可燃冰（又称天然气水合物）被认为是未来最具前景的替代能源，可满足我国能源经济的重大需求。但是大规模商业化开采还需要实现关键的两点，即高度安全性和具有市场竞争力的经济性。基于我国南海可燃冰资源高度分散性的贮存条件，按照“安全开采，绿色高效”思路，以增大产气量、地质修复、温室气体储存为目标，将传统的降压开采方式与二氧化碳（CO2）封存相结合，开发新一代南海可燃冰开采、固碳和地质修复三联技术。考虑到我国75%以上的可燃冰分布在南海，但目前的海域水合物勘探表明，大多数海域水合物储层温度压力较高，现有的采用CO2置换法开采天然气水合物研究多在低温区域下进行，在此恶劣的环境下，CO2/CO2+N2水合物很难稳定的存在，这对CO2封存以及地质修复造成了巨大的挑战。
自2019年以来，我院海洋工程研究院陈道毅教授团队主持了广东省自然资源厅项目，关于开展可燃冰开采联合二氧化碳地质修复技术的研究工作。该项工作主要针对我国南海海域天然气水合物储层温度压力较高的特点，探寻CH4-CO2-N2混合水合物形成的热力学可行性条件。在此基础上采用高压可视反应装备开展CH4水合物生成，降压产气以及CO2/CO2-N2气体注采实验研究。并结合CCD照相机实时观测水合物形态变化和自由水的迁移分布等。根据体系中温度、压力变化和气相色谱等测试结果，开发出了一套可实时量化各组分（CH4, CO2, N2, H2O）分别在气相，液相和水合物相动力学演变规律的计算方法。
本研究揭示了海域水合物储层条件下降压联合CO2/CO2-N2注采的动力学以及热力学可行性，并指出降压采气后剩余甲烷（CH4）气体对于后续地质修复的积极作用，以及体系中混合气体的组分对于水合物的二次生长或分解作用的重要影响机制，为进一步实现我国南海海域水合物降压开采联合CO2地质修复提供了实验数据和理论基础。
甲烷水合物降压注采实验中水的演变规律及对应水合物形貌图，
（a）水合物共同生长作用（b）水合物持续分解作用
相关工作近日以“海域天然气水合物储层条件下CO2- N2注入协同CH4开采及CO2封存的有效性”（Effectiveness of CO2-N2 injection for synergistic CH4 recovery and CO2sequestration at marine gas hydrates condition）为题发表在《化学工程期刊》（Chemical Engineering Journal）上。文章第一作者为清华大学深圳国际研究生院博士生牛梦雅，论文通讯作者为国际研究生院陈道毅教授，论文作者还包括国际研究生院吴国钟讲师、殷振元助理教授，博士后孙漪霏和博士生刘凯。该研究得到了广东省自然资源厅、深圳市规划和自然资源局以及清华大学深圳国际研究生院海外科研合作基金的支持。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472101202X
文/图：牛梦雅
头图设计：申巍
编辑：叶思佳
