我国可燃冰开发利用技术现状及前景

孟凡星

摘 要：可燃冰作为"后石油时代"最有希望的战略资源，发展前景广阔。本文通过对我国可燃冰赋存及开发现状的研究分析，总结了可燃冰利开发用前景、可燃冰的开采技术现状，重点介绍了可燃冰的开采方法以及开采过程中的难点问题。针对我国可燃冰的赋存情况，应合理谨慎地开采可燃冰这一宝贵的资源，这对于我国早日实现技术突破和规模开发具有重要意义。

关键词：可燃冰；清洁能源；开采方法；发展前景

1引言：可燃冰是天然气水合物的俗称，是公认的21世纪替代能源和清洁能源，开发利用潜力巨大，许多国家都把目光投向了可燃冰这种鲜为人知的新型能源，我国已将其纳入科技重大项目973计划，并已成功获得了天然气水合物的岩心样品。在全球能源日趋短缺的急迫形势下，可燃冰逐渐进入人们的视野，并引起各国政府的高度关注。可燃冰又叫天然气水合物，主要成分是甲烷与水分子，是由天然气与水在高压低温条件下结晶形成的具有笼状结构的似冰状结晶化合物，气体分子则多以甲烷为主（>90%），所以也被称为甲烷水合物（Methane Hydrates）。纯净的天然气水合物呈白色，形似冰雪，可以像固体酒精一样直接被点燃，因此，又被形象的称为“可燃冰”。其化学成分决定了遇火即可燃烧，且燃烧后生成二氧化碳和水，是一种天然的绿色能源。科学家们公认，可燃冰在世界范围内有广泛存在的可能性。在陆地上，大约有27%的面积是可以形成可燃冰的潜在地区，大洋水域中90%的面积也属这样的潜在区域。我国可燃冰主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原凍土带及东北冻土带。本文就可燃冰的研究和发展现状及其未来产业前景进行简要分析，并就我国可燃冰产业未来发展提出建议。

2.1可燃冰的开采现状

2.1.1开采成本高

巨大经济社会效益和严重的资源短缺激发人们对可燃冰的强烈征服渴望，但开采输送设备投入资金是巨大的，目前中国南海开采费用达200美元/m3，折合成天然气达1美元/m3，而天然气本身开采只有1元/m3，因此计划由政府、企业及科研单位联合开发。专家建议先到青藏高原冻土区试验开采，青海省木里地区可燃冰冻土层80一120m，粤埋藏冰段130--300m，资源储量大，开采技术难度及成本会较低。专家提醒，青藏高原开采需要考虑其对周围环境影响。

2.1.2规模开发存在的诸多难点和风险

天然气水合物的勘探开发是一个系统工程，涉及地质、地球物理、地球化学、流体动力学、热力学、钻探工程等众多学科，而且在开采过程中会发生温压变化及相变，因此与传统的煤炭、石油和天然气等化石能源以及致密气、页岩气、煤层气等非常规资源相比，天然气水合物的开采更为不易，特别是受成本、技术、安全环保等方面的制约，至今全球范围内尚未实现规模化商业开采。目前，天然气水合物的勘探开发理论和技术已经取得一些重要进展，但仍不成熟，尚没有一种理论能够科学全面地解释天然气水合物形成机理，开发利用也缺乏完整的理论体系指导；缺乏有效的探测识别技术，其资源量及商业开采规模等基本要素并不确定；未完全掌握探测其储层情况的技术方法，难以进行开发生产设计。此外，海底的天然气水合物开发需要铺设长距离运输管道，由此将产生种种技术难题和成本问题。

2.2可燃冰的开采方法

目前对可燃冰的开采仍处于试验阶段，主要的开采方法有综合法、添加化学试剂法、减压法、加热法等。

2.2.1降压法

降压法是通过降低压力而使天然气水合物稳定的相平衡曲线移动，从而达到促使水合物分解的目的。一般是在水合物层之下的游离气聚集层中降低天然气压力或形成一个天然气空腔（可由热激发或化学试剂作用人为形成），使与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解成天然气和水。在该方法中，由于没有额外的热量注入水合物开采层，分解所吸收的热量必须由周围物质提供，但是当水合物分解吸收的热量达到一定程度，水合物周围环境温度降低会抑制水合物的进一步分解。研究表明，这种方法在气体全面分解过程中有利于控制开采气体的流量，适合于那些储藏中存在大量自由气体的水合物储层，是现有水合物开采技术中经济前景比较好的开采技术。

