“蓝鲸1号”可燃冰试采结束并关井 可燃冰的主要成分和开采方法
2017-07-29 来源：未知
中国首次海域可燃冰试采结束并关井 。 图为通道阀门被关闭
“蓝鲸1号”可燃冰试采结束并关井 可燃冰的主要成分和开采方法：举世瞩目的我国首次南海可燃冰试采取得重大突破，7月9日，第一口试采井全面完成预期目标后，正式实施关井作业。自5月10日试气点火以来，该试采井已连续试开采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。那可燃冰的主要成分是什么？有哪些开采方法呢？
然而鲜有人知，可燃冰试采到第三十三天的时候，由于突如其来的台风造访，试采险些戛然而止。“如果我们不是在全球最先进的中集‘蓝鲸1号’平台上，换成其它弱一点的平台，当天凌晨可能可燃冰试采就得宣告结束了。”中石油可燃冰试采项目经理王友华回想起当天的台风还心有余悸。
6月12日凌晨3点，强热带风暴“苗柏”造访我国可燃冰试采海域中集“蓝鲸1号”平台，风力突然增至12级!长117米，宽92.7米，高118米，排水量7万吨的中集“蓝鲸1号”钻井平台，在惊涛骇浪中就像一片叶子。
早晨6点，“苗柏”走了，但平台仍然牢牢钉在工作海域，可燃冰试采一秒也没有停顿。王友华说，这在他近30年海上钻井职业生涯中是没有过的。
除了在12级台风中起了关键作用的DP3动力定位系统外，中集“蓝鲸1号”还身怀许多绝技：最大作业水深3658米，最大钻井深度15240米，电缆拉放长度达120万米，2万多个探测器遍布平台各系统，可智能监测管理各种危险源，是目前全球作业水深、钻井深度最深的半潜式钻井平台。
与传统单钻塔平台相比，中集“蓝鲸1号”配置了高效的液压双钻塔和闭环动力系统，可提升30%作业效率，节省10%的燃料消耗。
中集“蓝鲸1号”托举我国首次可燃冰试采，可谓国之重器初露锋芒。这样的高端海工装备，已成为保障国家战略能源供应和经济持续增长的重要支撑。
近10年来，中国海工制造快速发展，海工装备市场份额已经逐步超越过去的领跑者——新加坡和韩国。目前，中集来福士在深水半潜式钻井平台全球市场份额从零到27%，在建深水平台数量世界第一。
此外，大船重工、中远船务、招商局重工、上海外高桥、振华重工等骨干海工企业，已具备较强的国际竞争力。
但是，中国海工在崭露头角之际，也面临新的挑战。一方面，我国经济新旧动能转换需要海洋工程装备等战略性产业来支撑;另一方面，中国海洋工程装备产业还需爬坡过坎，走出既有库存压力。
在这个关键节点，既要清晰定位其在国家经济中的战略地位，也要在政策上施展组合拳，帮助其去库存、渡难关。相信这样的战略性产业，会成为未来中国制造“走出去”和开展“一带一路”建设的重要载体。
可燃冰的主要成分：
1、可燃冰是什么?
天然气水合物(Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate)是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
天然气水合物甲烷含量占80%～99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。
天然气水合物赋存于水深大于100-250米(两极地区)和大于400-650米(赤道地区)的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内，这里的压力和温度条件能使天然气水合物处于稳定的固态。
目前，30多个国家和地区已经进行“可燃冰”的研究与调查勘探，最近两年开采试验取得较大进展。2017年5月18日，中国首次海域天然气水合物(可燃冰)试采成功。
2、可燃冰概念
天然气水合物是指由主体分子(水)和客体分子(甲烷、乙烷等烃类气体，及氮气、二氧化碳等非烃类气体分子)在低温(-10℃~+28℃)、高压(1~9MPa)条件下，通过范德华力相互作用，形成的结晶状笼形固体络合物其中水分子借助氢键形成结晶网格，网格中的孔穴内充满轻烃、重烃或非烃分子。
水合物具有极强的储载气体能力，一个单位体积的天然气水合物可储载100~200倍于该体积的气体量。
3、可燃冰化学方程式
天然气水合物(Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate)，也称为可燃冰、甲烷水合物、甲烷冰、天然气水合物、“笼形包合物”(Clathrate)，分子式为：CH4·nH2O，现已证实分子式为CH4·8H2O。。
因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”(英译为：Flammable ice)或者“固体瓦斯”和“气冰”。形成天然气水合物有三个基本条件：温度、压力和原材料。
天然气水合物是一种白色固体物质，有极强的燃烧力，主要由水分子和烃类气体分子(主要是甲烷)组成，它是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等)下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物(碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键，构成笼状结构)。
一旦温度升高或压强降低，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。
“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。“冰块”里甲烷占80%～99.9%，可直接点燃。可用mCH4·nH2O来表示，m代表水合物中的气体分子，n为水合指数(也就是水分子数)。
组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物(Methane Hydrate)。
每单位晶胞内有两个十二面体(20 个端点因此有 20 个水分子)和六个十四面体(tetrakaidecahedral)(24 个水分子)的水笼结构。其水合值(hydratation value)20 可由 MAS NMR 来求得。
甲烷气水包合物频谱于 275 K 和 3.1 MPa下记录，显示出每个笼形都反映出峰值，且气态的甲烷也有个别的峰值。
4、可燃冰燃烧化学方程式
CH4·8 H2O+ 2 O2== CO2+ 10 H2O(反应条件为“点燃”)可燃冰分子结构就像一个一个由若干水分子组成的笼子。形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。
可燃冰开采方法：
1、可燃冰传统开采方法
(1) 热激发开采法
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的开采方法。
这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程 。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。
加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，因此该方法尚有待进一步完善。
(2) 减压开采法
减压开采法是一种通过降低压力促使天然 天然气水合物
气水合物分解的开采方法。减压途径主要有两种: ①采用低密度泥浆钻井达到减压目的;②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 。
减压开采法不需要连续激发,成本较低,适合大面积开采,尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采,是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。
但它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求,只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时,减压开采法才具有经济可行性。
(3) 化学试剂注入开采法
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 。
这种方法虽然可降低初期能量输入,但缺陷却很明显,它所需的化学试剂费用昂贵,对天然气水合物层的作用缓慢,而且还会带来一些环境问题,所以,目前对这种方法投入的研究相对较少。
2、可燃冰新型开采方法
(1)CO2 置换开采法
这种方法首先由日本研究者提出 ,方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下,天然气水合物保持稳定需要的压力比CO2 水合物更高 。
因此在某一特定的压力范围内,天然气水合物会分解,而CO2 水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向天然气水合物藏内注入CO2 气体,CO2 气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2 水合物。
这种作用天然气水合物释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。
(2)固体开采法
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。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。
该方法的具体步骤是,首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相,采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆,然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理,促使天然气水合物彻底分解,从而获取天然气。
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