¿Qué es el hielo inflamable?
Los hidratos de gas natural (para abreviar, hidratos de gas) se distribuyen en sedimentos de aguas profundas o en permafrost terrestre cristalino similar al hielo. El material está formado por gas natural y agua a alta presión y baja temperatura. Debido a que parece hielo y puede arder cuando se expone al fuego, también se le llama "hielo inflamable" o "gas sólido" o "hielo de aire".
El hidrato de gas natural (abreviado como Hidrato de Gas) también se llama “hielo inflamable” o “gas sólido” o “hielo gaseoso” porque parece hielo y puede arder cuando se expone al fuego. Es un compuesto cristalino en forma de jaula, no estequiométrico, similar al hielo, que se forma mezclando agua y gas natural en determinadas condiciones (temperatura, presión, saturación de gas, salinidad del agua, valor de PH, etc. adecuadas). ) a presión media, alta y baja temperatura (el carbono tiene una gran electronegatividad y puede atraer átomos de hidrógeno cercanos para formar enlaces de hidrógeno para formar una estructura de jaula bajo alta presión). Puede representarse como mCH4 nH2O, donde m representa las moléculas de gas en el hidrato y n representa el índice de hidratación (es decir, el número de moléculas de agua). Los componentes que componen el gas natural, como los equivalentes CH4, C2H6, C3H8 y C4H10, así como CO2, N2 y H2S, pueden formar hidratos de gas natural únicos o múltiples. El principal gas que forma los hidratos de gas natural es el metano. Los hidratos de gas natural con un contenido molecular de metano superior al 99% suelen denominarse hidratos de metano.
Los hidratos de gas están ampliamente distribuidos en el permafrost continental, laderas de islas, elevaciones de márgenes continentales activos y pasivos, plataformas continentales polares y ambientes de aguas profundas en océanos y algunos lagos interiores. En condiciones estándar, la descomposición de una unidad de volumen de hidrato de gas natural puede producir hasta 164 unidades de gas metano, lo que lo convierte en un importante recurso potencial en el futuro.
El hidrato de gas natural es un nuevo recurso mineral descubierto durante investigaciones científicas en el siglo XX. Es una sustancia sólida que se produce mezclando agua y gas natural a alta presión y baja temperatura. Se parece mucho al hielo, la nieve o el alcohol sólido y arde cuando se enciende. Conocido como "agua combustible", "hielo gaseoso" y "gas sólido", se le conoce como un recurso estratégico con perspectivas de desarrollo comercial en el siglo XXI. El hidrato de gas natural es una fuente de energía nueva y altamente eficiente, su composición es similar al gas natural comúnmente utilizado por las personas, pero es más puro y más fácil de extraer.
El hidrato de gas natural es fácil de utilizar, tiene un alto valor de combustión, es limpio y no contamina. Se entiende que las reservas mundiales de hidratos de gas natural son el doble de las reservas existentes de gas natural y petróleo, y tiene amplias perspectivas de desarrollo. Estados Unidos, Japón y otros países han descubierto y explotado hidratos de gas natural en sus respectivas aguas. Se estima que los recursos de hidratos de gas natural en el Mar Meridional de China son 70 mil millones de toneladas de equivalente de petróleo, lo que representa aproximadamente la mitad del total de los recursos terrestres de petróleo y gas natural de China.
Hidrato de gas natural
China extrajo muestras de hidrato de gas natural (hielo combustible) por primera vez.
China perforó con éxito una muestra de "hielo combustible" de hidrato de gas en el norte del Mar de China Meridional, convirtiéndose en el cuarto país después de Estados Unidos, Japón e India en recolectar muestras de hidratos de gas a través del programa nacional de I+D.
En la madrugada del 1 de mayo de 2007, mi país tomó muestras con éxito por primera vez en el norte del Mar de China Meridional, confirmando que el norte del Mar de mi país contiene abundantes recursos de hidratos de gas natural, lo que marca que mi El nivel de investigación e investigación de hidratos de gas natural del país ha entrado en las filas avanzadas del mundo.
