我国可燃冰开发利用技术现状及前景

王健康

摘 要：可燃冰是21世纪公认的替代能源和清洁能源，开发利用潜力巨大。为了实现可燃冰更进一步的开发利用，本文介绍了可燃冰的概况、分布情况、开采技术与方法以及开采过程中的难点问题，最后对可燃冰的未来开发前景做了展望。开采可燃冰会给环境带来的一系列问题，而且我国开采技术目前还不够完善，要实现工业规模开采和商业化开采还需要一定的时间。

关键词：可燃冰；研究现状；发展前景

1.可燃冰的介绍

1.1可燃冰的形成

可燃冰最早是由英国化学家普得斯特里于1778年首次发现，其形成条件是，在至少为600？800m深的海床上，大量细菌吞食动植物等有机物残留遗体时分泌释放出甲烷气，且深海下水温较低，压力较高，导致释放出的甲烷气体被水分子包裹，并与沙土混杂物等混掺在一起，形成甲烷冰冻水合物。综上所述，可燃冰的形成必须满足3个基本条件：温度、压力和原材料。首先，低温。可燃冰在0—10℃时生成，超过20℃便会分解。海底温度一般保持在2—4℃左右；其次，高压。可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。最后，充足的气源。海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。

1.2可燃冰的储量及分布

我国的天然气水合物资源主要分布在东海、南海海域、青藏高原以及东北冻土带。据估算，我国天然气水合物总资源量约为84万亿m3，其中东海、南海海域分别约为3.4万亿m3和65万亿m3，陆地上青藏高原、东北冻土带分别为12.5万亿m3和2.8万亿m3。

2.可燃冰的开采技术

由于天然气水合物独特的形成条件和存在环境，决定了对其勘探识别和开发利用研究存在一定的难度。目前对可燃冰的开采基本上处于研究、试验阶段，尚没有可靠、完美的方法和方案。主流的开发方法主要有热激发法、减压法、化学试剂注入法、固体开采法、二氧化碳置换法以及多种开采模式组合法等。目前的开采方法存在诸多问题：生产效率低、开采条件要求高、所用材料昂贵、环境风险大等，仍需要进一步的发展和完善。

2.1热激发开发法

热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，因此该方法尚有待进一步完善。

2.2减压开采发

减压开采发是一种利用降低压力促使可燃冰分解的开采方法。减压途径主要有两种：①采用低密度泥浆钻井达到减压目的；②当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时，通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力。减压开采法不需要连续激发，成本较低，适合大面积开采，尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采，是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。但它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求，只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时，减压开采法才具有经济可行性。

2.3化学试剂注入开采法

化学试剂注入开采法通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破坏天然气水合物藏的相平衡条件，促使天然气水合物分解。这种方法虽然可降低初期能量输入，但缺陷却很明显，它所需的化学试剂费用昂贵，对天然气水合物层的作用缓慢，而且还会带来一些环境问题，所以，对这种方法投入的研究相对较少。

2.4 二氧化碳置换开采法

这种方法首先由日本研究者提出，方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下，天然气水合物保持稳定需要的压力比CO2水合物更高。因此在某一特定的压力范围内，天然气水合物会分解，而CO2水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向天然气水合物藏内注入CO2气体，CO2气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2水合物。这种作用释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。

2.5固体开采法

固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物，将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是，首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相，采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆，然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理，促使天然气水合物彻底分解，从而获取天然气。

3.可燃冰发展前景

近年来，国内相关机构和能源企业也纷纷介入天然气水合物的勘探开发研究。国土资源部所属的中国地质调查局做了大量研究和勘查等工作，取得不少实质性进展；中国科学院广州天然气水合物研究中心完成了“青海省天然气水合物勘探开发方案研究报告”；青海省政府与神华集团签订了战略合作框架协议；中国海油成立了深水1程重点实验室，将天然气水合物作为主要研究方向之一，建立了三维可视开采模拟试验系统，参与国家863计划“天然气水合物模拟开采技术研究”和国家973项目“天然气水合物开采中的多相流动机理和相关基础理论研究”等课题的研究；中国石油成立了天然气水合物相关课题的研究，并把天然气水合物勘探开发技术作为科技发展规划的超前储备技术，针对冻土区和海域的天然气水合物开展钻探、勘查等研究工作。

4.结论

我国可燃冰储量丰富，分布广泛，海域和陆域都有发现，但是目前已进行开采的气田仅有四个。这与可燃冰庞大的储量相比只是一个很小的部分。当前，我国天然气水合物的发展仍处于探索阶段，产业链也没有形成，仍处于成长期，未来的发展空间很大，进入實质性规模开发尚需时日。目前的开采方法存在诸多问题：生产效率低、开采条件要求高、所用材料昂贵、环境风险大等，仍需要进一步的发展和完善。“十二五”以来，国家颁布了《天然气发展“十二五”规划》，在规划中明确提出要“加大天然气水合物资源勘查与价力度，适时开展试开采工作”，将可燃冰的勘探、开采列入到国家未来发展规划中，为我国可燃冰未来发展指明了方向。

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