中國可燃冰開發(fā)面臨的環(huán)境現(xiàn)狀

王九榮

摘 要：本文主要對中國可燃冰開發(fā)面臨的環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)分析。首選討論了國內(nèi)外可燃冰的開采情況，其次在解析可燃冰開發(fā)面臨的環(huán)境問題基礎(chǔ)上，對可燃冰開發(fā)環(huán)境控制要點進(jìn)行總結(jié)分析，希望通過探討之后，可以給相關(guān)領(lǐng)域的研究者提供參考。

關(guān)鍵詞：中國可燃冰;開發(fā);環(huán)境現(xiàn)狀;分析

前言

最近數(shù)10年，水土污染以及霧霾這樣的環(huán)保隱患一直對我國造成嚴(yán)重的影響。這和以燃燒煤炭來獲取各種能源的能源結(jié)構(gòu)有著密不可分的關(guān)系，我們必須尋找一種全新的清潔能源來替代煤炭的燃燒，綜合了眾多清潔能源的各項優(yōu)缺點之后，可燃冰被當(dāng)成是一種極具開發(fā)潛力的清潔能源項目。相對于其他西方國家對于可燃冰的研究進(jìn)展而言，我國的研究發(fā)展起步較晚，僅僅是在21世紀(jì)才開始相關(guān)研究。但在我國科研工作者的不斷努力下，我們對于可燃冰的開發(fā)已經(jīng)有了很大的了解和進(jìn)步?？扇急拈_發(fā)必須慎之又慎，由于可燃冰必須在特定的地質(zhì)條件下才會形成，假如使用不成熟的技術(shù)手段進(jìn)行開發(fā)，就可能會對氣候和地質(zhì)造成嚴(yán)重的損害，并對未來形成潛在的環(huán)境風(fēng)險。

1國內(nèi)外可燃冰的開采情況

從上個世紀(jì)30年代勘探和開采石油的過程中，人們了解到天然氣水合物的形成會對油氣管道造成阻塞，于是一些開發(fā)和研究天然氣和石油行業(yè)的人員開始致力于怎樣抑制水合物的形成。到了1964年，天然氣水合物在西伯利亞的永久凍土層被發(fā)現(xiàn)，這對于使用天然氣水合物作為清潔能源的研究起到了重大的推動。隨著鉆探技術(shù)的不斷發(fā)展，深海鉆探項目（DSDP）以及海洋鉆探項目（ODP）還有綜合海洋鉆探項目（IODP）進(jìn)一步開展，在自然生態(tài)環(huán)境中豐富的天然氣水合物被大量的開采和發(fā)現(xiàn)，根據(jù)KevenVolden的估計，目前地球上全部已知的甲烷水合物的總量達(dá)到了（1.8～2.1）×1016m3，這個數(shù)量達(dá)到了目前全球所有已知的礦物燃料的兩倍之多，這個數(shù)據(jù)足以說明，未來的主要原料來源第一就是可燃冰。

2環(huán)境問題成因分析

2.1引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害

由于可燃冰的形成地質(zhì)環(huán)境條件特殊，在特定情況下，開發(fā)可燃冰會造成相變，它的主要流程如下：（1）在形成天然氣水合物過程中，流體的移動被孔隙空間所阻礙，導(dǎo)致礦物膠結(jié)的沉積學(xué)過程被嚴(yán)重影響，在沒有固結(jié)或者固結(jié)不穩(wěn)定的天然氣水合物的沉積層，這些水合物是作為亞穩(wěn)態(tài)交結(jié)物存在的。（2）由于海底多發(fā)地震以及人工開采的因素，原本穩(wěn)定區(qū)域的溫度和壓力可能會受到影響，造成天然氣水合物不再穩(wěn)定。固體氣-水合物會成為液體的氣-水合物。（3）由于天然氣水合物的基底位置松散，造成氣體的外泄，這很可能會導(dǎo)致海底滑坡或地震的自然災(zāi)害。外泄的氣體迅速上竄，非?？赡軐?dǎo)致井噴，并且損害設(shè)備，對開采人員的生命安全也會造成威脅。

2.2改變氣候

如果在鉆探開采的過程中，急躁冒進(jìn)或不顧地震等因素。那么可能會加速甲烷的溢出，并且打破原本穩(wěn)定區(qū)域的天然氣水合物的應(yīng)力平衡，對地質(zhì)造成嚴(yán)重的破壞。當(dāng)水合物釋放的甲烷進(jìn)入海水，某些喜氧的細(xì)菌或微生物可能會氧化這些甲烷，這會使海水的含氧量降低，導(dǎo)致生物的大批死亡甚至滅絕。問一些講完可能會從海面溢出，改變大氣環(huán)境。作為一種關(guān)鍵的微量元素，甲烷在大氣中的比例會被氣候和氣壓影響。當(dāng)前的大氣甲烷濃度約為6.9×1012m3。作為溫室氣體的甲烷存在放射性，即使占二氧化碳總量的5%，但它比同等重量的二氧化碳，會造成多達(dá)20倍的溫室效應(yīng)。無論是陸地還是海洋的天然氣水合物中，甲烷的含量都超過大氣含量的3000倍，如果由于開采天然氣水合物，將大量的甲烷釋放到大氣中，就會改變大氣構(gòu)成并影響大氣的輻射特性，并對全球的氣候造成改變。

