可燃冰未来的新能源

各位领导专家大家好!“可燃冰”：未来的新能源“Flamingice”:thefuturenewenergy汇告人：xxxxx油田采油院2011年10月28日汇报内容一、未来的能源是什么？二、气水合物发展史三、天然气水合物简介四、水合物形成机理五、天然气水合物的开采方法六、水合物可能的工业应用一、未来的能源是什么？？石油天然气是不可再生能源，随着开采的不断进行，产量达到峰值后将不断下降，因此寻找新能源势在必行。1.1世界油气供给现状和预测世界石油发现量和产量的变化石油发现在20世纪60年代中期就达到了高峰，随后逐年下降，最近几年石油发现量已经低于石油产量。因此预计在近10年石油产量将达到峰值，随后逐年下降。1.2接替能源在哪里？核能？！可再生能源可燃冰-天然气水合物有可能成为未来的新能源天然气水合物—新能源初步认为，地球上27%的陆地和90%的海域均具备天然气水合物生成的条件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。永冻层水合物海洋水合物1.4天然气水合物特点能量密度高，洁净能源埋藏浅，分布广（100多个国家和地区）储量巨大（世界范围内1.5～2.0×1016立方米）天然气水合物特点二、天然气水合物研究历史Davy于1810年首次在伦敦皇家研究院实验室成功地合成了氯气水合物；上世纪30年代，发现输气管道内形成白色冰状固体填积物；上世纪60年代苏联在麦索亚哈气田地层中发现了气水合物藏；美国布莱克海台水合物样品（MacDonald拍摄）ODP204航次美国水合物脊采集的地质样品(Lee,2002)鄂霍次克海，2006截止2002年底，世界上已直接或间接发现水合物共116处，其中海洋107处，陆地9处。在这116处中，直接见到水合物23处（海洋20处、陆地3处），推断水合物93处（海洋87处、陆地6处）。资源情况：海洋沉积层内天然气水合物中甲烷的资源量为3×1015~7.6×1018立方米之间。可满足人类需要1000多年。我国南海北部发现的天然气水合物样品。我国的水合物研究及资源(1)1990年中国科学院开展了合成甲烷水合物实验，取得成功。(2)1998年,中国加入大洋钻探计划。(3)1999年10月,广州海洋地质调查局首次在南海开展天然气水合物前期调查,在3条共130km的地震剖面上识别出BSR。之后,又在南海西沙海槽识别出5242km2的BSR分布区。(4)2007年5月,中国地质调查局在南海神狐海域3个站位钻获天然气水合物实物样品。(5)2008年在青藏高原祁连山南缘永久冻土层的下面，井深是130到396米发现天然气水合物资源。青海省祁连山南缘永久冻土带（估计253亿吨油当量）南海北部（185亿吨油当量）我国的水合物资源南海北部立体地貌图沙海海南岛东沙群岛中沙群岛西沙群岛海口广州香港澳门台湾吕宋岛马尼拉神狐暗沙琼东南神狐调查区东沙群岛调查区西沙调查区已完成4个航次调查多道地震2053km测网密度16×32km浅层剖面1050km多波束2100km地质取样132个站位海底摄像54个站位已完成5个航次调查多道地震15975km目标区三维地震306km2测网密度16×32km重点区1×4km多波束13606km地质站位449个海底摄像117个站位热流测量78个站位钻探5个站位已完成5个航次调查多道地震8588km测网密度16×32km重点区1×4km局部三维浅层剖面7100千米单道27千米多波束14251km地质站位382个海底摄像170个站位热流测量33个站位琼东南调查区已完成3个航次调查多道地震9800km测网密度16×32km多波束1218km地质取样284个站位海底摄像58个站位热流测量20个站位南海北部陆坡区水合物调查程度神狐海域钻探位置5艘船参与调查，截止2007年底，已完成18个航次调查工区、调查项目及完成工作量12341、2、3、4为调查区的先后次序青海省天峻县木里镇祁连山南麓可燃冰钻探现场青藏高原多年冻土分布青藏高原多年冻土面积158.8104km2，约占本区总面积的66％，在平面上的分布基本上与地形的变化和山脉的走向相一致。羌塘高原大片连续多年冻土区是青藏高原多年冻土的主体，面积约60.7104km2，海拔高度在4500－7000米之间。中国天然气水合物资源预测沉积层厚度、饱和度、矿藏分布面积精确估计较为困难中国天然气水合物资源量预测表三、水合物简介天然气水合物在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气组成的类似冰状的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火可燃烧，因而俗称可燃冰。3.1气体水合物的结构水-水：氢键(hydrogenbond)水分子“笼子(cavity)”气体分子：CH4,C2H4,C2H6,C3H8,Ne,Ar,Kr,Xe,N2,H2S,CO2,外观为类冰晶体非化学计量的包合物(clathrate)3.2气体水合物的类型晶体类型水分子数晶穴种类晶穴数晶穴结构I型46小大2651251262II型136小大16851251264H型34小中大32151243566351268人工合成3.3水、冰和天然气水合物热力学性质比较介质密度ρ（kg/m3）导热系数λ(W/m·K)比热C(KJ/kg·K)热扩散系数α(106m2/s)水10000.554.190.13冰9202.32.041.22天然气水合物6000.622.040.513.4水合物储气性质储气能力：160atm钢瓶110kg甲烷/m3水合物＋1m3水合物0.8m3水164Nm3天然气3.5水合物形成机理气体水合物形成的机理，可以看作是包括形成水合物的气体分子与水单体和形成水合物晶格的母体簇团相互作用的三体聚集过程气体分子在水中的溶解、成核和生长三个基本过程1222)()(xxOHMMOHOHcxOHMMOHMOH)()(222ncOHMMOHMOH)()(222气体分子在水中溶解形成稳定的水合物晶核晶体增长过程气体分子在水中的溶解、成核和生长三个基本过程3.5水合物形成机理3.5水合物形成机理3.6水合物平衡生成条件3.7水合物平衡生成条件水合物生成预测图解法基于状态方程的严格计算四、天然气水合物的开采方法1、俄、美、加、日处于开发研究前沿1965年，在俄罗斯西伯利亚多年冻土区麦索雅哈气田首次发现天然气水合物。