可燃冰ppt课件.ppt
1,可燃冰,朱艳峰 贺禹 赖一铭 蒋雪峰,新能源技术及应用,第一组,2,1.可燃冰简介2.可燃冰开采技术3.可燃冰开采案例4.可燃冰开发中存在的问题5.人工合成可燃冰,目录,3,Research Backgrounds,全球能源危机,4,800,8,200,标题数字等都可以通过点击和重新输入进行更改，顶部“开始”面板中可以对字体、字号、颜色、行距等进行修改。,研究背景,能源危机,环境污染,全球变暖,据2016年最新公布的数据显示，目前全球石油储量为3184亿桶，还能供人类使用48.4年。,图片来源：百度图片,4,什么是可燃冰？,可燃冰本质不是冰，而是天然气水合物，英文名为natural gas hydrate因外形与干冰相似得名。主要成分为甲烷水合物。,干冰，本质为固态的二氧化碳。,图片来源：百度图片,1,Introduction to combustible ice,可燃冰简介,5,可燃冰成分,可燃冰结构,主要成分： 甲烷水合物，化学式为CH4XH2O,因为甲烷分子含量极高，有极强的燃烧能力。,结构复杂，通常为正十二面体，由若干个水分子包裹着一个甲烷分子，所以又被称为笼形包合物。,图片来源：牛振磊.浅谈未来能源可燃冰开采研究现状,天然气水合物分子结构图,1,Introduction to combustible ice,可燃冰简介,6,能量密度极高,据理论计算，1立方米的可燃冰可以释放出164立方米的甲烷气体和0.8立方米的水。,储量高,全世界海底可燃冰的中储存的甲烷总量为1.8亿亿立方米，约合1.1万亿吨，如果能被利用，够人类使用1000年。,燃烧无污染,甲烷的燃烧产物为水和二氧化碳，清洁无污染,可燃冰开采价值,埋藏浅,与常规石油和天然气相比，可燃冰埋藏较浅，有利于商业开发。,可燃冰开采价值,图片来源：知网图片,1,Introduction to combustible ice,可燃冰简介,7,可燃冰的形成条件,适宜的温度范围,一般要求温度低于0 10。,高压,形成压力一般要高于10MPa,丰富的天然气和适量的水,可燃冰的三个条件决定了可燃冰分布的地理位置，也导致了开采的困难。如果不能满足低温高压的条件，可燃冰就会分解。,1,Introduction to combustible ice,可燃冰简介,8,可燃冰在全球分布,可燃冰主要分布在全世界的边缘海、深海槽区和大洋盆地中，约占海洋面积的10%，此外还有高原冻土带。,可燃冰分类,根据可燃冰的分布位置，可以将可燃冰分为陆上可燃冰气藏与海洋可燃冰气藏两大类。,图片来源：李代广.神秘的可燃冰M,1,Introduction to combustible ice,可燃冰简介,9,在中国的分布,图片来源：百度图片,1,Introduction to combustible ice,可燃冰简介,我国的可燃冰资源主要分布在东海、南海海域、青藏高原以及东北冻土带。据估算，我国可燃冰总资源量约为84万亿m3，其中东海、南海海域分别约为3. 4万亿m3和65万亿m3，陆地上青藏高原、东北冻土带分别为12. 5万亿m3和2. 8万亿m3,我国东海和台湾省海域也存在大量可燃冰。经专家证实中国台湾省西南海域蕴藏着极为丰富的可燃冰。据估算，我国陆域远景资源量至少有350亿吨油当量，南海的可燃冰储量大约为680亿吨油当量。,10,英国科学家戴维首次合成氯气水合物，人类开始认识到水合物这种物质。,罗斯提出了天然气水合物形成的相理论。,1810,美国工程师首次在堵塞的天然气管道中发现天然气水合物。,前苏联发现第一个可燃冰气藏麦索雅哈天然气水合物田。,中国在南海北部神狐海域试采可燃冰取得成功。,图片来源：百度图片,1884,1930,1960,2017,2013,日本尝试进行海域天然气开采失败。,1,Introduction to combustible ice,可燃冰简介,可燃冰的发展过程,11,论文就是用来进行科学研究和描述科研成果的文章,方案设计,中国可燃冰发展概况,1,Introduction to combustible ice,可燃冰简介,12,“可燃冰”相平衡条件,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,实验室测得的“可燃冰”稳定存在区域,“可燃冰”是在一定低温和高压的条件下存在的。,通过改变温度或者压力数值，使表示可燃冰的点越过分界线。平衡打破后，“可燃冰”可分解为可自由流动的气体和水,13,“可燃冰”相平衡条件,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,改变压力P,平衡打破,平衡点下移,改变温度T,平衡点右移,改变性质,平衡线左移,14,天然气水合物形成的相理论,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,热激发法,降压法,化学试剂法,组合法,置换法,15,热激发法,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,改变温度使得储层状态向右移动，当移过平衡曲线时，水合物即刻开始了分解,热激发法相平衡移动,16,热激发法,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,热流体从地面泵入水合物地层，进行电磁加热和微波加热，促使温度上升。高于地层温度的外界物质的注入，使储层温度上升到水合物分解的温度，并持续提供热量来维持水合物的分解,17,热激发法,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,a.热水注入阶段b.可燃冰分解阶段c.