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近日，美国麻省理工学院机械工程学副教授克里帕·瓦拉纳西带领的研究团队宣布，已经找到了一种解决方法来应对可燃冰（甲烷水合物）对深海管道的影响。麻省理工学院机械工程学研究生大卫·史密斯在《物理化学化学物理》杂志上发表题为《疏水合物表面：从根本上减少气水包含物的附着》的论文，详细介绍了这种方法。
可燃冰“身价不菲”
甲烷水合物在与深海中的冰冷海水接触后会迅速冻结，形成我们所知的可燃冰，这是在深海开采石油和天然气时经常遇到的难题。有时，在油井套管内这些冻结的甲烷水合物会限制甚至阻塞油气的流通，导致了油井运营商巨大的成本投入。
随着世界能源需求的快速增长，深海已经成为石油和天然气开采新的关键源头。然而，在深海中进行开采的关键问题之一就是“保证管道流通”：要想方设法地避免甲烷水合物的积累。目前，所采用的常规方法主要是使用加热系统和化学添加剂，但这两种方式均需要昂贵的投入。
通常情况下，为了防止可燃冰积累，石油和天然气行业每年用于购买化学产品的花费至少需要2亿美元。据业内人士透露，迄今为止，用于预防和挽回可燃冰造成损失的费用总计可能超过了数十亿美元。
深海中，随着管道内石油、天然气的输送，可燃冰会逐渐附着在管道内壁，这就像血小板在人体动脉内堆积，在某种情况下，将最终完全阻止管道内的流动。堵塞的发生很可能没有任何预警，严重时，需要把已经堵塞的管道去除并更换，进而导致长期停产。目前，预防这种情况发生，除了使用昂贵的加热系统或保温设备，也可以使用化学添加剂。例如，可以把甲醇倒入流动的石油或天然气中。尽管甲醇可以很好地抑制水合物的形成，但如果发生泄漏将会对环境造成极大的破坏。
瓦拉纳西的研究团队所采用的新方法是将涂层用于管道内侧，旨在防止可燃冰的附着。因为，冷冻后的甲烷水合物会形成笼状结晶结构，成为包合物，其中的甲烷分子被困在水分子的晶格中。尽管，看起来这些物质很像普通的冰，但实际上，可燃冰的形成需要非常高的压力作用，这种环境只存在于深海或海底。据不完全统计，全球海底包合物中存在的甲烷总量，远远超过了所有其他化石燃料的储藏总量。
除“冰”首当其冲
2010年，墨西哥湾的“深水地平线”海上钻井平台发生大爆炸，造成大规模漏油事故。起初，为了快速解决原油泄漏问题，将吸油穹顶下沉到管道破裂处，用来收集流出的原油，将漏油抽到海面上进行妥善处理。然而，这种尝试很快就以失败告终，因为穹顶几乎立即就被冰冻的甲烷水合物堵塞。
在墨西哥湾的钻井平台泄漏事故之前，瓦拉纳西的研究团队就已经着手解决这个难题。他们长期以来的研究方向包括：如何防止飞机机翼上产生积冰、如何形成超疏水表面以及防止水滴附着。而后，探索如何建立疏水合物表面，防止水合物的附着。由于可燃冰本身的危险性，研究工作主要采用了与其具有相似性质的模型水合物系统。
这项研究产生了显著的效果。首先，通过使用简单的涂层，可以减少可燃冰在管道内壁上的附着，相比未经处理的管道，这种方法可以把可燃冰的附着量减少到1/4。其次，研究设计的测试系统可以提供一个更为简便和便宜的方式，寻找到更有效的抑制剂。最后，研究还发现了疏水合物表面和其润湿性有很强的关联，这影响到液体在表面上扩散效果的测量。
瓦拉纳西表示，这些基础结果也适用于其他固体附着物的应用。例如，焊接原料在电路板上的使用，方解石在水利管道内的沉积。所以，相同的测试方法也可以使用到各种商业和工业加工中用于屏蔽物的涂层。
伍兹霍尔海洋研究所应用海洋物理和工程学副研究员理查德·卡米利说[FS:PAGE]：“能源行业始终致力于保障安全性和流通性。有关水合物的形成与堵塞问题已经困扰了近一个世纪。这一难点在钻探领域发展到更深水域中时变得尤为严重。瓦拉纳西的研究，对于使用更加环保的方法来防止管道中水合物的堵塞向前迈出了一大步。”(焦旭)( 责任编辑：管理员 ) |
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