可燃冰研究現狀及商業化開采瓶頸

付亞榮

中國石油華北油田公司

可燃冰，學名天然氣水合物，是分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類似冰狀的結晶物質。2017年5月10日中國在南海神狐海域水深1 266 m海底以下203～277 m成功實現開發難度最大的泥質粉砂型天然氣水合物可控開采［1］。經過近20年的努力，取得了天然氣水合物勘查開發理論、技術、工程、裝備的自主創新，實現了歷史性突破［2］。英國科學家普德斯特里早在1778年開始研究可燃冰形成的溫度和壓力條件［3］，但沒有引起足夠的重視，1810年首次在戴維的實驗室發現可燃冰［4］；一直困惑人們的油氣管道和加工設備冰狀固體堵塞物，到1934年才知道是可燃冰［5］。世界上首個可燃冰氣藏商業開采最成功的案例，發現于1965年西伯利亞凍土區的麥索雅哈氣田，1969年其試采總產氣量129×108m3中約47%為可燃冰［6］。目前已在79個國家和地區發現了可燃冰。地球上可燃冰儲量約為2×1016m3，是剩余天然氣儲量的128倍，其有機碳總資源量相當于全球已知煤、石油和天然氣碳含量的2倍。約4×107km2的海底探查有可燃冰分布，可供人類使用 1 000 年［7］。

全球對可燃冰的勘探持續進行，2004年7月29—31日第八屆國際天然氣水合物大會，云集了世界各國700多位科學家，以618篇高質量的論文摘要和408篇論文全文，榮居歷屆大會之最［8］。天然氣水合物SⅠ、SⅡ、SH“籠形包合物”結構已被X-Ray、Raman、NMR等實驗所證實，其量子穩定化能也得到了深入研究［9］。但可燃冰的生成機理、成藏機理、遷移途徑及影響其成藏的物理化學條件還沒有明確的答案，且開采技術和環境保護面臨很多困難。若想可燃冰的未來是“天使”而不是“魔鬼”，還需要多項關鍵技術的突破。

1 全球可燃冰的分布及勘探開發現狀

1.1 可燃冰分布

全球可燃冰主要分布在西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千島海溝、沖繩海槽、日本南海海槽、四國海槽、南海海槽、蘇拉威西海、韓國郁龍盆地、新西蘭北島，大西洋海域的布萊克海臺、墨西哥灣、加勒比海、南美東海岸外陸緣、非洲西西海岸海域，東太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亞—俄勒岡濱外、秘魯海槽，印度洋的阿曼海灣，北極的巴倫支海和波弗特海，南極的羅斯海和威德爾海以及黑海和里海等［10］。美國、俄羅斯、加拿大、荷蘭、日本、印度等國對可燃冰勘探的目標和范圍含蓋了幾乎所有的海洋陸緣重要潛在區域和高緯度極地永久凍土帶及南極大陸陸緣地區［11］，相繼將制定的詳細發展路線圖納入國家能源中長期發展規劃，依靠地震勘探已探明北極地區有大量正在形成的可燃冰［12］。

1.2 勘探開發現狀

1934年美國科學家在輸氣管道中首次發現了可燃冰實體，并提出了Hammer Schmidt方程；1946年，前蘇聯學者N.H.斯特里諾夫從理論上認為自然界存在天然氣水合物礦藏；1951—1952年Claussen先后確定了Ⅱ型、Ⅰ型天然氣水合物的結構［13］，這標志著科學家的視野中融入自然界存在的氣體水合物。

