近年來,海洋可燃冰的開發(fā)利用已經(jīng)成為國際能源研究領(lǐng)域的重要新興課題.本文介紹了一種利用海洋可燃冰系統(tǒng)的低碳排放的開采,并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性論證和開采策略的數(shù)值分析工作.以日本南部海域海槽和中國神狐海域的開采情景為例,著重針對(duì)近年中日兩國的開采活動(dòng)及其開采策略進(jìn)行了分析.研究表明:單一的降壓開采和注熱開采會(huì)遇到復(fù)雜的井口效應(yīng)和能效問題,策略性組合設(shè)計(jì)能夠獲得較好的開采效率.研究確證了地層熱管理和注熱水、地層熱流對(duì)可燃冰儲(chǔ)層分解過程的影響.總結(jié)了當(dāng)前海洋可燃冰開采方式的利弊,提出了低碳排放的開采方法,以期為未來進(jìn)一步的海洋可燃冰試采工作和規(guī)�；锰峁┯幸娴膮⒖�. 

【文章來源】：科學(xué)通報(bào). 2018,63(31)北大核心EICSCD

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(網(wǎng)絡(luò)版彩色)可燃冰穩(wěn)定特性曲線與代表性開采方法

3243論文圖2(網(wǎng)絡(luò)版彩色)可燃冰低碳開采和發(fā)電利用系統(tǒng)示意圖Figure2(Coloronline)Schematicoflow-carbonemissionextractionandpowergenerationsystem入熱流體的同時(shí)實(shí)現(xiàn)二氧化碳的注入和地下封存;(4)整體而言,浮游移動(dòng)式平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)既充分采掘利用了海底可燃冰直接向陸地客戶提供電力,同時(shí)又實(shí)現(xiàn)碳封存,從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的高效可燃冰利用.1.2系統(tǒng)發(fā)電和碳回收系統(tǒng)為了分析系統(tǒng)的整體能量流動(dòng)和物質(zhì)平衡,針對(duì)浮游式可燃冰利用系統(tǒng)進(jìn)行了整體流程和效率分析.如圖3所示,該系統(tǒng)主要包括發(fā)電系統(tǒng)和碳回收系統(tǒng),其中的電力主要輸送給陸地上用戶和部分分離回收系統(tǒng)使用.發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的部分余熱也被碳回收系統(tǒng)和加熱海水所利用.該系統(tǒng)發(fā)電利用部分和碳回收流程的物質(zhì)和能量流動(dòng)的細(xì)節(jié)具體如圖3所示.發(fā)電過程采用了成熟的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電.其尾氣中的CO2通過多級(jí)吸收塔吸收分離,并經(jīng)過進(jìn)一步加壓之后再次注入地層.在熱量利用方面,一部分的發(fā)電余熱被用來供給CO2回收分離,另一部分被用于加熱海水從而再次注入儲(chǔ)層.系統(tǒng)在發(fā)電系統(tǒng)、水流和吸收液系統(tǒng)都設(shè)計(jì)了熱交換器,充分考慮了余熱的利用和整體的能量平衡,從而實(shí)現(xiàn)整體的經(jīng)濟(jì)性和效率提升.1.3經(jīng)濟(jì)性分析本研究所設(shè)計(jì)的發(fā)電利用和二氧化碳回收系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析的參數(shù)如表1所示.在一般性的發(fā)電和二氧化碳吸收式回收條件下,通過HYSYS(V8.4)模擬軟件計(jì)算獲得了系統(tǒng)整體可燃冰發(fā)電系統(tǒng)效率[6].結(jié)合發(fā)電效率、單井開采發(fā)電和輸送成本、海洋平臺(tái)成本、人工成本以及生產(chǎn)周期的維護(hù)成本的計(jì)算所獲得的以相對(duì)于井口產(chǎn)氣速率所對(duì)應(yīng)的發(fā)電電價(jià)如表2所示.具體計(jì)算方法和部分參數(shù)參考了Chen等人[12]以及日本可燃冰研究組織的資料(http://www.mh21japan.gr.jp/mh/06-2/#3).

0.38層30.4水合物飽和度Sh0.55層1-0.45層2-0.50層30.45水合物層滲透率kHBL(mD)75100水合物層底部壓力P0(MPa)13.413.8水合物層底部溫度T0(°C)14.914.2上覆層滲透率kOB(mD)075工況1,10工況2下覆層滲透率kUB(mD)1075工況1,10工況2生產(chǎn)井壓力Pwell(MPa)3.03.0分別設(shè)計(jì)了不同初始溫度間隔下的開采情景,即在不同地層初溫和初始滲透率條件下的采氣情景(pini=9.8MPa和12.0MPa條件下,初溫分別各自升高到平衡曲線對(duì)應(yīng)的溫度附近),結(jié)果如圖5所示.結(jié)果表明:(1)當(dāng)壓力一定,溫度升高時(shí),產(chǎn)量和生產(chǎn)速率都能夠得到大幅提升;在接近平衡曲線對(duì)應(yīng)的溫度值附近或者較高溫度條件下的溫度提升所帶來的產(chǎn)氣速率提升更為明顯;(2)儲(chǔ)層壓力提高時(shí)(9.8MPa提升到12.0MPa),同樣溫度范圍內(nèi)的計(jì)算得到的生產(chǎn)速率降低,并且在低溫區(qū)間提升溫度獲得的提升變小;這是因?yàn)閴毫ι邥r(shí),對(duì)應(yīng)的平衡溫度也更高.據(jù)此,在開采過程中的注熱和預(yù)熱過程將促進(jìn)可燃冰的開采速率提升.這一結(jié)果和文獻(xiàn)[19~21]中的趨勢(shì)基本一致.2.2.2日本南部海域海槽和中國神狐的情景(豎直井模型):產(chǎn)量與參數(shù)分析采用豎直井開采模型計(jì)算了日本南部海域海槽和中國神狐的情景,針對(duì)可燃冰層均一飽和度條件下的計(jì)算結(jié)果如圖6所示.該結(jié)果和日本2013年的采氣過程實(shí)際產(chǎn)量相吻合,發(fā)現(xiàn)日本南部海域海槽模型的滲透率范圍應(yīng)該在50~150~200md組合范圍內(nèi).在該條件下的模型計(jì)算產(chǎn)量和生產(chǎn)速率能夠和實(shí)際生產(chǎn)過程相比擬.同樣地,針對(duì)中國神狐2017年的實(shí)際采氣結(jié)果,神狐豎直井模型的滲透率在150md的水平.針對(duì)在前人研究[7,11,17]中,實(shí)際的開采巖樣測(cè)試所獲得的滲透率受到環(huán)境條件和測(cè)試過程本身的影響,其結(jié)果在0.1~


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