可燃冰钻采

2026-09-28 16:59:00

你见过可以燃烧的“冰”吗?这种可以燃烧的“冰”,其实是天然气水合物。它是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质,因其外观像冰,遇火即燃,因此,被称为“可燃冰”,又称“天然气水合物”。天然气水合物是一种晶格物质,由水分子组成,水分子形成一个互连的笼状固态格子,包裹着甲烷分子,1体积天然气水合物释放160体积甲烷。可燃冰分布于深海或陆域永久冻土中,其燃烧后仅生成少量的二氧化你见过可以燃烧的“冰”吗?这种可以燃烧的“冰”,其实是天然气水合物。它是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质,因其外观像冰,遇火即燃,因此,被称为“可燃冰”,又称“天然气水合物”。天然气水合物是一种晶格物质,由水分子组成,水分子形成一个互连的笼状固态格子,包裹着甲烷分子,1体积天然气水合物释放160体积甲烷。可燃冰分布于深海或陆域永久冻土中,其燃烧后仅生成少量的二氧化

2002年日本首次在加拿大麦肯齐永久冻土带成功应用热激发法开采可燃冰。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。

减压开采法是通过降低压力促使天然气水合物分解。减压途径主要有两种:第一种是采用低密度钻井液钻井达到减压目的;第二种是当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时,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。

化学试剂注入开采法通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂,如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等,破坏天然气水合物藏的相平衡条件,促使天然气水合物分解。俄罗斯麦索雅哈气田5口井注入化学抑制剂后平均产量增加了4倍,但化学抑制剂昂贵,商业价值低,还会对环境造成污染。

CO2置换开采法是在特定的压力区间用CO2置换可燃冰储层中的CH4,置换过程释放出的热量维持可燃冰的分解反应,CO2还能保持可燃冰储层的相对稳定。2012年美国与日本联合首次在阿拉斯加北坡Prudhoe湾区现场试验获得成功。

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,这种方法进而演化出矿泥浆开采法。

2013年12月17日,中国海洋地质科技人员在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物样品,并通过钻探获得可观的控制储量。“可燃冰”作为一种新兴的自然资源,据称在中国海域蕴藏量十分巨大,但多年来都是“只闻楼梯响,不见人下来”,此次能采到天然气水合物实物样品,确实让国人振奋。

2017年5月10日,中国在珠海市东南320千米的神狐海域进行首次天然气水合物试采,共连续试开采60天,累计产气超过30万立方米,取得了持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果,创造了产气时长和总量的世界纪录。此次试开采成功是中国首次,也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。“蓝鲸Ⅰ号”开采可燃冰分为三步:第一步,把直径0.3米左右的钻头钻穿水深1266米海底以下203~277米泥层的天然气水合物矿层;第二步,对钻孔附近地层进行改造后,再下入防砂管和电潜泵系统;第三步,利用电潜泵抽水降压,在钻孔附近形成低压区,使可燃冰分解出甲烷气体,并从高压区向低压区汇聚,然后进入采集管道上升到海面。开采原理看起来简单,可是很多技术实施起来难度极大。比如,甲烷气体从高压区向低压区汇聚,可海底淤泥的渗透性差,妨碍甲烷气体的流动,解决这个问题可不容易;再比如,甲烷气体进入上升管道,泥砂这个“不速之客”也会不请自来,跟踪进入,极易造成防砂管和管道堵塞,进而造成试采中断。

尽管世界各国都对可燃冰进行了相关研究和开采,但可燃冰勘探开发理论认识、勘探开发方案及关键技术、安全环保、开采成本等方面仍是可燃冰商业化开发的瓶颈问题。钻完井技术处于探索阶段,勘探开发关键技术、输送技术、储存技术等瓶颈需要攻克,高效、经济的商业化开采方法的突破还有很长一段距离。

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