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,并進行了經(jīng)濟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,著重針對近年中日兩國的開采活動及其開采策略進行了分析.研究表明:單一的降壓開采和注熱開采會遇到復雜的井口效應和能效問題,策略性組合設計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、地層熱流對可燃冰儲層分解過程的影響.總結了當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,以期為未來進一步的海洋可燃冰試采工作和規(guī)模化利用提供有益的參考. 

【文章來源】：科學通報. 2018,63(31)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡版彩色)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入熱流體的同時實現(xiàn)二氧化碳的注入和地下封存;(4)整體而言,浮游移動式平臺能夠實現(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,同時又實現(xiàn)碳封存,從而實現(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)的整體能量流動和物質(zhì)平衡,針對浮游式可燃冰利用系統(tǒng)進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)和能量流動的細節(jié)具體如圖3所示.發(fā)電過程采用了成熟的燃氣輪機發(fā)電.其尾氣中的CO2通過多級吸收塔吸收分離,并經(jīng)過進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層.系統(tǒng)在發(fā)電系統(tǒng)、水流和吸收液系統(tǒng)都設計了熱交換器,充分考慮了余熱的利用和整體的能量平衡,從而實現(xiàn)整體的經(jīng)濟性和效率提升.1.3經(jīng)濟性分析本研究所設計的發(fā)電利用和二氧化碳回收系統(tǒng)經(jīng)濟性分析的參數(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)模擬軟件計算獲得了系統(tǒng)整體可燃冰發(fā)電系統(tǒng)效率[6].結合發(fā)電效率、單井開采發(fā)電和輸送成本、海洋平臺成本、人工成本以及生產(chǎn)周期的維護成本的計算所獲得的以相對于井口產(chǎn)氣速率所對應的發(fā)電電價如表2所示.具體計算方法和部分參數(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分別設計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應的溫度附近),結果如圖5所示.結果表明:(1)當壓力一定,溫度升高時,產(chǎn)量和生產(chǎn)速率都能夠得到大幅提升;在接近平衡曲線對應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)儲層壓力提高時(9.8MPa提升到12.0MPa),同樣溫度范圍內(nèi)的計算得到的生產(chǎn)速率降低,并且在低溫區(qū)間提升溫度獲得的提升變小;這是因為壓力升高時,對應的平衡溫度也更高.據(jù)此,在開采過程中的注熱和預熱過程將促進可燃冰的開采速率提升.這一結果和文獻[19~21]中的趨勢基本一致.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算了日本南部海域海槽和中國神狐的情景,針對可燃冰層均一飽和度條件下的計算結果如圖6所示.該結果和日本2013年的采氣過程實際產(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該在50~150~200md組合范圍內(nèi).在該條件下的模型計算產(chǎn)量和生產(chǎn)速率能夠和實際生產(chǎn)過程相比擬.同樣地,針對中國神狐2017年的實際采氣結果,神狐豎直井模型的滲透率在150md的水平.針對在前人研究[7,11,17]中,實際的開采巖樣測試所獲得的滲透率受到環(huán)境條件和測試過程本身的影響,其結果在0.1~


本文編號：3512355