二氧化碳置换法——实现水合物开采与碳封存双赢

“碳达峰、碳中和”目标的实现需要能源结构、产业结构、消费结构等全面改革调整，其中，能源结构低碳化转型是“双碳”目标实现的关键之一。在这样的目标背景下，我国能源系统正在持续向清洁低碳转型。天然气水合物作为一种高效清洁的未来新型战略能源，具有资源丰富、高效清洁等优势，在能源消费结构优化改善方面有望起到重要的作用。同时，天然气水合物是地圈浅部一个不稳定的碳库，是全球碳循环的一个重要环节，天然气水合物矿床也可作为碳封存的有效储集库。因此，相较于传统油气资源，天然气水合物的开发利用不仅可以有效减少二氧化碳的排放，也可以在碳捕获、利用与封存技术（carbon capture，utilization and Storage，CCUS）等负碳技术应用方面发挥天然优势，有效助力实现“双碳”目标。

　　木里天然气水合物野外科学观测研究站

近几年围绕天然气水合物的勘探开发等关键技术持续突破，开发重点已从试验性开采逐渐向预生产方面转移，天然气水合物开发技术瓶颈突破希望在即。天然气水合物的主要开采方法有降压法、热激发法、注抑制剂法、置换法等。其中，二氧化碳置换法是一种相对安全的天然气水合物潜在开采方法，在开采过程中会重塑水合物的笼形结构，因此在开采过程中不会引起水合物储层力学性质的弱化，其工艺流程是将工业捕集的二氧化碳通过钻井平台注入天然气水合物储层，将其中的甲烷置换出来，同时将二氧化碳以水合物的形式封存，以降低碳排量、减缓温室效应，一举双效。该技术可以大幅度提升了二氧化碳的资源利用率，天然气水合物开采实现兼顾开采过程中地质风险的解决，特别是可以利用海洋储存空间范围广、潜力巨大的特点，最大化实现二氧化碳的封存，是CCUS技术的有益补充，具有环境友好的特性。

　　二氧化碳置换法开采天然气水合物流程图

虽然在我国“双碳”目标的背景下，二氧化碳置换法被认为是一种极具发展前景的水合物开采技术，但目前二氧化碳置换法主要集中于实验室研究，距离现实应用仍存在一定距离，是否会与其他已有开采技术方法一样，存在生产效率低、开采条件要求高、产能不稳定等问题还需要进一步现场尺度的实验应用研究。我国首个天然气水合物野外科学观测研究站为现场尺度的天然气水合物试采实验提供了良好的天然试验场。在成功开展陆域两次天然气水合物试开采后，研究团队充分利用木里天然气水合物野外科学观测研究站自身的独特原位和长期观测优势，研发高温射流融冰透孔技术及装备，形成冻土区天然气水合物直井与水平对接井开采及监测系统方法，为开展现场尺度的天然气水合物实验创造了可能，也为开展多井型下的天然气水合物开采试验提供了强有力的空间与技术支撑。

　　（作者单位：中国地质调查局油气资源调查中心）

来源于：中国矿业报