1969年开始试开采，到1990年最终停产，累计开采51.7亿立方米天然气。美国和日本分别制定了2015年和2016年进行商业开采的时间表。2、中国的起步与差距中国对天然气水合物的研究还处在调查评价前期阶段，开采研究刚刚起步，尚未开展试开采研究。青藏高原多年冻土区水合物资源有可能成为我国最早进行天然气水合物开采地区。四、天然气水合物的开采方法临界线水合物+水水+气TcPc压力温度水合物相态变化示意图升温分解降压分解三种途径促水合物分解（1）降低压力（2）升高温度（3）注化学剂改变相态图四、天然气水合物的开采方法4242()()()CHnHOCHnHO气水水合物4.1降压法通过降低NGH藏的压力使NGH低于相平衡曲线的压力，从而达到促使NGH分解。低压区，水合物分解区水合物层盖层井筒产出气体四、天然气水合物的开采方法4.2热激法四、天然气水合物的开采方法4.3注化学剂法某些化学剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等化学剂可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度。当将上述化学剂从井孔泵入后，就会引起NGH的分解。添加化学剂较加热法作用缓慢，但确有降低初始能源输入的优点。添加化学剂最大的缺点是费用太昂贵。四、天然气水合物的开采方法4.3注化学剂法四、天然气水合物的开采方法CH4水合物CO2水合物CO2置换法开发天然气水合物的原理：1、CH4和CO2水合物的稳定条件不同；2、CO2水合物的反应焓高于CH4水合物的分解热。4.4CO2置换法四、天然气水合物的开采方法四、天然气水合物的开采方法四、天然气水合物的开采方法4.CO2置换过程强化方法研究3.CO2置换动力学实验及模型研究2.水合物存在条件下，CO2和CH4在溶液中溶解度1.CO2+CH4+H2O体系V-H相平衡研究四、天然气水合物的开采方法0.400.500.600.700.802.42.93.43.94.44.9P，MPa气固相CO2摩尔分率Chen-Guo模型Chen-Guo模型VDW模型VDW模型气相实验值水合物相实验值CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与实验值比较（T=273.2K;ZCO2=0.5112;w=0.746）0.650.750.850.952.42.93.43.94.44.9P,MPa气固相CO2摩尔分率Chen-Guo模型Chen-Guo模型VDW模型VDW模型水合物相实验值气相实验值CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与实验值比较（T=275.2K;ZCO2=0.7233;w=0.624）四、天然气水合物的开采方法0.400.500.600.700.80272274276278280T，K气固相中CO2摩尔分率Chen-Guo模型Chen-Guo模型VDW模型VDW模型实验值实验值CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与实验值比较（P=3.50MPa;ZCO2=0.5112;w=0.746）0.250.450.650.854656667686zCO2,mol%气固相中CO2的摩尔分率Chen-Guo模型Chen-Guo模型VDW模型VDW模型气相实验值水合物相实验值CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与实验值比较（P=3.50MPa;T=275.2K）CO2置换CH4水合物中CH4的实验装置图1V-1V-2V-3V-43426789V-51112V-6V-7V-8V-9V-10V-111075PPPP进、出液口取样口CH4水合物CH4气体CO2气体四、天然气水合物的开采方法四、天然气水合物的开采方法0244872961201441681922160.000.020.040.060.080.100.12时间，h气相CH4增加量，mol271.2K,3.25MPa273.2K,3.25MPa276.0K,3.25MPaCalculationresultsCH4水合物分解量随时间变化0244872961201441681922160.000.040.080.120.16时间，h气相CO2减少量，mol271.2K,3.25MPa273.2K,3.25MPa276.0K,3.25MPaCalculationresultsCO2水合物生成量随时间变化CO2CH4CO2置换CH4水合物中CH4的反应示意图置换动力学模型的建立CO2水合物的生成动力学模型的建立AktnFormH,COdd2推动力四、天然气水合物的开采方法CH4水合物分解动力学模型的建立在置换过程中，有一部分CH4分子由于氢键的记忆效应和维持水合物稳定性的需要，重新占据了水合物晶格孔穴的小孔中。本文建立CH4水合物分解动力学模型时考虑到这一现象，将模型分为CH4水合物中大小孔的分解和部分CH4分子重新占据小孔两部分。)(ddG,CHH,CHDecH,CH444ffAktn24COL,CH,S62H,COG,COFormCOL,CH,SG,CHH,CHDecH,CH22244443)(ddffAKffAktn四、天然气水合物的开采方法CH4水合物分解动力学模型的建立tntnddddG,CHH,CH44H,COG,COFormCOL,CH,SG,CHH,CHDecG,CH22244443)(ddffAKffAktn模型中相关参数和变量的计算方法G,CH4fG,CO2f气相中各组分的分逸度和PT状态方程[67]水合物相中各组分的逸度H,CH4fH,CO2f和Chen-Guo