合物徹底分解,從而獲取天然氣 . |
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