從“自來水能點燃 這場鬧劇誰的鍋?”一文的表述,從甲烷-水-壓力-溫度關系來看,就是天然氣溶入地下水形成水溶性天然氣(不是摻混),然后隨自來水抽到地面,釋放出可點燃的天然氣。這場鬧劇是中國首次發(fā)現(xiàn)水溶性天然氣,鍋原來是聚寶盆。
水溶性天然氣是非常規(guī)天然氣的一種。美國每年都會報告多起自來水可燃事件。美國科學院此前發(fā)布的一份報告指出,自來水中含有的甲烷是其可以燃燒原因,這些甲烷來自頁巖氣開采。頁巖氣開采散入水相生成水溶性天然氣,隨水進入自來水管。
好在可以在網絡上查到一份可靠的工業(yè)開采資料,日本有家奇葩的天然氣公司就是靠像“四營屯可燃的自來水”這類水來吃了幾十年的飯,在上世紀40年代就開始經營了。這家公司叫做“關東天然氣開發(fā)株式會社(Kanto Natural Gas Development Co. Ltd.)”,在日本關東地區(qū)從事水溶性天然氣的開發(fā)、生產和分配,除了一般天然氣的利用外,還大搞副業(yè),從事氣田水提碘等鹵水的處理,使得日本碘生產量占世界總量的50%。
關東天然氣開發(fā)株式會社開發(fā)南關東氣田(Southern Kanto gas field)是含有水溶性天然氣的沉積盆地,延伸到千葉、茨城、埼玉、神奈川等轄區(qū)和東京大都會,覆蓋面積達4300平方公里。氣田中的天然氣溶解在地層含砂和泥漿的裂縫水中,積累在上新世晚第三紀和第四更新世的海底砂巖和泥巖中,厚度約10米。南關東氣田估計可采儲量為3500億立方米。南關東氣田產生的天然氣其甲烷高達99%左右,幾乎不含一氧化碳或硫,并且發(fā)熱量高,惠及于55萬戶家庭。
本文不是介紹日本水溶性天然氣的開采,詳細報告請參見【http://www.gasukai.co.jp】。
水溶性天然氣(gas dissolved in water)簡稱“水溶氣”。指地層壓力大于飽和壓力的條件下,以溶解狀態(tài)存在于地下水中的天然氣,是一種非常規(guī)天然氣。
與液態(tài)石油相比較,天然氣在地層水中有更高的溶解度,頗有點像“蛇吞象”??扇急蛇_到每噸水跟162立方米天然氣結合,水溶性天然氣比可燃冰少,但數(shù)量也可觀。地下水的溶解氣量取決于天然氣的壓力、水的溫度和含鹽量。當這種地下水到達地表后,隨著壓力降低,溶解氣鼓泡產出。
水溶性天然氣可分為:
?、?低壓水溶性天然氣:每噸水中溶解幾立方米天然氣,不具有開采價值;
?、?高壓水溶性天然氣:每噸水中可溶解幾十至數(shù)百立方米天然氣,具有開采價值。
這種尚未被充分開發(fā)的天然氣資源,在全世界分布很廣,潛在資源很大。儲集層為海相或瀉湖相,伴生的鹵水可含有較多的碘化物。水溶性天然氣藏在日本開采最多,歷史也最長。在日本南關東氣田甚至可以從水溶性天然氣的氣田水中提取碘。
甲烷水合物的壓力-溫度相圖(methane hydrate pressure-temperature phase)是表示甲烷水合物在平衡條件下的溫度-壓力-組分之間的幾何圖形。
水溶性天然氣實際上是形成可燃冰(天然氣水合物)的前身,形成水溶氣要滿足三個條件:
?、?有甲烷氣源,無論是生物氣或者是熱成因氣。
?、?壓力要足夠大。在0℃時,只需要30atm就可形成水合物。海深每增加10m,壓力就增大1atm,因此海深300m就可達到30atm。海越深壓力越大,天然氣水合物或水溶氣就越穩(wěn)定。(1MPa=1000kPa=9.8 atm)
?、?溫度不能太高。海底溫度在2~4℃,水溶氣或天然氣水合物就可形成,溫度越低,越容易形成,在4℃形成水合物必須有50個以上的大氣壓。但高于20℃就分解。
從甲烷-壓力-溫度關系圖可以看出,在甲烷水合物穩(wěn)定區(qū)內,只要加熱或者壓力降低就會有天然氣溢出。趙圈河鎮(zhèn)的二號水井,水源深度1380米,就有可能在地層下形成甲烷(天然氣)水合物。當水抽出地面后,壓力驟降,天然氣立即游離出來,氣-水分離,點火即燃。
居民買水,實際上賣了水和溶入水中的水溶氣,當然不合理。如果將一定體積的含水溶氣的自來水釋放天然氣后再測定水的體積,就可以得出水溶入了多少天然氣。
從以上分析可以得出:
⑴ 盤錦位于遼河油田是富產油氣區(qū),地層有天然氣溶入水中形成水溶氣是自然過程。
?、?趙圈河鎮(zhèn)的二號水井供應自來水就是富含水溶氣的自來水。這種自來水抽到地面后,大體積的水溶氣自動快速逸出后。如果逸出的天然氣在空氣中濃度達到15%以上時,遇明火即可發(fā)生爆炸,發(fā)生人身傷害或住房爆燃事故。
?、?從趙圈河鎮(zhèn)的二號水井冒出的火苗來看,估計是高壓水溶性天然氣,有商業(yè)價值。
?、?這種自來水值錢的還有逸出的天然氣,怎么回收,怎么銷售,當然不在本文討論的范圍,您就發(fā)揮您的才智了。
非常規(guī)天然氣儲量極為豐富,但開采成本很高;這種水溶性天然氣開采就成本低得多了。在可燃冰穩(wěn)定區(qū),其實是冰狀和液體狀的天然氣水合物混合的,當抽出液體狀的水溶氣時,為了達到平衡,冰狀的可燃冰會向水溶氣過渡。
對非常規(guī)天然氣的儲量都有個估算,如可燃冰儲量大致是化石燃料的兩倍,可是對水溶氣卻沒有估算,也沒有工作經驗,真是個空白。
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