2.3其他環(huán)境風(fēng)險

采用熱激發(fā)法開采可燃冰的方法，是使用加壓泵把熱流體從地面泵入地層，運(yùn)用電磁或微波加熱的方式加快地層溫度升高，用這樣的方法促進(jìn)水合物分解為CH4和H2O。這個方法的不足之處是難以收集過程中生成的甲烷，很可能導(dǎo)致甲烷泄漏并對環(huán)境造成污染。

對此可以利用化學(xué)抑制劑的手段調(diào)整固態(tài)水合物以及氣態(tài)甲烷之間的熱相界限。在前蘇聯(lián)的Messoyakha氣田，開采可燃冰的方法達(dá)到了不錯的實驗成果。他們通過鉆井組向地層注入化學(xué)抑制劑，來破壞原本較為穩(wěn)定的可燃冰外部，并把可燃冰分成功分解為CH4和H2O，他們運(yùn)用的化學(xué)抑制劑通常為甲醇或乙二醇。不過這兩種物質(zhì)不僅有毒且易揮發(fā)，并不能大規(guī)模使用。

3對策

為了緩解和改善可燃冰勘探給環(huán)境造成的影響，我們可以從如下幾個角度進(jìn)行改善：

3.1針對地質(zhì)災(zāi)害的對策

（1）評價環(huán)境風(fēng)險

由于可燃冰的開采非?？赡軙Νh(huán)境造成嚴(yán)重的影響，所以制定有效的可燃冰儲藏特性開發(fā)評價系統(tǒng)是尤為關(guān)鍵的，利用這種系統(tǒng)我們可以對特定的未固結(jié)層開展全面分析研究，來了解在商業(yè)開采方面，可能會對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響以及對地層造成的應(yīng)力變形情況，通過這些來判定地層滑坡以及漏氣的風(fēng)險可能性。

（2）設(shè)計可行性強(qiáng)的施工方案

在2017年，我國在南?！吧窈焙Ｓ虺晒υ嚥煽扇急脑囼?，不僅完成了安全生產(chǎn)的要求，也避免了對環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。通過對水合物區(qū)海底地形地貌特征以及工程地質(zhì)特征的深入了解，對水合物儲藏的特性進(jìn)行了全面分析，以科學(xué)的井位設(shè)計和降壓方案，從源頭上避免了甲烷泄漏可能造成的環(huán)境和災(zāi)害影響。

（3）原位檢測

在可燃冰開采發(fā)動以前，依據(jù)海底地形對氣體滲漏的監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行布局，搭建完善的海水-海底-井下的全方位環(huán)境安全保障和監(jiān)測系統(tǒng)，嚴(yán)格做到實時并全方位的檢測溫度、壓力、以及甲烷濃度和海底穩(wěn)定，性的各項參數(shù)，這樣的做法可以系統(tǒng)的了解整個開采過程中可能存在的問題。例如中國和日本這兩個國家，為了保障開采的安全及規(guī)避可能存在的風(fēng)險，科研人員在生產(chǎn)的實驗階段，就必須監(jiān)測海底的變形情況以及儲存的穩(wěn)定性，并在實際開采過程中實時了解現(xiàn)場甲烷的泄漏情況。根據(jù)實際操作的情況來看，原位監(jiān)測對于降低開采風(fēng)險可以起到良好的效果。

3.2針對氣候改變的對策

（1）大量使用化石燃料造成了二氧化碳的過度排放，因此政府也在不斷鼓勵民眾使用新能源的交通工具，通過公交出行的方式降低碳排，這對緩解全球變暖起到了好的示范。并扭轉(zhuǎn)凍土的生態(tài)環(huán)境，保證凍土中的可燃冰相對穩(wěn)定。

（2）針對二氧化碳的海洋封存，可以合并可燃冰的開采技術(shù)，從可持續(xù)發(fā)展的角度進(jìn)行研究，向儲層中注入二氧化碳，以二氧化碳來置換地層中的可燃冰，保證地層的穩(wěn)定。

3.3針對其他環(huán)境風(fēng)險的對策

想要進(jìn)一步開采可燃冰并減少潛在的風(fēng)險，不僅優(yōu)化開采的方式也需要在技術(shù)層面上不斷革新。目前的天然氣水合物開采，不僅運(yùn)用了自主研發(fā)的探測深潛器，也結(jié)合探測遙感技術(shù)以及更為精確的海底定位技術(shù)。在設(shè)備方面，提升采樣機(jī)和鉆機(jī)材料的耐壓和密封性，并對環(huán)境的連鎖效應(yīng)進(jìn)行深入研究，有效防災(zāi)減災(zāi)，對于鉆采船/平臺以及運(yùn)輸船這些裝備也要進(jìn)行進(jìn)一步的革新。

4結(jié)論

開采可燃冰受到十分苛刻的環(huán)境和環(huán)保條件限制，本文結(jié)合我國開采可燃冰的歷史和現(xiàn)實，進(jìn)行了深入分析和全面調(diào)查，為可能存在的開采隱患提供了解決方法。為了使我國可燃冰的商業(yè)開采更上一層樓，我們應(yīng)當(dāng)綜合技術(shù)和政策制度的良好推進(jìn)，進(jìn)一步解決開采可燃冰可能造成的環(huán)境問題。

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