可燃冰,想要商业开采不容易!

作者: 周家作

来源: 中国科学院武汉岩土力学研究所

发布日期: 2017-06-22 06:53:20

本文介绍了可燃冰的定义、特点及其作为未来战略性替代能源的重要性。文章还详细阐述了可燃冰开采的挑战,包括地层不稳定和气体泄漏的风险,并介绍了中国科学院武汉岩土力学研究所在可燃冰开采技术研究方面取得的成果。

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试采可燃冰获得成果,中共中央、国务院对该次试采发出贺电,此事件标志我国在可燃冰勘查开发的理论和技术上实现了历史性突破。这看似神秘的“可燃冰”是什么东西呢?可燃冰学名“天然气水合物”,是天然气分子与水分子以固态形式相结合的一种化合物,因其外形像冰且能燃烧,故俗称“可燃冰”。

可燃冰是天然气的浓缩体,其燃烧值极高,1立方米可燃冰完全燃烧的热值相当于164立方米天然气燃烧的热值。可燃冰供以燃烧的主要成分是甲烷,燃烧后变成二氧化碳和水,不会造成环境污染,因此是一种清洁能源。可燃冰资源分布广泛且储量巨大,全球约27%的陆地和90%的海底区域具备可燃冰形成的条件,据估计,可燃冰中有机碳含量相当于目前已知煤、石油和天然气总量的两倍。

由于可燃冰具有高效、清洁和量大的特点,因此被世界各国视作未来战略性替代能源,目前对可燃冰资源开发的理论和技术研究正在蓬勃开展。开采过程中可燃冰分解成天然气。既然可燃冰资源有这么广阔的应用前景,那赶紧加大规模开采啊。但是很遗憾,现阶段距离大规模商业开采还有很长一段路要走,主要难题在于开采过程引起地层不稳定以及气体泄漏造成生态灾难的潜在危害。

可燃冰在低温高压的海底或深部陆地冻土区以固体形式存在,但是正常使用需要在常温常压条件下以天然气的形式释放出来,因此可燃冰资源安全开采的核心问题就是如何保证将固体可燃冰安全释放为天然气。大多数情况下可燃冰与地层中的土颗粒是相互混合的,很少出现纯净的完整可燃冰矿藏,当可燃冰分解成天然气时土中孔隙增大而且体积膨胀,这个过程如同蒸馒头时面粉内产生大量气泡导致体积膨胀。

当土中孔隙增大时,地层内部的连接能力减弱甚至发生破裂,将会产生巨大变形甚至触发大规模的海底滑坡,对开采平台、海底管线与光缆等基础设施造成巨大破坏。另外,当地层破裂面整体贯通后,可燃冰分解出的甲烷(天然气的主要成分)通过破裂面泄漏出来并排放到大气中,由于甲烷是一种比二氧化碳更严重的温室气体,因此大规模的泄漏甚至可能会引起全球性的气象灾难。

因此,研究可燃冰在地层中的岩土力学问题,特别是研究可燃冰在地层中赋存的温度和压力条件、可燃冰分解过程中地层的力学稳定性,对可燃冰资源安全开采具有重要的指导意义。

近年来,中国科学院武汉岩土力学研究所韦昌富研究员带领科研团队围绕可燃冰开采中的关键科学与技术问题,开展了含可燃冰土的工程力学方面的研究,取得了一系列研究成果:(1)率先在国内建立了具有自主知识产权的与可燃冰矿藏物理力学特性相关的试验平台,主要包括可燃冰相平衡关系测试仪、可燃冰生成模拟装置、含可燃冰土高压三轴仪、含可燃冰沉积物核磁共振系统等;(2)采用多种室内试验技术模拟不同自然环境下可燃冰矿藏的赋存形式,实现了可燃冰生成和分解过程中孔隙水赋存状态的精细探测,测试了含可燃冰土的强度和变形规律;(3)提出了含可燃冰土强度和变形的理论模型,开发了相关计算机模拟程序,并对可燃冰开采过程进行计算机模拟。

这些成果预期能够为今后可燃冰资源安全开采提供决策依据:对可燃冰在地层中的物理力学性质研究清楚后,就可以知道开采需要加热的温度、降压方式和压力大小、注入何种化学试剂、注入量和注入速率等关键设计参数,为地层变形、破坏、滑坡和气体泄漏等问题提供防治策略;建立起理论模型和计算程序之后,就可以通过计算机模拟开采过程的安全和稳定性,减少现场和室内试验的次数,起到节省经济成本和优化开采技术的作用。

UUID: 4be6ac95-c9dd-4be5-834f-0d7a9cfdc8a5

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/中科院之声公众号-pdf2txt/2017/中科院之声_2017-06-22_可燃冰,想要商业开采不容易!.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0039 元