我國可燃冰開發(fā)利用技術現(xiàn)狀及前景

孟凡星

摘 要：可燃冰作為"后石油時代"最有希望的戰(zhàn)略資源，發(fā)展前景廣闊。本文通過對我國可燃冰賦存及開發(fā)現(xiàn)狀的研究分析，總結了可燃冰利開發(fā)用前景、可燃冰的開采技術現(xiàn)狀，重點介紹了可燃冰的開采方法以及開采過程中的難點問題。針對我國可燃冰的賦存情況，應合理謹慎地開采可燃冰這一寶貴的資源，這對于我國早日實現(xiàn)技術突破和規(guī)模開發(fā)具有重要意義。

關鍵詞：可燃冰；清潔能源；開采方法；發(fā)展前景

1引言：可燃冰是天然氣水合物的俗稱，是公認的21世紀替代能源和清潔能源，開發(fā)利用潛力巨大，許多國家都把目光投向了可燃冰這種鮮為人知的新型能源，我國已將其納入科技重大項目973計劃，并已成功獲得了天然氣水合物的巖心樣品。在全球能源日趨短缺的急迫形勢下，可燃冰逐漸進入人們的視野，并引起各國政府的高度關注。可燃冰又叫天然氣水合物，主要成分是甲烷與水分子，是由天然氣與水在高壓低溫條件下結晶形成的具有籠狀結構的似冰狀結晶化合物，氣體分子則多以甲烷為主（>90%），所以也被稱為甲烷水合物（Methane Hydrates）。純凈的天然氣水合物呈白色，形似冰雪，可以像固體酒精一樣直接被點燃，因此，又被形象的稱為“可燃冰”。其化學成分決定了遇火即可燃燒，且燃燒后生成二氧化碳和水，是一種天然的綠色能源?？茖W家們公認，可燃冰在世界范圍內有廣泛存在的可能性。在陸地上，大約有27%的面積是可以形成可燃冰的潛在地區(qū)，大洋水域中90%的面積也屬這樣的潛在區(qū)域。我國可燃冰主要分布在南海海域、東海海域、青藏高原凍土帶及東北凍土帶。本文就可燃冰的研究和發(fā)展現(xiàn)狀及其未來產(chǎn)業(yè)前景進行簡要分析，并就我國可燃冰產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展提出建議。

2.1可燃冰的開采現(xiàn)狀

2.1.1開采成本高

巨大經(jīng)濟社會效益和嚴重的資源短缺激發(fā)人們對可燃冰的強烈征服渴望，但開采輸送設備投入資金是巨大的，目前中國南海開采費用達200美元/m3，折合成天然氣達1美元/m3，而天然氣本身開采只有1元/m3，因此計劃由政府、企業(yè)及科研單位聯(lián)合開發(fā)。專家建議先到青藏高原凍土區(qū)試驗開采，青海省木里地區(qū)可燃冰凍土層80一120m，粵埋藏冰段130--300m，資源儲量大，開采技術難度及成本會較低。專家提醒，青藏高原開采需要考慮其對周圍環(huán)境影響。

2.1.2規(guī)模開發(fā)存在的諸多難點和風險

天然氣水合物的勘探開發(fā)是一個系統(tǒng)工程，涉及地質、地球物理、地球化學、流體動力學、熱力學、鉆探工程等眾多學科，而且在開采過程中會發(fā)生溫壓變化及相變，因此與傳統(tǒng)的煤炭、石油和天然氣等化石能源以及致密氣、頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)資源相比，天然氣水合物的開采更為不易，特別是受成本、技術、安全環(huán)保等方面的制約，至今全球范圍內尚未實現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)開采。目前，天然氣水合物的勘探開發(fā)理論和技術已經(jīng)取得一些重要進展，但仍不成熟，尚沒有一種理論能夠科學全面地解釋天然氣水合物形成機理，開發(fā)利用也缺乏完整的理論體系指導；缺乏有效的探測識別技術，其資源量及商業(yè)開采規(guī)模等基本要素并不確定；未完全掌握探測其儲層情況的技術方法，難以進行開發(fā)生產(chǎn)設計。此外，海底的天然氣水合物開發(fā)需要鋪設長距離運輸管道，由此將產(chǎn)生種種技術難題和成本問題。