El nombre científico del hielo inflamable es "hidrato de gas natural", que es un "cubo de hielo" formado por gas natural que cristaliza a 0°C y 30 atmósferas. El metano representa del 80% al 99,9% de los "cubos de hielo" y puede encenderse directamente. Casi no se producen residuos después de la combustión y la contaminación es mucho menor que la del carbón, el petróleo y el gas natural. 1 metro cúbico de hielo inflamable se puede convertir en 164 metros cúbicos de gas natural y 0,8 metros cúbicos de agua. Los actuales recursos convencionales de petróleo y gas del mundo se agotarán gradualmente en 40 a 50 años. Los científicos estiman que la distribución de hielo inflamable en el fondo marino es de unos 40 millones de kilómetros cuadrados, lo que representa el 10% del área total del océano. Las reservas de hielo combustible en el fondo del mar son suficientes para el uso humano durante 1.000 años, por lo que los científicos lo aclaman como "energía del futuro" y "energía del siglo XXI".
Se informa que hasta el momento, al menos más de 30 países y regiones de todo el mundo están realizando investigaciones, investigaciones y exploración de hielo inflamable.
El hielo combustible se almacena principalmente en el fondo marino o en el permafrost de zonas frías y es difícil de descubrir y explorar. El instrumento altamente sensible recientemente desarrollado puede medir el contenido exacto de varias ultratrazas de metano, etano, propano e hidrógeno en el suelo y las rocas del fondo marino en tiempo real, determinando así la presencia y cantidad de recursos de hielo inflamables y otros indicadores.
Editar esta sección Métodos de minería Minería tradicional (1) Método de minería de estimulación térmica El método de minería de estimulación térmica es un método de calentar directamente la capa de hidrato de gas para hacer que la temperatura de la capa de hidrato de gas exceda su temperatura de equilibrio, con lo que promoción de gas Un método de minería que descompone los hidratos en agua y gas natural. Este método ha experimentado el desarrollo de la inyección directa de fluido caliente en la capa de hidrato de gas natural, el calentamiento impulsado por fuego, el calentamiento electromagnético subterráneo y el calentamiento por microondas. El método de extracción de estimulación térmica puede realizar una inyección de calor cíclica y tiene un modo de acción más rápido.
Las mejoras continuas en los métodos de calefacción han promovido el desarrollo de métodos de minería térmica. Sin embargo, este método no ha resuelto el problema de la baja eficiencia de utilización del calor y solo puede calentar localmente. Este método necesita mejoras adicionales.
(2) Método de minería de presión reducida El método de minería de presión reducida es un método que promueve la naturaleza al reducir la presión.
Hidrato de gas natural
Método de descomposición y extracción del hidrato de gas natural. Hay dos métodos principales de descompresión: ① Perforar con lodo de baja densidad para lograr el propósito de la descompresión ② Cuando hay gas libre u otros fluidos debajo de la capa de hidrato de gas natural, el gas libre u otros fluidos debajo de la capa de hidrato de gas natural; Se puede bombear líquido para reducir la presión de la capa de hidrato de gas. El método de extracción al vacío no requiere un aumento continuo de la producción y es de bajo costo. Es adecuado para la minería a gran escala, especialmente para yacimientos de hidratos de gas natural con capas de gas libre subyacentes. Esta es la tecnología más prometedora entre los métodos tradicionales de extracción de hidratos de gas. Pero tiene requisitos especiales sobre las propiedades de los yacimientos de hidratos de gas natural. El método de extracción al vacío es económicamente viable sólo cuando el depósito de hidrato de gas está ubicado cerca del límite de equilibrio temperatura-presión.
(3) Método de producción e inyección de reactivos químicos El método de producción e inyección de reactivos químicos consiste en destruir la hidratación del gas natural mediante la inyección de algunos reactivos químicos, como salmuera, metanol, etanol, etilenglicol, glicerol, etc., en las condiciones de equilibrio de fases de la capa de hidratos de gas natural del yacimiento para promover la descomposición de los hidratos de gas natural. Aunque este método puede reducir la inversión energética inicial, tiene desventajas obvias, como reactivos químicos costosos, acción lenta sobre la capa de hidrato de gas natural y algunos problemas ambientales. Por lo tanto, actualmente hay relativamente poca investigación sobre este enfoque.
