海洋沉積物中天然氣水合物開采實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、天然氣水合物是一種潛在的能源資源。只有將這種具有巨大資源潛能的能源開采出來,才可以解決能源緊缺的問題。因此目前各國研究者根據(jù)水合物亞穩(wěn)定特性和水合物分布模式,提出了四種開采技術(shù),普遍認(rèn)為降壓法和熱激發(fā)法是可行的開采技術(shù)。由于海洋天然氣水合物存在環(huán)境復(fù)雜,鉆探技術(shù)要求高,耗資巨大,因此需要謹(jǐn)慎對(duì)待試開采。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)天然氣水合物降壓和熱激發(fā)兩種開采技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,探討各種開采技術(shù)的適用條件、技術(shù)參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn),為天然氣水合物的實(shí)際開發(fā)利用

2、提供參考,無疑是最經(jīng)濟(jì)、有效的途徑。
　　 利用自行研發(fā)的天然氣水合物開采實(shí)驗(yàn)裝置,在兩種沉積物體系中:0.18-0.35mm天然砂+0.03％的十二烷基硫酸鈉(SDS)水溶液+高純甲烷,南海沉積物樣品+0.03％SDS溶液+高純甲烷,在模擬真實(shí)海底溫度、壓力條件下,進(jìn)行水合物生成及采用降壓法、電加熱法、注熱水法開采實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中首次將TDR技術(shù)應(yīng)用到水合物開采實(shí)驗(yàn)研究中,實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水合物飽和度在水合物生成和分解過程中的變化,

3、對(duì)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的掌握和化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算提供了重要依據(jù)。
　　 通過各種條件的試驗(yàn),確定了實(shí)驗(yàn)方案,詳細(xì)地分析了每輪次水合物生成和分解的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果,得到了一些新的結(jié)論和認(rèn)識(shí)。在一定粒徑的石英砂中生成水合物,得出了水合物在沉積物中的生成順序:垂直方向上從沉積物上層至中下層逐步生成,水平方向上由沉積物外側(cè)向內(nèi)部逐漸生成。建立了基于水合物飽和度參數(shù)的水合物生成速率公式:dSH/dt=kfsSn*H,可以求得某條件下水合物生成時(shí)反應(yīng)速率

4、常數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)。
　　 觀察到降壓法開采水合物的分解規(guī)律,分解過程可分為快速分解、緩慢分解和分解結(jié)束三個(gè)階段;水合物在沉積物中的分解順序?yàn)橛缮现料隆⒂赏饧袄?。研究了影響降壓開采水合物的因素及規(guī)律,降壓幅度對(duì)水合物分解過程起主導(dǎo)作用;環(huán)境溫度對(duì)分解速率的影響主要體現(xiàn)在沉積物體系壓力降至設(shè)置的分解壓力后;初始飽和度對(duì)水合物分解速率有很大影響,并不是飽和度越小水合物分解速率越快,因?yàn)椴煌衔镲柡投确秶?影響水合物分解的主導(dǎo)因素各不相

5、同。建立了水合物分解速率方程:-dSH/dt=kdsSn*H,并得出了不同分解條件下的分解速率常數(shù)和分解反應(yīng)級(jí)數(shù),水合物降壓分解實(shí)驗(yàn)反應(yīng)級(jí)數(shù)通常為1或0。建立了降壓法開采水合物分解速率常數(shù)與影響分解速率各因素之間(降壓幅度、環(huán)境溫度、水合物初始飽和度)的關(guān)系。
　　 得出了電加熱法開采水合物分解規(guī)律,分為:加熱棒升溫、初始分解,沉積物體系升溫和水合物大量分解三個(gè)階段。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰啃屎蜔嵝实挠?jì)算表明,采用電加熱法分解水合物,

6、升溫過程緩慢,水合物分解時(shí)間長,能量利用率較低,成本較高。得到了注熱水法逐層開采水合物的分解規(guī)律和不同影響因素對(duì)注水開采速率的影響。實(shí)驗(yàn)過程中通過從下到上依次改變出氣(水)閥門,實(shí)現(xiàn)了水合物從底層、中層至上層逐層分解。在水合物飽和度相同條件下,升高注水溫度,加快分解速度;注入熱水流速越大,分解越快。注水速度對(duì)水合物分解速率起主導(dǎo)作用。對(duì)注熱水開采水合物進(jìn)行能量分析,注水速度越大能量效率η和熱效率δ越高。
　　 在南海沉積物樣品中