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天然氣水合物資源開采方法研究(二)
2．3化學(xué)試劑法
某些化學(xué)試劑，諸如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等化學(xué)試劑可以改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物穩(wěn)定溫度。當(dāng)將上述化學(xué)試劑從井孔泵如后，就會引起水合物的分解（如圖5）。
圖5注化學(xué)試劑法開采天然氣水合物示意圖
化學(xué)試劑法較熱激發(fā)法作用緩慢，但確有降低初始能源輸入的優(yōu)點(diǎn)。化學(xué)試劑法最大的缺點(diǎn)是費(fèi)用太昂貴。由于大洋中水合物的壓力較高，因而不宜采用此方法。化學(xué)試劑法曾被在俄羅斯的梅索雅哈氣田使用過，例如：在五口氣井中注射了抑制劑，結(jié)果使氣體的平均產(chǎn)量增加了4倍。在美國阿拉斯加的永凍層水合物中也做過實(shí)驗(yàn)，它在成功的移動相邊界方面顯得有效，獲得明顯的氣體回收。
根據(jù)計(jì)算證實(shí)了水合物的的分解率是抑制劑注射率的函數(shù)，抑制劑降低的相平衡溫度可由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[9]：
（6）
式中M--抑制劑的分子量；
W--抑制劑重量百分比；
K--與抑制劑種類有關(guān)的常數(shù)。
2．4其他方法
不管是熱激發(fā)、減壓或者注入抑制劑，每一種方法都有自身的缺點(diǎn)，為了探索開采的可行性和經(jīng)濟(jì)性，不少學(xué)者又提出了新的方法，例如蘇聯(lián)工作者Trofimuketal（1980）[10]提出在海床中直接撈取水合物，即在深海中使天然氣水合物顆粒化，或?qū)⑻烊粴馑衔镅b入一種可膨脹的軟式氣袋(其內(nèi)部保持天然氣水合物穩(wěn)定所需的溫壓條件)中，再用潛水艇把天然氣水合物拖到大陸架附近的淺水地區(qū)，在那里，天然氣水合物能夠緩慢地分解，釋放出天然氣和水。
近期有人提出用CO2置換開采，用壓力將相平衡壓力較低，更容易形成水合物的CO2通入天然氣水合物儲層，通過形成二氧化碳水合物的放出的熱量來分解天然氣水合物。[11]
也有人提出直接在井底放一個(gè)高溫催化爐，把甲烷催化成一氧化碳和氫氣，利用放出的熱量來分解水合物，該方案的化學(xué)反應(yīng)方程式為：
CH4+0.5O2→CO+2H2
不過，所有的回收方案都必須遵守?zé)崃W(xué)第一定律。這是因?yàn)椋藗儼l(fā)現(xiàn)：已分解的氣體和水的分子比晶體中的氣體和水的分子具有更多的能量（包括具有更多平動，轉(zhuǎn)動和振動自由能）。而實(shí)際上又必須滿足熱力學(xué)第一定律這意味著，因此能量必然從周圍流進(jìn)了分離的水合物系統(tǒng)中。通過計(jì)算，運(yùn)用能量平衡條件，在假設(shè)無能量損失的情況下，從水合物氣體中獲得的能量是分解水合物能量的15.5倍。
3典型的開采方法比較
3.1典型的開采主要優(yōu)缺點(diǎn)
各種開采方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，到現(xiàn)在為止還沒有一種能夠真正投入生產(chǎn)的方法，現(xiàn)把典型開采方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，見表1。
表1典型的開采主要優(yōu)缺點(diǎn)
開采方法
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
1
注熱水
方案簡單，可實(shí)行循環(huán)注熱，循環(huán)利用
在發(fā)生分離之前必須輸入顯熱，同時(shí)又需要把熱量輸出到非水合巖中。二次加熱中有10%到75%的熱損失掉了。
2
電磁加熱
作用速度快，可控
設(shè)備較復(fù)雜，需要大量電能
3
微波加熱
作用速度快，操作簡單，可通過波導(dǎo)傳輸
需要大量電能，而且缺乏大功率磁控管
4
減壓
成本底，不需要連續(xù)激發(fā)
作用緩慢，效率低，并且需要較高的儲層溫度
5
化學(xué)試劑
降低了初期能源輸入、方案簡單，易實(shí)現(xiàn)
費(fèi)用昂貴，作用緩慢，腐蝕設(shè)備，且在水合物中很難擴(kuò)散，不宜在開采海底水合物時(shí)使用
3.2永久凍土和海岸水合物回收的經(jīng)濟(jì)性
由于天然氣水礦藏的地質(zhì)條件的研究不多及開采方法的可行性較差，對天然氣水合物開采的經(jīng)濟(jì)性研究比較少。1992年，美國全國石油委員會（TheNationalPetroleumCouncil）發(fā)表了一個(gè)評估報(bào)告，數(shù)據(jù)主要來自MacDonald（1990）對熱激發(fā)和降壓法的經(jīng)濟(jì)性研究，這些研究主要是針對北阿拉斯加和加利福利亞海岸的天然氣水合物，其經(jīng)濟(jì)性比較見表2。[12]
表2天然氣水合物開采方法經(jīng)濟(jì)性比較
熱激發(fā)*
降壓
常規(guī)天然氣生產(chǎn)
投資
5,084
3,320
3,150
年投入
3,200
2,510
2,000
產(chǎn)氣量（MMcf/年）**
900
1,100
1,100
生產(chǎn)成本$/Mcf
3.60
2.28
1.82
收支平衡($/Mcf)
4.50
2.85
2.25
*假設(shè)每天注入溫度為433K的熱水30000立方米
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