Nueva Minería
Hidrato de Gas Natural
(1) Método de minería de sustitución de CO2. Este método fue propuesto por primera vez por investigadores japoneses y todavía se basa en las condiciones de presión en la zona estable de hidratos de gas. En determinadas condiciones de temperatura, la presión necesaria para que los hidratos de gas natural se mantengan estables es mayor que la de los hidratos de CO2. Por lo tanto, dentro de un cierto rango de presión, los hidratos de gas natural se descompondrán, mientras que los hidratos de CO2 son fáciles de formar y permanecen estables. Si se inyecta gas CO2 en el depósito de hidrato de gas natural en este momento, el gas CO2 puede combinarse con el agua descompuesta del hidrato de gas natural para formar hidrato de CO2. El calor liberado por esta acción permite que continúe la reacción de descomposición del hidrato de gas natural.
(2) Método de minería sólida. El método de minería sólida inicialmente implica recolectar directamente hidratos de gas sólidos del fondo marino y arrastrarlos a aguas poco profundas para su descomposición controlada. Este método evolucionó hacia la minería híbrida o la minería de lodos. Los pasos específicos de este método son: primero descomponer el hidrato de gas natural in situ en una fase mixta gas-líquido, recolectar la suspensión mezclada con gas, hidrato líquido y sólido, y luego introducir la suspensión mezclada en un barco de operación o producción en alta mar. plataforma para su procesamiento, de manera que los hidratos de gas natural sean completamente descompuestos para obtener gas natural.
Ejemplo típico de investigación de desarrollo: desarrollo de hidrato de gas natural en el campo de gas de Mesoyaha
El campo de gas de Mesoyaha fue descubierto a finales de la década de 1960 y es el primer campo de gas descubierto hasta ahora
Hidrato de gas
Este es el único campo de gas donde se explotan comercialmente yacimientos de hidrato de gas. El yacimiento de gas se encuentra en el noroeste de Siberia occidental de la antigua Unión Soviética. La capa de permafrost en la zona del yacimiento de gas tiene más de 500 m de espesor, lo que ofrece condiciones favorables para la aparición de hidratos de gas natural. El campo de gas de Mesoyaha es un campo de gas convencional. El gas natural del campo de gas migra a través de la capa de roca y, en condiciones ambientales favorables, se forma una capa de hidrato de gas natural sobre el campo de gas. El depósito de hidratos de gas del campo se produjo inicialmente de forma inadvertida mediante descompresión. Al explotar el gas natural convencional bajo el depósito de hidrato de gas, se reduce la presión de la capa de hidrato de gas y se descompone el hidrato de gas. Posteriormente, para promover una mayor descomposición del hidrato de gas natural y mantener la producción de gas, se inyectaron deliberadamente inhibidores químicos como metanol y cloruro de calcio en el depósito de hidrato de gas natural.
Recolección de prueba de hidratos de gas natural en el Delta del Mackenzie
El Delta del Mackenzie está situado en el noroeste de Canadá, en un ambiente frío del Ártico, y presenta condiciones favorables para la formación y preservación de hidratos de gases. La investigación sobre hidratos de gas en esta región tiene una larga historia. Ya entre 1971 y 1972, cuando se perforó en la zona el pozo de exploración convencional Mallik L238, se descubrió accidentalmente evidencia de la existencia de hidratos de gas natural en la sección de 800 a 1100 m bajo el suelo helado. En 1998, se perforó el pozo Mallik 2L238 específicamente para la exploración de hidratos de gas. Se descubrió hidrato de gas natural en la sección del pozo de 897 a 952 m y se produjeron núcleos de hidrato de gas natural. En 2002, se llevó a cabo un estudio de prueba de producción de hidratos de gas en el delta del Mackenzie, que atrajo la atención mundial. En este proyecto participan nueve instituciones de cinco países, entre ellos el Servicio Geológico de Canadá, la Japan Petroleum Corporation, el Instituto Alemán de Geociencias, el Servicio Geológico de los Estados Unidos, el Departamento de Energía de los Estados Unidos, la Indian Gas Supply Company y la India. Corporación de Petróleo y Gas Natural. Esta es la primera prueba de extracción de hidratos de gas en la región y la primera investigación de prueba de extracción de hidratos de gas cooperativa internacional a gran escala del mundo.
