冰与火可燃冰的新突破

黄露露　陈波涛

2017年5月18日，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功，这标志着中国成为全球第一个在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。在传统化石能源日益枯竭的今天，可燃冰的成功试采对于缓解能源危机具有重要的意义。我国在此次试采中实现了多项关键技术的完善与自主创新，但这是否意味着很快我们就可以大规模使用可燃冰来代替石油、煤炭等传统能源了呢？

可燃冰，也称为天然气水合物，是一种固体结晶物质。其微观结构是一个个由水分子构成的“笼子”，每个“笼子”里“关”着一个甲烷分子。它外形似冰，但只需稍微被火烤一会儿就能燃烧，释放出大量的能量。

可燃冰要在低温高压的环境下才能形成。海底极大的压强和低温为可燃冰的形成创造了条件，在0℃、30个大气压下，海洋生物碳循环产生的天然气和水就能形成可燃冰，因此它在海洋和一些内陆湖泊的深处分布广泛。此外，可燃冰在海岛斜坡带、大陆与海洋边缘带、极地大陆架及陆地冻土带也有分布。我国可燃冰主要分布在南海和东海海域、青藏高原和东北冻土带。

可燃冰是一种在地球上储量巨大的清洁能源，很多国家都已经对它展开研究，并且打算持续稳定地开采。从可燃冰的化学成分和形成条件来看，开采时只需升温减压，就可以释放出大量甲烷气体和水。但是真的有这么简单吗？

2013年，日本科学家利用深海探测船，在约1000米深的海底采用降压法降低地层压力，将可燃冰分解为水和甲烷气体，并将甲烷气提取出来。由于可燃冰覆盖在海底浅层，和海底泥沙混合在一起，开采可燃冰的同时还要排除泥沙，结果开采过程中泥沙堵住钻井通道，日本的科研团队被迫中止了开采计划。

可燃冰的开采还是一道世界性难题。可燃冰是固态，从地下或深海开采固体十分困难，需要考虑管道堵塞、传输时周围环境改变而造成气体泄漏等复杂的问题。可燃冰开采平台在深海极端条件下的工作稳定性也成为能否持续开采的关键因素。全球海底可燃冰中甲烷总量巨大，在开采和输送过程中如果稍有不慎，让甲烷气体直接进入大气，不仅会加速全球变暖的进程，而且会给全球气候及海洋生态环境带来难以想象的灾难。

可燃冰仿佛是一只沉睡的巨兽，只有强大的科学技术才能“唤醒”它为人类服务。

我国对可燃冰的研究起步较晚，但是我国科学家在这一领域探索的步伐却十分迅捷。本次南海可燃冰试采，连续产气超过一周，累计产气12万立方米，就是世界首次成功实现对难度最大的泥质粉砂型天然气水合物的安全可控开采，这其中蕴含着中国技术的跨越式进步。

开采可燃冰时，将开采固体变为开采气体这一过程十分关键。此次中国在可燃冰试采中取得突破，就是因为将该过程中涉及到的防砂、储层改造、钻井和勘探等多方面的技术进行了革新。其中，储层改造采用降压法，即将海底原本稳定的压力降低，破坏可燃冰储层在海底的储藏条件，再借助自主研发的一套水、砂、气分离技术将天然气成功取出，同时整个过程都保持可控，避免海底甲烷泄漏。

可燃冰中的天然气被提取出来后，该如何储存？这是困扰开采人员的又一个技术难题。

如果是在开采平台上储存，就需要将气态的可燃物加压进行液化。可燃冰大多分布于海洋水深1000米到3000米海域范围内，这样的海洋深度意味着开采点离海岸线的距离不会太近。如何将气态甲烷转化为液态，是采用人工加压还是远程操控？

采用人工加压意味着操作人员需要生活在开采平台上，这将会产生很多不安全因素；采用远程操控，就需要加大技术上的投入。

采集到的天然气又该如何运输呢？目前常用的方法有海上的货轮运输与铺设海底输气管道运输。

由于开采点距离海岸线较远，无论采用货轮还是输气管道，都属于长距離运输。海洋复杂的气候条件给货轮的运输及海底管道的检修都增加了难度。

可燃冰的成功试采，为我国进一步开发这种清洁能源提供了技术支撑。然而，存储、运输、大面积开采对海底生态环境造成的影响等因素也制约着可燃冰的开发。相信随着开采项目中各个技术环节的进步与完善，可燃冰的大规模商业化开采将不再遥远。endprint