我国可燃冰开发利用技术现状及前景

(郑州大学 河南 郑州 450000)

一、引言

根据我国可燃冰资源储量大，开发难度大的特点，采矿技术的不断创新和低成本绿色技术的创造将成为未来可燃冰的主要研究方向。2008年，中国专家预测，可燃冰的长期资源量将超过2000亿吨油当量。南海的储量约为700亿吨油当量，而黑龙江省青藏高原和多年冻土地区的储量约为1400亿吨。尽管如此，仍有大量可燃冰储备存在于海底等待发现。在中国东部海域，冲绳海槽和南沙海槽中发现了可燃冰的存在证据。由此可见，可燃冰不仅存在于冻土区域，而且还存在于海床中。与冻土地区的储量相比，海底储量更加丰富。然而，由于海洋环境的复杂性，这给我们带来了挑战和机遇。中国的天然气水合物勘探历史比西方晚了近20年，在技术方面存在5 -7年的差距。克服勘探开发的技术堡垒是我国可燃冰研究的核心问题。

二、可燃冰最新开采技术

(一)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。

(二)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

三、可燃冰的应用

(一)可燃冰的开发利用技术现状与分布现状：

中国的可燃冰研发单位主要包括中国石油大学，中国科学院青岛研究院，广州天然气水合物研究中心和中国海洋石油总公司。目前，发明的勘探方法包括地球化学方法，地址勘探方法和地震勘探方法。中国的勘探技术得到了国际认可和肯定，并已达到相对成熟的阶段。然而，有三种传统的采矿方法：一种是热激发方法，它基于可燃冰的化学性质。当可燃冰的温度超过其平衡温度时，可燃冰将分解成水和天然气。但可燃冰层一般分布在天然气层下，天然气将向上排放，我们可以直接开采天然气。该方法的核心技术是其加热方法，经历了热流体加热，火驱动加热，电磁加热等历史。但到目前为止，这种方法仍需要完善。因为它具有热利用效率低的问题。加热方式的发展是热激活方法的发展，因此加热方式的研究是目前的主要研究方向。

第二种方法是降压法。核心技术是通过降低压力以这种方式分解天然气水合物。减压的主要方法有两种：(1)低密度泥浆钻井，达到减压目的;(2)当天然气水合物层下有游离气体或其他流体时，通过在天然气水合物层下抽出游离气体或其他流体来降低天然气水合物层的压力。[2]与热激活方法相比，降压法不需要连续激励过程，大大降低了开采成本，适用于大面积开采，特别是天然气下可燃冰的开采层。这种方法是最先进的传统方法之一。第三种方法是化学试剂注入开采法。将一些化学试剂注入可燃冰层以促进其分解。目前，化学注射剂主要有盐水，甲醇，乙醇，乙二醇，丙二醇等。然而，这种方法不经济而且速度慢，不适合商业开发，因此其研究投入较少。它需要昂贵的化学品和气体水合物缓慢的反映过程。寻找一种高效经济的化学注入试剂将是该方法的主要突破方向。

新方法包括二氧化碳置换开采法和固体开采法[2]。二氧化碳替代可以向深海输送大量的二氧化碳，这有助于减缓全球变暖。国外学者特意采用数值方法研究CO2地质封存技术，协助分析可燃冰的动态特性和稳定性，并分析了该方法的应用领域[3]。固体采矿方法步骤多，经济效果差。最初，将天然气水合物直接收集到海洋的浅水中进行一系列受控分解。其运输过程面临非常严峻的技术挑战。因此这种方法逐渐演变为是混合泥浆开采方法。具体步骤如下：首先，将天然气水合物原位分解，然后收集混合泥浆。此时，将混合泥浆与气 - 液 - 固相水合物混合，然后将混合泥浆拖入浅水中进一步分解。经过一系列彻底分解后，得到气相即天然气。

(二)可燃冰的应用前景及问题

在国家能源战略方面，可燃冰的开发利用将大大缓解中国的能源危机。中国是世界上最大的原油进口国，预计到2020年将进口2亿吨。而在中国工业的快速发展中，一旦其他国家切断原油进口，对原油的需求将继续增加，中国的工业发展将受到严重打击。因此，可燃冰的勘探和开采迫在眉睫，其战略储备和商业开发将成为未来中国能源的坚实后盾。其次，由于采矿和运输设备资金巨大，采矿成本不断增加，这种巨大的经济压力和缺乏能源不断刺激着我们对可燃冰利用的渴望，从科研机构到企业，从政府到国家都对可燃冰的研究有着高度的重视。专家表示，在开发海洋可燃冰资源之前，我们可以在青藏高原多年冻土区和东北冻土区进行试点开采。冻土区可燃冰资源储量大，开采技术要求低，大大降低了开采成本，为我们提供了海洋开发领域的经验。然而，专家们还提出，青藏高原多年冻土区的开采需要考虑自身开采对周围环境的影响，以避免更大的错误。中国的可燃冰研究和采矿技术水平有一些局限性。在可燃冰研究的道路上，中国研究人员仍有许多难以克服的难题。到目前为止，中国的可燃冰资源量尚未准确估算，其巨大的勘探开发仍需要技术人员不断挑战。被称为可燃冰的地球物理现象，如潜艇坑，泥火山，烟囱和海底土墩，尚未得到研究人员的解决。最终的核心问题，加快可燃冰绿发展技术的研究，开发和利用可燃冰的步伐。可燃冰的开采将带来诸如海底斜坡崩溃和加剧全球变暖的全球灾难，温室的可燃冰能力效果是二氧化碳的26倍，故会导致异常气候和海平面上升。对于可燃冰的开采没有经济有效的方法，所有技术仍然存在缺陷和需要解决的问题。不同的水库，不同的环境和不同的开采条件需要不同的方法和对策。安全，高效，经济和多样化的技术创新需要未来科研人员的辛勤工作。