周佳　陸惟　唐婧

摘 要：天然氣水合物是在海底和中高緯度的陸地永久凍土帶廣泛存在的一種資源，因?yàn)槠渚薮蟮馁Y源潛力而逐漸發(fā)展為研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)內(nèi)容。同時(shí)，形成天然氣水合物的過程可以實(shí)現(xiàn)對于純水資源的富集作用，加上不同性質(zhì)的氣體所形成的水合物溫壓情況存在差異，導(dǎo)致對于天然氣水合物資源的利用和開發(fā)研究得到了一定程度的發(fā)展。本文將對天然氣水合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，并借此展開對于水合物開發(fā)現(xiàn)實(shí)意義的研究，發(fā)現(xiàn)資源開發(fā)過程中存在的問題，并提出常用的水合物開發(fā)技術(shù)，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：陸地;天然氣水合物資源;開發(fā)

1 我國陸地天然氣水合物資源開發(fā)現(xiàn)狀

天然氣水合物是一種新型的清潔能源，由于儲量的豐富性展現(xiàn)出極大的發(fā)展?jié)摿Γ呀?jīng)逐步成為全球能源競爭的重要抓手。我國天然氣水合物資源的含量十分豐富，僅僅在南海北部陸坡區(qū)域的水合物遠(yuǎn)景資源量就已經(jīng)達(dá)到了數(shù)百億噸。針對水合物進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，可以有效減緩能源的供需沖突，促進(jìn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，讓能源戰(zhàn)略安全和生態(tài)文明建設(shè)得到全面保障。

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國就提高了對于水合物資源的關(guān)注，經(jīng)過多年的努力，我國在水合物基礎(chǔ)科學(xué)、勘查與試采關(guān)鍵技術(shù)、成藏理論、環(huán)境效應(yīng)及儲層物性等不同領(lǐng)域都得到了一定程度的發(fā)展，加快了我國水合物產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。我國地質(zhì)調(diào)查局早在2002年就開始了對于水合物資源的陸地研究，在凍土層地區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)、地質(zhì)鉆探、地球化學(xué)、試采、地球物理等一系列工作。并于2008年發(fā)現(xiàn)了水合物的實(shí)物樣品，該樣品出自木里地區(qū)的永久凍土帶，同時(shí)，我國在2011年和2016年針對這一區(qū)域展開了試采工作，并搭建了祁連山水合物長期觀測基地。即使這兩次試采的產(chǎn)量不高，但是，其中所采用的直井和水平對接井技術(shù)都為我國開展海域水合物試采貢獻(xiàn)了十分珍貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

總體而言，我國的水合物勘測開發(fā)技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，并且在世界范圍內(nèi)具有較為領(lǐng)先的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了從試采到商業(yè)開發(fā)階段的過渡。為實(shí)現(xiàn)從試驗(yàn)性試采到生產(chǎn)性試采的階段性突破，需要我們積極探索可以突破開采瓶頸的問題，通過科學(xué)的開采技術(shù)和規(guī)范的開采理念，推動(dòng)我國水合物開發(fā)的發(fā)展[1]。

2 陸地天然氣水合物資源的潛力

在世界范圍內(nèi)存在以下永久凍土區(qū)域：俄羅斯歐洲北部、美國阿拉斯加北部斜坡、格陵蘭和南極冰川覆蓋層下部、中國青藏高原以及西伯利亞和遠(yuǎn)東、加拿大馬更些三角洲。上述凍土區(qū)域的總面積可達(dá)全球陸地總面積的27%，其中凍結(jié)層的厚度最高可以達(dá)到2000m左右，多集中于700～1000m。

針對有資料記載的全球陸上天然氣水合物資源實(shí)施統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其資源總量從22萬億方到1110萬億方左右不等，通常包含以下區(qū)域：北極群島、東西伯利亞、青藏高原凍土帶、阿拉斯加北斜坡、麥肯齊河三角洲等。不同地區(qū)之間的區(qū)間值存在較大的差異，由此可見，當(dāng)下的陸地天然氣水合物資源并未得到有效開發(fā)和利用。

我國青藏高原地區(qū)的凍土層分布通常較為廣泛，并且受到氣候條件和地形的多重影響。該凍土層主要在羌塘地區(qū)、定日--崗巴高山區(qū)、金山--祁連山地區(qū)及昌都地區(qū)發(fā)育。其中羌塘地區(qū)的凍土資源廣泛，是該地區(qū)凍土層的構(gòu)成主體。該地區(qū)的凍土層總面積可達(dá)1400000km2，其厚度在10～175m不等，厚度最高的位置可達(dá)700m，年均氣溫約為-4～0℃左右。由于受到維度和海拔高度的限制，導(dǎo)致該地區(qū)的凍土層地溫梯度約為11～33℃/km，至于凍土層下方的沉積層，其地溫梯度約為28～51℃/km。無論是在青藏高原還是在藏北羌塘盆地，都擁有充足的天然氣水合物資源，具有十分廣泛的資源潛力[2]。

3 陸地天然氣水合物開發(fā)技術(shù)

相比于海上工作，在陸地上的工作難度較小，因此，永凍區(qū)的天然氣水合物引起了人們的廣泛關(guān)注。天然氣水合物資源的本質(zhì)是由天然氣體和水構(gòu)成的一種具有亞穩(wěn)定形態(tài)的礦物，在一定的溫壓條件下，天然氣水合物層中的天然氣體、固態(tài)水合物和水都呈現(xiàn)出一種平衡狀態(tài)，由于天然氣水合物的溫壓條件較為穩(wěn)定，使得水合物得以被安全保存。在天然氣開采過程中，可以借助人為的溫壓條件改變破壞天然氣水合物的平衡狀態(tài)，以促進(jìn)天然氣的分解[3]。以下為當(dāng)前階段陸地天然氣水合物的常用開發(fā)技術(shù)：