2.2可燃冰的開采方法

目前對可燃冰的開采仍處于試驗階段，主要的開采方法有綜合法、添加化學試劑法、減壓法、加熱法等。

2.2.1降壓法

降壓法是通過降低壓力而使天然氣水合物穩(wěn)定的相平衡曲線移動，從而達到促使水合物分解的目的。一般是在水合物層之下的游離氣聚集層中降低天然氣壓力或形成一個天然氣空腔（可由熱激發(fā)或化學試劑作用人為形成），使與天然氣接觸的水合物變得不穩(wěn)定并且分解成天然氣和水。在該方法中，由于沒有額外的熱量注入水合物開采層，分解所吸收的熱量必須由周圍物質提供，但是當水合物分解吸收的熱量達到一定程度，水合物周圍環(huán)境溫度降低會抑制水合物的進一步分解。研究表明，這種方法在氣體全面分解過程中有利于控制開采氣體的流量，適合于那些儲藏中存在大量自由氣體的水合物儲層，是現(xiàn)有水合物開采技術中經(jīng)濟前景比較好的開采技術。

2.2.2綜合法

綜合法是綜合利用降壓法和熱開采技術的優(yōu)點對天然氣水合物進行有效開采。其具體方法是先用熱激法分解天然氣水合物，后用降壓法提取游離氣體。目前，這種方法己得到了人們的廣泛推崇，己投產(chǎn)的俄羅斯Messoyakha氣田和加拿大Mackensie氣田均以該法為主要開采技術，其技術在國內具有良好的應用前景。

2.2.3加熱法

加熱法又稱熱激發(fā)法，是將蒸汽、熱水、熱鹽水或其他熱流體從地面泵入水合物地層，進行電磁加熱和微波加熱，促使溫度上升、水合物分解。該法更適用于對水合物層比較密集的水合物藏進行開采，如果水合物藏中各水合物層之間存在很厚的夾層，則不宜用此方法進行開采。該方法的主要缺點是會造成大量的熱損失，效率很低，甲烷蒸汽不好收集。特別是在永久凍土帶，即使利用絕熱管道，永凍層也會降低傳遞給儲層的有效熱量。所以，減小熱量損失、合理布設管道并高效收集甲烷蒸汽是急于解決的問題。

2.2.4添加化學試劑法

通過從井孔向水合物儲層泵入化學試劑，如鹽水甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物穩(wěn)定溫度，引起水合物的分解?；瘜W試劑法較熱激發(fā)法作用緩慢，費用昂貴，但確有降低初始能源輸入的優(yōu)點。

2.3我國可燃冰的發(fā)展前景

我國于1999年開始開展可燃冰的相關研究，口前我國對可燃冰的研究地域主要集中在青藏高原和南海海域。國土資源部在2013年12月17日發(fā)布的憶013年海域天然氣水合物勘探成果》中透露，我國首次在珠江口盆地東部海域鉆獲高純度可燃冰。這標志著我國可燃冰的勘察研究工作發(fā)展進入新的階段。據(jù)推算，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的石油儲備量還可用40年，天然氣還可用70年，煤炭還可用190年。當全世界的石油煤炭資源將消耗殆盡的時候，可燃冰的發(fā)現(xiàn)，讓陷入能源危機的人類看到新希望。

但是，雖然全世界天然氣水合物資源量非?？捎^，除了小型現(xiàn)場試驗之外，目前唯一實現(xiàn)開采的只有俄羅斯的麥索亞哈天然氣水合物氣田，全球未來的天然氣水合物產(chǎn)量尚不確定。目前，天然氣水合物的研究主要集中在天然氣水合物資源的勘測與評估，天然氣水合物基礎物理化學性質的研究、天然氣水合物開采模擬與環(huán)境評價以及天然氣水合物儲運與利用方面。根據(jù)近年來試驗性開采的成果和技術進步來看，2015-2020年發(fā)達國家實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模開采天然氣水合物在技術上是可行的，但要實現(xiàn)商業(yè)開采則值得探討。

3結論：可燃冰的商業(yè)化運作，需要我們敏于“研”而慎于“行”?！把小笔侵讣袃?yōu)勢力量聯(lián)合攻關，爭取在可燃冰開采、存儲和運輸?shù)确矫嫒〉藐P鍵技術突破，形成一套具有自主知識產(chǎn)權的技術方法；“行”即對于何時開采一定要謹慎行事，要吸取過去海洋油氣開發(fā)泄漏教訓，充分估計可燃冰開采可能產(chǎn)生的環(huán)境影響，做足防泄漏開發(fā)技術準備?？扇急m然有著誘人的前景，但是更大的挑戰(zhàn)也擺在了人們面前。目前，對可燃冰的開采仍處于試驗階段，要實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模開采和商業(yè)化開采還有很長一段時間。目前，天然氣水合物的發(fā)展受理論認識、關鍵技術、開發(fā)方案、開采成本、安全環(huán)保等方面的制約，難以實現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)開采。我國應堅持跟蹤研究的思路，進一步加大工作力度，超前部署研發(fā)工作，強化頂層設計，分層次開展科技攻關，加大研發(fā)支持力度，爭取早日實現(xiàn)技術突破和規(guī)模開發(fā)。

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