开采阶段,补充由于地下水合物分解而引起的地层亏空，维持地层平衡,可使热量直接注入相应的位置对其加热，人为可控因素比较大,除去固态水合物层上的水膜，并对天然气水合物前缘进行加压制造裂缝，使裂缝成为热水继续推进的通道,可根据水合物气层特点调整注入的热水组分,18,热激发法,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,适用于水合物层比较密集的水合物藏,1.大部分热量在提供过程中损失，效率很低。在永久冻土区，即使利用绝热管道，永冻层也会降低传递给储集层的有效热量。2.甲烷蒸汽不好收集3.只能进行局部加热,19,化学试剂法,化学试剂法可燃冰相平衡移动,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,不改变储层状态，而是改变平衡曲线使得储层状态点越过平衡曲线使水合物开始分解,常用抑制剂有甲醇、乙二醇、氯化钙等,20,化学试剂法,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,化学试剂法开采原理图,抑制剂注入打破了井周围的水合物的稳定平衡条件，在与抑制剂接触面上的水合物开始分解。此时在井筒水合物层和围岩存在温度场差，热从围岩流向水合物层。热量的流动促进进一步分解,21,化学试剂法,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,化学试剂法开采原理图,能源消耗低,1.热作用效果非常缓慢2.费用高昂。因此一般只在出现堵塞时用于解堵,22,降压法,降压法可燃冰相平衡移动,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,改变压力使得储层状态向下移动，当移过平衡曲线时，水合物即刻开始了分解,23,降压法,降压法开采原理图,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,1.开采出在天然气水合物层之下的游离气2.热激化或化学试剂作用人为形成一个天然气“囊”，使与天然气接触的天然气水合物变得不稳定,降低储层压力或从而分解为天然气和水,24,降压法,降压法开采原理图,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,最大的优点是不需要连续激发，且生产成本低,1.大面积开采时自身能量不能满足压降的需要,2.对可燃冰矿藏性质有要求，适合于水合物层下部有天然气层时,3.降压引起储层温度降低，因而在水合物储层接近0及在 0以下时不能采用，否则会使水结冰或二次形成水合物堵塞储层,25,TECHNOLOGY OF COMBUSTIBLE ICE EXPLOITATION,置换法,有的科学家主张将CO2液化注入可燃冰层，二氧化碳比甲烷更容易形成水合物，因此可能置换出甲烷气体,优点：实现可燃冰开采和二氧化碳处理,CO2置换法原理图,2,Exploitation of Combustible Ice,可燃冰开采技术,26,可燃冰开采案例,3,Case of combustible ice mining,前苏联（俄罗斯）最早成功开采可燃冰的国家,早在上世界30年代，前苏联科学家就开始研究可燃冰的结构和形成条件。1934年，前苏联在被堵塞的天然气输气管道里发现了天然气水合物。由于水合物的形成，输气管道被堵塞。这一发现引起前苏联人对天然气水合物的重视。1970年，前苏联开始对该天然气水合物矿床进行商业开采。此时的苏联。只是停留在矿床的开产和天然气水合物发现，真正涉及到天然气水合物提取生产天然气并未开展。,27,可燃冰开采案例,3,Case of combustible ice mining,日本首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家,2013年3月12日，日本成功地在爱知县渥美半岛以南70公里、水深1000米处海底开采出可燃冰并提取出甲烷，成为世界上首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家。,2013年，日本尝试过开采海底可燃冰并提取了甲烷，但由于海底砂流入开采井，试验仅6天就被迫中断。本次试验持续12天后也因出砂问题中断，未能完成原计划连续三四周稳定生产的目标，12天产气量只有3.5万立方米。,28,可燃冰开采案例,3,Case of combustible ice mining,美国,美国管辖区域也存在着大量的可燃冰，据估计美国的天然气水合物资源量在3172万亿19142万亿立方米之间，可以满足美国未来数百年的需要。,早在1971年，美国学者Stoll等人在深海钻探过程中首次发现海洋天然气水合物，“天然气合物”改变被正式提出。至今，美国也一直研究可燃冰开采方案，但是，依然没有成熟的技术，试采成功过，但并不能连续产气。美国将能源战略转向技术较为成熟的页岩气。,29,可燃冰开采案例,3,Case of combustible ice mining,中国海域可燃冰开采历程,30,可燃冰开采案例,3,Case of combustible ice mining,南海海域是我国可燃冰主要的分布区，全国可燃冰资源储蓄量相当于1000亿吨石油，其中有650亿吨在南海。而在神狐海域有11个矿体、资源储蓄量相当于1.5亿吨的石油储量。,2017年5月18日，国土资源部中国地质调查局宣布，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功。