2.2.2综合法

综合法是综合利用降压法和热开采技术的优点对天然气水合物进行有效开采。其具体方法是先用热激法分解天然气水合物，后用降压法提取游离气体。目前，这种方法己得到了人们的广泛推崇，己投产的俄罗斯Messoyakha气田和加拿大Mackensie气田均以该法为主要开采技术，其技术在国内具有良好的应用前景。

2.2.3加热法

加热法又称热激发法，是将蒸汽、热水、热盐水或其他热流体从地面泵入水合物地层，进行电磁加热和微波加热，促使温度上升、水合物分解。该法更适用于对水合物层比较密集的水合物藏进行开采，如果水合物藏中各水合物层之间存在很厚的夹层，则不宜用此方法进行开采。该方法的主要缺点是会造成大量的热损失，效率很低，甲烷蒸汽不好收集。特别是在永久冻土带，即使利用绝热管道，永冻层也会降低传递给储层的有效热量。所以，减小热量损失、合理布设管道并高效收集甲烷蒸汽是急于解决的问题。

2.2.4添加化学试剂法

通过从井孔向水合物储层泵入化学试剂，如盐水甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，引起水合物的分解。化学试剂法较热激发法作用缓慢，费用昂贵，但确有降低初始能源输入的优点。

2.3我国可燃冰的发展前景

我国于1999年开始开展可燃冰的相关研究，口前我国对可燃冰的研究地域主要集中在青藏高原和南海海域。国土资源部在2013年12月17日发布的忆013年海域天然气水合物勘探成果》中透露，我国首次在珠江口盆地东部海域钻获高纯度可燃冰。这标志着我国可燃冰的勘察研究工作发展进入新的阶段。据推算，目前已经发现的石油储备量还可用40年，天然气还可用70年，煤炭还可用190年。当全世界的石油煤炭资源将消耗殆尽的时候，可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到新希望。

但是，虽然全世界天然气水合物资源量非常可观，除了小型现场试验之外，目前唯一实现开采的只有俄罗斯的麦索亚哈天然气水合物气田，全球未来的天然气水合物产量尚不确定。目前，天然气水合物的研究主要集中在天然气水合物资源的勘测与评估，天然气水合物基础物理化学性质的研究、天然气水合物开采模拟与环境评价以及天然气水合物储运与利用方面。根据近年来试验性开采的成果和技术进步来看，2015-2020年发达国家实现工业规模开采天然气水合物在技术上是可行的，但要实现商业开采则值得探讨。

3结论：可燃冰的商业化运作，需要我们敏于“研”而慎于“行”。“研”是指集中优势力量联合攻关，争取在可燃冰开采、存储和运输等方面取得关键技术突破，形成一套具有自主知识产权的技术方法；“行”即对于何时开采一定要谨慎行事，要吸取过去海洋油气开发泄漏教训，充分估计可燃冰开采可能产生的环境影响，做足防泄漏开发技术准备。可燃冰虽然有着诱人的前景，但是更大的挑战也摆在了人们面前。目前，对可燃冰的开采仍处于试验阶段，要实现工业规模开采和商业化开采还有很长一段时间。目前，天然气水合物的发展受理论认识、关键技术、开发方案、开采成本、安全环保等方面的制约，难以实现规模化商业开采。我国应坚持跟踪研究的思路，进一步加大工作力度，超前部署研发工作，强化顶层设计，分层次开展科技攻关，加大研发支持力度，争取早日实现技术突破和规模开发。

参考文献：

[1]张永宾，张琪.试论可燃冰发展的前景及如何更好的开发利用.2013年总第186期一机械与工艺.

[2]孙玉清，李静，王茜.可燃冰发展现状及产业化前景.经济研究参考2014年第50期（总第2610期）.

[3]冯望生，宋伟宾，郑箭的，等.可燃冰的研究与开发进展.2013.08.005.

[4]张颖异，李运刚.新型洁净能源可燃冰的研究发展.资源与产业，第13卷第3期2011年6月.

[5]王智明.曲海乐，营志军.中国可燃冰开发现状及应用前景.2010年第5期（总第334期）.