Experimento de extracción de hidratos de gas en la vertiente norte de Alaska
La zona de Prudhoe Bay-Río Cooper en el norte de Alaska, EE. UU., se encuentra en la vertiente norte de Alaska. En 1972, cuando Arco Petroleum Company y Exxon Petroleum Company perforaron pozos convencionales de petróleo y gas en el campo petrolífero de Prudhoe Bay, se produjeron núcleos de hidrato de gas natural en la sección del pozo de 664 ~ 667 m.
Posteriormente, se estudió una gran cantidad de hidratos de gas en la vertiente norte de Alaska. Sobre esta base, en 2003 se implementó en la zona un notable proyecto de investigación de producción de prueba de hidratos de gas. El proyecto está patrocinado conjuntamente por Anadarko Petroleum Company, Noble Corporation, Mau2rer Technologies y la División de Planificación de Investigación y Desarrollo de Hidrato de Metano del Departamento de Energía de EE. UU. El objetivo es perforar el pozo de investigación y producción de prueba de hidratos de gas natural: Hot Ice 1. Este es el primer pozo exploratorio perforado específicamente para la investigación y producción de prueba de hidratos de gas en la vertiente norte de Alaska.
Problemas ambientales en la minería de hidratos de gas natural
La extracción de yacimientos de hidratos de gas natural cambiará las condiciones de temperatura y presión en las que existen los hidratos de gas natural, provocando la descomposición de los hidratos de gas natural. Si las condiciones de temperatura y presión no pueden controlarse efectivamente durante la explotación de los yacimientos de hidratos de gas natural, pueden ocurrir una serie de problemas ambientales como la intensificación del efecto invernadero, cambios en la ecología marina y hundimiento del fondo marino.
Como potente gas de efecto invernadero, (1) la contribución del metano al equilibrio de la radiación atmosférica es superada sólo por el dióxido de carbono. Por un lado, el contenido de metano en los hidratos de gas natural global es aproximadamente 3.000 veces el contenido de metano en la atmósfera, por otro lado, incluso si la cantidad de metano producido por la descomposición de los hidratos de gas natural ingresa a la atmósfera, es solo; 0,5% del metano total de la atmósfera. Esto obviamente acelerará el proceso de calentamiento global. Por lo tanto, si el gas metano no se puede controlar bien durante el proceso de extracción de hidratos de gas natural, el efecto invernadero global inevitablemente se verá exacerbado. Además del efecto invernadero, la extracción de hidratos de gas en ambientes marinos plantea problemas adicionales. ① El metano que ingresa al agua de mar afectará la ecología marina. Cuando el metano ingresa al agua de mar, se produce una rápida oxidación microbiana, lo que afecta las propiedades químicas del agua de mar. Si se vierte una gran cantidad de gas metano en el agua de mar, su oxidación consumirá una gran cantidad de oxígeno en el agua de mar, formando un ambiente anóxico en el océano, dañando así el crecimiento y desarrollo de los microorganismos marinos. (2) Si la cantidad de metano que ingresa al agua de mar es particularmente grande, también puede causar vaporización del agua de mar y tsunamis, e incluso turbulencias en el agua de mar y arrastre de presión negativa, poniendo en grave peligro las operaciones en la superficie del mar e incluso las operaciones de aviación en el área marítima.
(2) La descomposición del hidrato de gas natural también producirá una gran cantidad de agua durante el proceso minero, liberando los poros de la formación rocosa, empeorando la consolidación de la formación en el área de ocurrencia del hidrato de gas natural. , y provocando desastres geológicos. La descomposición de los hidratos de gases marinos puede provocar el colapso del fondo marino. En los últimos años se ha comprobado que debido a la descomposición de los hidratos de gas natural del fondo marino, se reduce la estabilidad de la zona del talud continental, lo que es una causa importante de deslizamientos de tierra submarinos. Si una gran cantidad de hidrato de gas natural se descompone durante la perforación, también puede provocar deformaciones en la perforación y aumentar el riesgo de plataformas de perforación marinas.
(3) En la extracción de hidratos de gas natural, cómo tratar el agua producida por la descomposición del hidrato de gas natural también es un tema al que se debe prestar atención.