从“自来水能点燃 这场闹剧谁的锅?”一文的表述,从甲烷-水-压力-温度关系来看,就是天然气溶入地下水形成水溶性天然气(不是掺混),然后随自来水抽到地面,释放出可点燃的天然气。这场闹剧是中国首次发现水溶性天然气,锅原来是聚宝盆。
水溶性天然气是非常规天然气的一种。美国每年都会报告多起自来水可燃事件。美国科学院此前发布的一份报告指出,自来水中含有的甲烷是其可以燃烧原因,这些甲烷来自页岩气开采。页岩气开采散入水相生成水溶性天然气,随水进入自来水管。
好在可以在网络上查到一份可靠的工业开采资料,日本有家奇葩的天然气公司就是靠像“四营屯可燃的自来水”这类水来吃了几十年的饭,在上世纪40年代就开始经营了。这家公司叫做“关东天然气开发株式会社(Kanto Natural Gas Development Co. Ltd.)”,在日本关东地区从事水溶性天然气的开发、生产和分配,除了一般天然气的利用外,还大搞副业,从事气田水提碘等卤水的处理,使得日本碘生产量占世界总量的50%。
关东天然气开发株式会社开发南关东气田(Southern Kanto gas field)是含有水溶性天然气的沉积盆地,延伸到千叶、茨城、埼玉、神奈川等辖区和东京大都会,覆盖面积达4300平方公里。气田中的天然气溶解在地层含砂和泥浆的裂缝水中,积累在上新世晚第三纪和第四更新世的海底砂岩和泥岩中,厚度约10米。南关东气田估计可采储量为3500亿立方米。南关东气田产生的天然气其甲烷高达99%左右,几乎不含一氧化碳或硫,并且发热量高,惠及于55万户家庭。
本文不是介绍日本水溶性天然气的开采,详细报告请参见【http://www.gasukai.co.jp】。
水溶性天然气(gas dissolved in water)简称“水溶气”。指地层压力大于饱和压力的条件下,以溶解状态存在于地下水中的天然气,是一种非常规天然气。
与液态石油相比较,天然气在地层水中有更高的溶解度,颇有点像“蛇吞象”。可燃冰可达到每吨水跟162立方米天然气结合,水溶性天然气比可燃冰少,但数量也可观。地下水的溶解气量取决于天然气的压力、水的温度和含盐量。当这种地下水到达地表后,随着压力降低,溶解气鼓泡产出。
水溶性天然气可分为:
⑴ 低压水溶性天然气:每吨水中溶解几立方米天然气,不具有开采价值;
⑵ 高压水溶性天然气:每吨水中可溶解几十至数百立方米天然气,具有开采价值。
这种尚未被充分开发的天然气资源,在全世界分布很广,潜在资源很大。储集层为海相或瀉湖相,伴生的卤水可含有较多的碘化物。水溶性天然气藏在日本开采最多,历史也最长。在日本南关东气田甚至可以从水溶性天然气的气田水中提取碘。
甲烷水合物的压力-温度相图(methane hydrate pressure-temperature phase)是表示甲烷水合物在平衡条件下的温度-压力-组分之间的几何图形。
水溶性天然气实际上是形成可燃冰(天然气水合物)的前身,形成水溶气要满足三个条件:
⑴ 有甲烷气源,无论是生物气或者是热成因气。
⑵ 压力要足够大。在0℃时,只需要30atm就可形成水合物。海深每增加10m,压力就增大1atm,因此海深300m就可达到30atm。海越深压力越大,天然气水合物或水溶气就越稳定。(1MPa=1000kPa=9.8 atm)
⑶ 温度不能太高。海底温度在2~4℃,水溶气或天然气水合物就可形成,温度越低,越容易形成,在4℃形成水合物必须有50个以上的大气压。但高于20℃就分解。
从甲烷-压力-温度关系图可以看出,在甲烷水合物稳定区内,只要加热或者压力降低就会有天然气溢出。赵圈河镇的二号水井,水源深度1380米,就有可能在地层下形成甲烷(天然气)水合物。当水抽出地面后,压力骤降,天然气立即游离出来,气-水分离,点火即燃。
居民买水,实际上卖了水和溶入水中的水溶气,当然不合理。如果将一定体积的含水溶气的自来水释放天然气后再测定水的体积,就可以得出水溶入了多少天然气。
从以上分析可以得出:
⑴ 盘锦位于辽河油田是富产油气区,地层有天然气溶入水中形成水溶气是自然过程。
⑵ 赵圈河镇的二号水井供应自来水就是富含水溶气的自来水。这种自来水抽到地面后,大体积的水溶气自动快速逸出后。如果逸出的天然气在空气中浓度达到15%以上时,遇明火即可发生爆炸,发生人身伤害或住房爆燃事故。
⑶ 从赵圈河镇的二号水井冒出的火苗来看,估计是高压水溶性天然气,有商业价值。
⑷ 这种自来水值钱的还有逸出的天然气,怎么回收,怎么销售,当然不在本文讨论的范围,您就发挥您的才智了。
非常规天然气储量极为丰富,但开采成本很高;这种水溶性天然气开采就成本低得多了。在可燃冰稳定区,其实是冰状和液体状的天然气水合物混合的,当抽出液体状的水溶气时,为了达到平衡,冰状的可燃冰会向水溶气过渡。
对非常规天然气的储量都有个估算,如可燃冰储量大致是化石燃料的两倍,可是对水溶气却没有估算,也没有工作经验,真是个空白。
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