3.1 熱激發(fā)法

熱激發(fā)開采法是借助熱流體，如蒸汽、熱鹽水、熱水等物質(zhì)滲透進(jìn)地面泵入水合物底層，或者借助重油開采過程中所使用火驅(qū)法和鉆柱加熱器實(shí)施水合物開采。總而言之，該種方法的一個(gè)典型特點(diǎn)就是將溫度提升到水合物分解的溫度，是當(dāng)前階段研究較為廣泛的一種陸上天然氣水合物開采技術(shù)。無論是注入蒸氣、熱鹽水和熱水等流體物質(zhì)，還是井下電磁加熱，亦或是微波加熱，以上技術(shù)都得到了一定程度的發(fā)展，讓熱利用效率得到了切實(shí)提升。在熱開采的過程通常采用局部加熱的方法，可以更好地適用于水合物層較為密集的區(qū)域，也即水合物藏，在該范圍內(nèi)實(shí)施開采，如果存在厚度較高的夾層，就不能使用這種方法實(shí)施水合物開采[4]。

3.2 減壓開采法

借助壓力的降低，將水合物的曲線進(jìn)行轉(zhuǎn)變，以保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)，讓水合物實(shí)現(xiàn)分解。針對水合物資源下面的游離氣體實(shí)施開采，可以有效降低儲層的壓力，不需要采取昂貴的手段進(jìn)行連續(xù)多次的激發(fā)，在眾多現(xiàn)存的水合物開采技術(shù)中具有十分重要的位置，其發(fā)展前景非常光明，有機(jī)會(huì)成為日后進(jìn)行天然氣水合物資源開采的重要手段。然而，使用減壓開采法的形式，對于水合物藏的性質(zhì)提出了一定的要求，例如，需要在水合物藏的下方保持游離氣層的存在，如果其下方不含有游離氣層，就不能運(yùn)用減壓法的手段予以開采。同時(shí)，需要在天然氣水合物藏位于溫壓平衡帶的邊界位置時(shí)，適當(dāng)降低水合物層的分解，將其所需的壓強(qiáng)降到最低。通過減壓法的形式進(jìn)行開采具有一定的經(jīng)濟(jì)性，例如，針對麥索雅哈氣田天然氣水合物藏進(jìn)行開發(fā)時(shí)使用的就是這一手段。

3.3 化學(xué)法

化學(xué)法是借助化學(xué)試劑，如鹽水、丙三醇、乙二醇、甲醇、乙醇等試劑，將其經(jīng)由井口投入水合物儲層泵，以改變天然氣水合物所建立的相平衡條件，讓水合物的穩(wěn)定溫度得到切實(shí)降低，以促進(jìn)水合物的分解。使用化學(xué)試劑法需要有大量的資金投入，并且見效較慢，因此并未在開發(fā)實(shí)踐中得到廣泛運(yùn)用，只是在小范圍內(nèi)進(jìn)行了嘗試。

3.4 二氧化碳置換法

相比于甲烷水合物，CO2具有更加穩(wěn)定的性質(zhì)，因此可以采用CO2置換法進(jìn)行水合物的開發(fā)。將CO2注入到水合物儲層中，將其中的甲烷進(jìn)行置換，并予以開采。采用這種手段，可以有效保障水合物沉積層的完整性，降低由于水合物開采所造成的海洋地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還可以將產(chǎn)生的CO2進(jìn)行封存，有效避免了溫室效應(yīng)[5]。

4 結(jié)束語

盡管我國在天然氣水合物這一領(lǐng)域的研發(fā)起步很晚，但是已經(jīng)取得了良好的成果。隨著研究的逐步推進(jìn)，我國提高了在天然氣水合物資源研發(fā)領(lǐng)域的投入，在全體科研人員的協(xié)同努力下，我國的天然氣開發(fā)技術(shù)必將取得進(jìn)一步的發(fā)展。而在當(dāng)前階段，我國主要采取熱激發(fā)法、化學(xué)法和減壓法和二氧化碳置換法等手段進(jìn)行天然氣水合物資源的開發(fā)，其中整合減壓法和熱激發(fā)法是目前最為經(jīng)濟(jì)的一種開發(fā)手段，至于其他更加經(jīng)濟(jì)高效的手段還需要展開進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]何梟.海洋天然氣水合物和油氣一體化勘探開發(fā)機(jī)理和關(guān)鍵工程技術(shù)國際態(tài)勢分析[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2020， 287（04）：40-51.

[2]吳傳芝，趙克斌，孫長青，等.天然氣水合物基本性質(zhì)與主要研究方向[J].非常規(guī)油氣，2018，05（04）：92-99.

[3]王國榮，鐘林，劉清友，等.基于雙層管雙梯度深海油氣及水合物開發(fā)技術(shù)研究[J].海洋工程裝備與技術(shù)，2019， 06（S1）：225-233.

[4]王淑玲，孫張濤.全球天然氣水合物勘查試采研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].海洋地質(zhì)前沿，2018，34（07）：24-32.

[5]賈童，王鑫炎，商一杰.天然氣水合物開采技術(shù)對比與展望[J].自然科學(xué)，2019，07（05）：398-405.

作者簡介：

周佳（1987- ），漢族，籍貫：四川江油，學(xué)歷：大學(xué)本科，目前職稱：工程師，研究方向：油氣田開發(fā)。