二氧化碳置換法——實現(xiàn)水合物開采與碳封存雙贏
◎? 肖? 睿
“碳達峰,、碳中和”目標的實現(xiàn)需要能源結(jié)構(gòu),、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、消費結(jié)構(gòu)等全面改革調(diào)整,，其中,，能源結(jié)構(gòu)低碳化轉(zhuǎn)型是“雙碳”目標實現(xiàn)的關(guān)鍵之一,。在這樣的目標背景下，我國能源系統(tǒng)正在持續(xù)向清潔低碳轉(zhuǎn)型,。天然氣水合物作為一種高效清潔的未來新型戰(zhàn)略能源,，具有資源豐富、高效清潔等優(yōu)勢,，在能源消費結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善方面有望起到重要的作用,。同時，天然氣水合物是地圈淺部一個不穩(wěn)定的碳庫,，是全球碳循環(huán)的一個重要環(huán)節(jié),，天然氣水合物礦床也可作為碳封存的有效儲集庫。因此,，相較于傳統(tǒng)油氣資源,，天然氣水合物的開發(fā)利用不僅可以有效減少二氧化碳的排放，也可以在碳捕獲,、利用與封存技術(shù)（carbon capture,，utilization and Storage,，CCUS）等負碳技術(shù)應(yīng)用方面發(fā)揮天然優(yōu)勢，有效助力實現(xiàn)“雙碳”目標,。
木里天然氣水合物野外科學(xué)觀測研究站
近幾年圍繞天然氣水合物的勘探開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)突破,，開發(fā)重點已從試驗性開采逐漸向預(yù)生產(chǎn)方面轉(zhuǎn)移，天然氣水合物開發(fā)技術(shù)瓶頸突破希望在即,。天然氣水合物的主要開采方法有降壓法,、熱激發(fā)法、注抑制劑法,、置換法等,。其中，二氧化碳置換法是一種相對安全的天然氣水合物潛在開采方法,，在開采過程中會重塑水合物的籠形結(jié)構(gòu),，因此在開采過程中不會引起水合物儲層力學(xué)性質(zhì)的弱化，其工藝流程是將工業(yè)捕集的二氧化碳通過鉆井平臺注入天然氣水合物儲層,，將其中的甲烷置換出來,，同時將二氧化碳以水合物的形式封存，以降低碳排量,、減緩溫室效應(yīng),，一舉雙效。該技術(shù)可以大幅度提升了二氧化碳的資源利用率,，天然氣水合物開采實現(xiàn)兼顧開采過程中地質(zhì)風(fēng)險的解決,，特別是可以利用海洋儲存空間范圍廣、潛力巨大的特點,，最大化實現(xiàn)二氧化碳的封存,，是CCUS技術(shù)的有益補充，具有環(huán)境友好的特性,。
二氧化碳置換法開采天然氣水合物流程圖
雖然在我國“雙碳”目標的背景下,，二氧化碳置換法被認為是一種極具發(fā)展前景的水合物開采技術(shù)，但目前二氧化碳置換法主要集中于實驗室研究,，距離現(xiàn)實應(yīng)用仍存在一定距離,，是否會與其他已有開采技術(shù)方法一樣，存在生產(chǎn)效率低,、開采條件要求高,、產(chǎn)能不穩(wěn)定等問題還需要進一步現(xiàn)場尺度的實驗應(yīng)用研究。我國首個天然氣水合物野外科學(xué)觀測研究站為現(xiàn)場尺度的天然氣水合物試采實驗提供了良好的天然試驗場,。在成功開展陸域兩次天然氣水合物試開采后,，研究團隊充分利用木里天然氣水合物野外科學(xué)觀測研究站自身的獨特原位和長期觀測優(yōu)勢，研發(fā)高溫射流融冰透孔技術(shù)及裝備，形成凍土區(qū)天然氣水合物直井與水平對接井開采及監(jiān)測系統(tǒng)方法,，為開展現(xiàn)場尺度的天然氣水合物實驗創(chuàng)造了可能,，也為開展多井型下的天然氣水合物開采試驗提供了強有力的空間與技術(shù)支撐。
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