20世纪80年代以来,许多发达国家都已将天然气水合物列入国家重点发展战略,尤其美国和日本率先制订了全面的天然气水合物研究发展计划,并投入巨大的人力和物力资源,开展天然气水合物的基础和应用研究,主要研究天然气水合物的成藏机理、勘探和开采利用技术、环境影响等。美国能源部围绕天然气水合物的资源特征、开发、全球碳循环、安全及海底稳定性四个主题,制定了长达10年(2000-2010)的详细研发计划。日本先后制定了两个天然气水合物研究发展规划:1995-1999年的通产省设立的“甲烷水合物研究及开发推进初步计划”及“21世纪甲烷水合物开发计划(简称MH21)”。欧洲自然科学基金委的海洋综合研究科学计划对天然气水合物的研究工作也异常重视,对天然气水合物的生物地球化学、水合物-沉积物-水-气体系统的物化特性和环境特征及水合物调查技术进行重点研究。值得注意的是日本MH21计划于2002年在加拿大冻土带进行的天然气水合物实验试开采获得了成功,并将在五年内在日本海域进行开发试验,为商业生产做技术准备。此外,美国和日本还分别制定了2015和2016年进行商业试开采的时间表。其他国家和地区,如印度、韩国、俄罗斯、加拿大、德国、墨西哥、台湾等均先后制订了开发天然气水合物的技术研究和发展计划。同时,针对天然气水合物基础理论研究的大洋钻探计划(DSDP、ODP和IODP)航次研究也极大地推动了相关研究的发展,并取得了令人瞩目的成果。
随着加工、测试新技术的发展和应用,天然气水合物实验室建设也在不断的完善,设备的可视化、精确化程度不断提高,从而大大提高了实验成果的指导意义。特别是美国,先后建立了美国地质调查局天然气水合物以及沉积物测试实验系统(GHASTLI)、天然气水合物岩石物理实验室水合物反应系统、美国国家能源技术实验室(NETL)实验系统、美国橡树岭国家实验室海底过程模拟器(SPS)、 美国夏威夷自然能源研究中心实验系统、美国Brookhaven国家实验室水合物集成研究系统(FISH)等天然气水合物实验室。
随着我国天然气水合物调查研究的深入,我国也相应建立了一些所、校级天然气水合物实验室,如中国地质大学天然气水合物微钻实验系统、青岛海洋地质研究所天然气水合物实验系统、中科院广州能源研究所天然气水合物开采模拟系统等。特别是中科院广州能源研究所天然气水合物开采模拟系统,工作压力最高可达20MPa,工作温度为-20℃~80℃,可以模拟深达2000m海底的水合物生成环境,能够综合模拟多孔介质中天然气水合物注热、降压、注入化学试剂等常规水合物开采模式,以及模拟开采过程多点井网布置,并对开采过程系统的动态特征进行实时监控。特别是二维开采模拟系统,采用先进的手段测量多孔介质中气、液、固(水合物)的含量及分布、采用高精度温度、压力、流量传感器监视模拟水合物藏中的动态特征,从而能够更加真实的模拟开采过程中水合物地层特征。
尽管目前国内外有数家实验室研发了天然气水合物综合模拟实验系统,但是无论是实验装置还是实验思路,都主要是为了研究水合物形成特征或者地质特征,而不完全是为天然气水合物开采服务的专业模拟实验系统。另外,各实验系统各有侧重,尚没有整合出一套完整的综合性实验平台。因此,建设广东省天然气水合物重点实验室,研究天然气水合物成藏机制和基础物性,研发专门用于水合物开采模拟的实验系统及相关应用技术,对于解决实际水合物开采利用的具体问题具有重要的意义。而另一方面传统的降压、注热、注入化学剂开采法具有能效低、环境污染大等缺点,发展新型的水合物开采方法具有现实意义。我们已经提出一种新型水合物开采方法,即井下原位燃烧加热-化学剂法,能够大大地降低热力开采过程中能量的损失,是一种适合于我国南海的、经济上可行的以及环境友好的新型热力-化学开采方法。然而目前还没有相关实验条件进行实验。
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