,神狐海域“可燃冰时代”大门,31,可燃冰开采案例,3,Case of combustible ice mining,神狐海域开采,2017年6月2日，神狐海域可燃冰已连续产气超过22天，平均日产8350立方米，气压气流稳定，井底状态良好。这标志着我国成为全球第一个实现在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。此次试采成功，也实现了可燃冰开发理论、技术和工程的重大创新。,本次开采试验为后续研究提出了很多课题。下一步重点是研究如何解决本次试验中发现的一些问题，并在之后35年内开展第二次试采，进一步为商业化开采做好技术铺垫。,32,可燃冰开采案例,3,Case of combustible ice mining,中国冻土区域可燃冰开采海域成功，陆域还远吗？,在2009年9月25日，中国首次在陆域青藏高原发现可燃冰，使中国成为继加拿大、美国后，在陆域通过国家计划钻探发现可燃冰的第三个国家。最大瓶颈：陆域上的可燃冰极大部分在冻土带，是对温度和压力异常敏感的固体，开采十分不易。可燃冰开采不仅仅在海域有突破，陆地可燃冰的勘查也在技术准备之中，目前针对青藏高原和东北冻土区的可燃冰技术研究，都为资源勘查提供了有效技术支撑。,中国可燃冰的商业化任重而道远！,33,可燃冰开采案例,3,Case of combustible ice mining,无论是国内，还是国外，可燃冰的开采技术，都处于初级研发阶段，开采仍停留在基础研究层面，还远未达到大规模开发的阶段；加之可燃冰作为天然气水合物受到扰动时，反应极其敏感。如果水分子形成的晶格结构被破坏，其中包含的甲烷极易逸出。,未来能源距离我们有多远？,34,存在的问题,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,地质灾害,环境问题,技术成本,三大问题,35,环境问题,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,1单位可燃冰分解可产生168单位的甲烷气体，甲烷的温室效应是CO2的24倍,36,环境问题,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,可燃冰迅速释放造成了“死亡地狱”百慕大的形成,37,环境问题,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,泄露在海水中的甲烷会影响海洋生态，造成O2消耗，海水酸化，危急海洋生态平衡。,38,地质灾害,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,可燃冰的开采，会导致海底地质结构稳定性变差，斜坡稳定性降低，容易引发海底滑坡、海底坍塌等地质灾害，甚至引发海啸。,毁坏海底输电或通信电缆和海洋石油钻井平台等设施。,39,技术及成本问题,可燃冰的分布没有规律，矿床地点过于分散，浓度太稀、分布太散会降低开采的价值。不像油气田，厚度可达上百米，面积达几十公里。可燃冰飘忽不定的特性使得开采难度很大，不利于经济开采。,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,40,技术及成本问题,可燃冰主要分布在5003000米水深的海底沉积物中，储存条件复杂、地质状况不稳定，容易发生滑坡，这就增加了搭设钻探井架的难度和成本,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,41,技术及成本问题,海底可燃冰开发需要铺设很长的管道，而管道在冰冷的深海中容易堵塞，由此将产生种种技术和成本问题。,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,42,技术及成本问题,在钻采过程中可能会出现一些风险，如：气渗出、气泄漏和套管坍塌,钻采风险示意图,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,43,技术及成本问题,开采中的问题：加热法需要向可燃冰层注入大量热汽或热水，化学试剂法需添加大量化学试剂，无疑大大提高了开采成本。,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,添加化学试剂法开采,加热法法开采,44,技术及成本问题,CO2 置换法涉及到置换效率问题。,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,CO2置换法开采原理图,45,技术及成本问题,4,Problems in the development and utilization of combustible ice,可燃冰开发利用中存在的问题,VS,200美元/m3折合成天然气约6元/m3,约1元/m3,46,天然气水合物生成条件,参考文献：天然气水合物研究进展,5,Synthetic Combustible Ice,人工合成可燃冰,天然气水合物的生成需要具备3个条件气体中存在液态水或过饱和水蒸汽；足够高的压力；足够低的温度。若气体压力有较大的波动或有晶体存在，则能促进水合物的生成。在高于水合物形成的临界温度时，不管压力多大也不会形成水合物。,47,天然气水合物强化生成,搅拌法,喷雾法,鼓泡法,天然气水合物形成一般发生在气液界面，这是因为界面处的吸附作用使得主体、客体分子在界面处的浓度都非常高，能促进分子簇的生长，而且界面处的成核Gibbs自由能较小。,增大气相与液相的接触面积,5,Synthetic Combustible Ice,人工合成可燃冰,重庆大学制备可燃冰的视频,48,欢迎提问！,Thank you for your attention!,
