可燃冰国内发展现状研究

可燃冰国内发展现状研究

赵魏

（郑州大学，450000）

摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，可燃冰具有燃烧热值高，清洁无污染，分布范围广、资源量大等优势，是石油天然气之后的最佳替代能源。文章概述了可燃冰的形成条件及世界分布情况，阐述了降压开采法、加热开采法、化学试剂注入法、置换法、综合法五种可燃冰开采方法。针对其开采难度大、开采技术与方法尚不成熟、开采成本高，且可能带来温室效应、井喷、海啸、海底滑坡及破坏海洋生态平衡等方面的负面影响，提出了完善法规政策、夯实理论基础、规避安全与环境风险等建议。

关键词：可燃冰；环境风险；开采方法

“可燃冰”（Combustibleice），学名天然气水合物(NaturalGasHydrate)，由天然气和水在高压、低温条件下混合而成，它的化学式可用mCH4·nH2O表示，m代表水合物中的气体分子数，n代表水分子数。可燃冰分布在岩石的孔隙和裂隙中，呈结核状、层状或块状，颜色有白色、淡黄色、琥珀色和暗褐色几种，外观象冰、遇火即可燃烧，具有燃烧值高、清洁无污染等特点。

1可燃冰的分布

可燃冰于20世纪60年代首次被发现，据勘测研究发现，可燃冰主要存在于冻土地区和海洋环境（深海和浅海环境均有）。98%在海洋环境，2%在冻土地区。而已发现的可燃冰大多存在于陆地上的永久冻土区及陆地边缘的海底深层砂砾中。就全球而言，可燃冰主要储存于海底之下0～1500m的松散沉积岩中。国内的可燃冰主要分布在两个地区，一个青海和西藏的冻土区，另一个就是南海。青藏高原以冻土带为主，因此可能储藏大规模的可燃冰资源。其次，我国南海的可燃冰储量相当丰富，全球可燃冰含量大约是2.1×1016m3，而我国南海大约含有6.4×1013m3。

2可燃冰的发现及分布

早在1778年，在深度600-800米的海底，英国化学家普得斯特里就发现了可燃冰，着手研究其生成条件，如温度、压强、地理环境等。1965年，在位于西伯利亚冻土区的麦索雅哈气田，前苏联也发现了可燃冰，并成功进行了商业试采。可燃冰存在于陆地和海洋中，所在地区要求地层中既要有充足的天然气，又要有足够的岩石孔隙和裂隙空间。陆域可燃冰蕴藏于北极圈和大陆高原的永久冻土带，如西伯利亚北部、阿拉斯加和加拿大北部。海域可燃冰蕴藏于大陆架边缘深水盆地、大陆坡、海山以及内陆海中，如中国南海、墨西哥湾、加勒比海、美洲东西海岸、非洲西海岸、白令海、鄂霍茨克海、日本海、新西兰海、阿曼海湾、罗斯海和威德尔海、巴伦支海和波弗特海、黑海和里海地区。可燃冰分布广，资源量大，比天然气更为纯净，已探明的可燃冰中蕴藏着大约2000多万亿立方米甲烷，按照当前的消费水平，可供人类使用上千年。

3可燃冰开采方法

3.1加热开采法

加热开采法又称热激发法，该方法大致原理是保持天然气水合物稳定带压力不变，将热水、热盐水、蒸汽或其他热流体通过注采井从地面泵入水合物地层，通过提高水合物地层的温度，使天然气水合物分解成水和天然气，最后利用集气装置收集分解的天然气。但此方法不足之处在于不易收集。海底的可燃冰不是集中为“一片”，也不是一大块岩石，而是较为均匀地遍布。如何布设管道并高效收集是急于解决的问题。另一缺点是加热法会造成大量的热损失，效率低。特别是在永久冻土区，即使利用绝热管道，永冻层也会降低传递给储集层的有效热量。开采不当还会影响沉积物孔隙度、渗透率等因数，对储层造成大面积破坏。目前世界上通用的加热方式主要有：注入热流体（如热水、热盐水、蒸汽等）、太阳能加热、电磁加热、微波加热等。每种热开采方法各有优缺点。如注入热流体，优点是简单、成本低且能循环利用，缺点是效率低，热量损失较大；太阳能加热高效、清洁、无污染，但易受气候变化影响；电磁加热可迅速加热，易于控制，但需要大量的能量及复杂的设备，成本较高；微波加热易于控制，通过波导管传输，但缺乏大功率磁控管。加拿大、日本、美国多采用加热法，且普遍利用注入流体加热。

3.2固体开采法

固体开采法最早是直接获取海底固态天然气水合物，将天然气水合物输送至浅水区通过搅拌或其他物理化学方法对其进行稳定性分解。近年来，这种方法逐渐成为混合开采法：①在原地将水合物分离为气液混合物，采集混合泥浆。②将混合泥浆输送至作业船与生产平台处理，让天然气水合物进行完全分解，达到获取天然气的效果。此方法依靠海水温度的能量，抑制水合物分解。由于水合物从深水区输送至浅水区历经三相流动且需要消耗大量能量。因此，对于商业化生产还有很多技术难关需要攻克。

3.3针对地质灾害的对策

(1)评价环境风险可燃冰的开采所面临的环境压力巨大，开发可燃冰储层特性评价系统很有必要。用该系统程序对特有的未固结层进行综合性评价，分析可燃冰的商业开采对周边地层可能会造成的应力状况或地层变形，判定其商业开采造成地层下滑、漏气等环境风险的可能性的大小。(2)设计合理的施工方案我国2017年在中国南海“神狐”海域进行的可燃冰试采成功，做到了安全生产和环境友好。根据水合物区海底地形地貌特征、工程地质特征、水合物储层特征，通过合理设计井位及降压方案，从工程设计上避免发生甲烷泄漏所引发的环境问题和灾害问题。(3)原位监测可燃冰开采前，通过布设海底地形、气体渗漏等监测设备，构建海水—海底—井下一体化环境安全监测体系，实现对温度、压力、甲烷浓度及海底稳定性参数的实时、全过程监测，有利于发现开采过程中出现的问题。以中国和日本为例，为了避免风险和确保安全，研究人员在试验生产过程中监测了海底的变形、储层稳定性和现场甲烷泄漏情况。结果表明，原位监测是降低可燃冰开采风险的有效途径。

结语

可燃冰是石油天然气之后的最佳替代能源，为人类带来了新的希望，目前世界上可燃冰开采方法与技术尚不成熟，因此，可燃冰必须在政策法规标准较全面，理论与技术切实可行，经济成本可接受，安全环保措施较完善的前提下，大规模商业开采才能从理论成为现实。

参考文献

[1]清洁能源可燃冰研究现状与前景.张寒松.应用能源与技术.2014.08第八期.

[2]可燃冰发展现状及产业化前景.孙玉清，李静等.经济研究参考.2014第50期.