[發明專利]一種模擬海底可燃冰生成和開采的實驗裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201410230298.5
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN103980970B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 蔣宇靜;公彬;王剛;黃娜
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;C10L3/10;E21B43/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及可燃冰開發領域，用于模擬海底可燃冰，特別是滲漏型水合物的生成和開采過程。本發明不僅可以實現常規的水合物合成和分解實驗，同時可以實現大尺寸模擬海底水合物，特別是滲漏型水合物的生成和開采過程，還可以使用高速CCD相機記錄合成及開采過程中的現象。

背景技術

天然氣水合物又稱可燃冰，是一種天然的無污染的綠色能源。其熱值極高，在同等條件下，完全燃燒放出的熱量可達到煤氣的數十倍。現已勘查探明的天然氣水合物中的含碳量相當于已探明現有化石能源（石油、天然氣和煤）含碳量總和的2倍，大多儲藏在近海大陸架的沉積層，少量儲存在高原凍土區，可滿足人類未來1000年的能源需求。因此，被認為是具有替代石油、煤和天然氣等傳統能源巨大潛力的新型能源。

在我國，煤炭是主體能源，在我國一次能源消費結構中煤炭占約70%。大量煤炭的燃燒是引起近年來中國空氣質量下降的主要原因之一。今年（2014年）春節全國遭遇了大范圍霧霾天，治理霧霾必須要降低化石能源消費、減少大氣污染物排放、提倡和發展清潔能源。這就要求從根本上變革中國現有能源結構，完成以清潔能源為主的綠色變革。正是在此背景下，人們將目光瞄向太陽能、風能等清潔能源的同時，對“可燃冰”寄與更多希望，期待我國蘊藏豐富的“能源之王”擔當起綠色變革的重任。

在能源稀缺和環境問題更加嚴峻的今天，如果能夠實現天然氣水合物的大規模開采，將對緩解人類當前的能源危機及改善居住環境具有重要的戰略意義。近年來，美、日、德、加拿大、印度、韓國和比利時等多國政府相繼投入了大量人力與財力，對天然氣水合物進行了系統且深入的研究，以期實現天然氣水合物的大規模安全開采。比如，美國總統科學技術顧問委員會(PCAST)1999年建議投資?500萬美元用于研究天然氣水合物的開采利用，2001年增加到?1100萬美元，2003年增加到1200萬美元，并建議制定在未來10年總投資1.5億～2億美元的研發計劃；日本于2001年起啟動了天然氣水合物開發國家計劃（MH21，共計16年）,每年投入約50億日元進行開發研究，并已于2013年實現了試驗性開采。

我國對天然氣水合物的研究起步較晚，但發展迅速。1999年，我國率先在南海北部陸坡西沙海槽開展天然氣水合物調查工作，獲取了天然氣水合物重要的地球物理證據。在“國家中長期(2006-2020年)科技發展規劃”中，列入了水合物開發的重大專項“大型油氣田和煤層氣開發”。在此基礎上，各機構通過?“國家高技術研究發展計劃”（863計劃）、國家973計劃水合物項目等方式的支持，開展了我國在天然氣水合物的資源勘查開發關鍵技術以及天然氣水合物的賦存規模、賦存條件、富集規律、內部構造等方面的基礎研究。中國科學院廣州天然氣水合物研究中心自?2004?年?5月成立以來，開展了卓有成效的工作，于?2007年?5月和2009年分別成功在南海北部神狐海域內和青藏高原凍土帶鉆取了含天然氣水合物的巖芯樣，從而使中國成為世界上較少的在海洋和陸地上都發現天然氣水合物資源的國家。2012年，“海洋六號”對南海區域的天然氣水合物進行了包括儲量、分布、厚度、開采對環境的影響等10多個項目的詳細調查。探測表明，僅南海北部的天然氣水合物儲量，就已達到我國陸上石油總量的1/2左右，具有很高的開采潛力與資源價值。

然而，由于海底天然氣水合物在海底存在于水深300～4000m?的海底沉積物中，天然氣水合物的開采面臨很多的技術性難題。一般的開采思路是先用降壓或者加熱等各種方法將水合物分解再回收游離的氣體。前蘇聯的麥索亞哈水合物氣藏最早進行了試驗性工業開采。2001年10?月～2002?年3月，在加拿大的Mallik?氣藏通過鉆取一口生產試驗井和兩口觀察井，成功地進行了降壓開采和加熱開采試驗。目前提出的天然氣水合物的開采方法基本上還是概念性的，相關研究尚處于試驗階段。本發明可以有助于我們對天然氣水合物儲層物性作進一步研究，為以后天然氣水合物作商業開采提供技術支持。

發明內容