[发明专利]一种CO2开采天然气水合物的实验模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂有效开采天然气水合物的装置，属于天然气水合物开采领域。

背景技术

天然气水合物是由天然气与水在一定条件下(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)生成的一种非化学计量的笼型晶体化合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，当其中甲烷含量超过气体总量的99.9％时可称为甲烷水合物。标准状态下1m³水合物可储存150～180m³天然气。天然气水合物多呈白色或浅灰色外貌类似冰雪、遇火可燃烧，故俗称“可燃冰”。

天然气水合物的形成与分布主要受烃类气体来源和温度、压力条件控制。从目前来看，天然气水合物主要分布在地球上两类地区：一类地区是水深为300m～4000m的海洋，此处的天然气水合物基本是在高压条件下形成的，主要分布于泥质海底，赋存于海底以下0～1500米的松散沉积层中；另一类地区是高纬度地区的永久冻土带及水深100～250米以下的极地陆架海，此处的天然气水合物主要是在低海面时期的低温条件下形成。据保守估算，世界上天然气水合物所含天然气的总资源量约为(1.8～2.1)×1016m³，水合物中碳的总量(约为11×1018g)是地球已知化石燃料(煤、石油和天然气)中碳总量的两倍。天然气水合物分解释放的天然气主要是甲烷，它比常规天然气含有的杂质更少，燃烧后几乎不产生环境污染物质，因而是未来理想的洁净能源。

人为破坏水合物稳定存在的温度、压力条件造成水合物分解，是目前天然气水合物开采的主要思路。现在已提出的天然气水合物开采方法主要有热激发法、减压法和化学试剂法。

热激发法，主要是将蒸汽、热水或其它载热流体泵入天然气水合物储层，或者采用火驱法、电磁加热法等法使储层温度升高，破坏天然气水合物相平衡从而使之分解，达到水合物开采的目的。这种开采方法能提供水合物分解时的热量，但是热效率很低。

降压法，是通过降低水合物储层的压力，使其低于水合物平衡压力从而使之分解，以达到水合物开采的目的。该方法中，水合物分解所需要的热量由地层本身供给，由于地层传热速率很小，水合物分解速率很低。因此，此法开采速度慢，效率低。

化学试剂法，是通过向水合物储层注入盐水、甲醇、乙二醇、丙三醇等化学试剂以改变水合物的相平衡条件，使水合物分解。该法的经济成本较高，还存在环境问题。

过去几百年来，大气中CO₂浓度大幅上升，导致全球温度逐渐上升，地球生态系统受到严重破坏。人们开始尝试通过控制CO₂排放来减缓全球温度上升。控制CO₂排放的一种有效方法就是收集CO₂，将其合成CO₂水合物储存在深海地层，这种处置方法被认为是减少CO₂排向大气的有效手段。人们设想，若将CO₂注入天然气水合物聚集层，既能将其中的CH₄置换出来，又能有效减少CO₂向大气排放。由此，20世纪90年代中期，Ebinuma及Ohgaki等提出了CO₂置换开采天然气水合物的设想。CH₄水合物分解热为54.49kJ/mol，CO₂水合物生成热为57.98kJ/mol。此方法可以由形成CO₂水合物所放出的热量提供CH₄水合物分解所需的热量；可以避免水合物开采时对海底环境造成破坏；而且在得到CH₄的同时还可以将CO₂以水合物的形式存储于海底，减少了温室气体CO₂的排放，具有经济和环境上的双重意义，与传统的水合物开采方法相比具有无法比拟的优势。

目前，水合物的开采基本处于实验模拟研究阶段，关于综合实验模拟CO₂开采天然气水合物的装置还相对较少，不能满足关于CO₂置换开采的研究需求。

发明内容

本发明的目的在于提供提供一种可以综合研究CO₂开采天然气水合物的开采机理、开采过程、影响因素，可对开采方法进行优化和综合评价的实验模拟装置。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：