美國USGS（地質調查局）估計，美國可燃冰儲量為2.8×1015m3，而 DOE（美國能源部）估計天然氣儲量為5.24 ×1012m3。20世紀60年代創立了海洋可燃冰識別地震標志——似海底反射層；1981年投入800萬美元制定10年可燃冰研究計劃；自1988年起每年投入2 000萬美元列入國家能源戰略長遠計劃；2001—2007年BP阿拉斯加開發公司與美國能源部等合作在阿拉斯加北坡Eileen Trend地區進行了可燃冰的開發和Milne Point地區的資源鉆探試驗，資源擁有量12.6×1012m3，目前美國沒有實現2015年投入開發的目標，但2012年康菲公司在阿拉斯加陸上北坡凍土區用CO2置換可燃冰取得了30 d 采出 CH4近 3×104m3的可喜成績［6，14］。

日本自20世紀70年代末在南海海槽發現似海底反射層（BSR）后，加大日本周邊海域可燃冰的探測力度，80年代末鉆探獲得可燃冰樣品，地質調查局公布了可滿足日本100多年天然氣需求的擁有約 4.655×1012m3可采儲量的可燃冰［15］。1998年，日本與加拿大聯合，在高緯度的加拿大西北Mackenziedg三角洲凍土帶，鉆進至890～952 m處獲得37 m可燃冰巖心［16］，鉆井井深1 150 m。1995—1999年用于可燃冰基礎研究及重點海域的地球物理調查和實驗鉆探等投資高達6 400美元，且獲取了海洋可燃冰樣品，成為世界上首個掌握利用地震探測和物理探測抽取可燃冰的國家［17］。2012年安倍晉三再度上臺后加快推進可燃冰商業開采進程，并于同年2月在日本近海進行首次商業性鉆探（如圖1）；2013年3月12日，MH21研究財團利用“地球號”探測船在愛知縣渥美半島附近約1 000 m的海底深處向下鉆探260～330 m到可燃冰層，利用3口監測井、1口測試井進行世界首次可燃冰海洋生產試驗，采用井下電潛泵排液采氣和井下電加熱等技術，實現全球首次試采海域可燃冰（圖2）［18］，連續6 d累計生產CH4約12×104m3，獲得的監測數據為以后可燃冰商業化開采提供了寶貴的研究資料［15］。日本計劃在2018年開發出成熟的可燃冰開采技術，實現商業化生產。

圖1 日本可燃冰海洋生產試驗的鉆井配置［15］Fig.1 The drilling configuration for the combustible ice production test in Japan［15］

圖2 日本海域可燃冰試采井布置［18］Fig.2 Layout of combustible ice test wells in the area of Japan Sea［18］

1972年加拿大麥肯齊三角洲Mallik發現可燃冰，并于1998年與日本合作進行了全球首個陸上凍土區可燃冰鉆探［6］。2002年加拿大、德國、美國、日本、印度等國50多個科研機構合作對Mallik凍土帶Mallik5L-38井應用簡單的熱水循環系統實施注熱法試采［18-19］，120 h 采氣量 468 m3，結束熱水循環后采氣量48 m3，試采井布置如圖3，試采流程如圖4。這次試采證實了注熱法開采效率低，很難適應規模化商業開采的要求。2008年冬季對Mallik凍土帶項目采用降壓法與注熱法聯作試采6 d，日產CH4達到2 000 ～4 000 m3，累積產量13 000 m3，證實了降壓法在Mallik凍土帶開采可燃冰是可行的，說明降壓法也適合于陸地凍土帶成藏條件較好的可燃冰商業化開采。但Mallik5L-38井上部為良好的可燃冰儲層，下部為天然氣氣藏，降壓法開采造成可燃冰相變分解所需要的熱量如何供應仍是技術瓶頸。

圖3 加拿大可燃冰試采井布置［18-19］Fig.3 Layout of combustible ice test wells in Canada［18-19］

圖4 加拿大可燃冰試采工藝［19］Fig.4 Combustible ice production test process in Canada［19］

1960年俄羅斯在西西伯利亞凍土地區麥索雅哈氣田，發現了首個典型的具有下覆自由氣的可燃冰氣藏［7］；1971年先期采用降壓法、后期結合CH4O、CaCl2抑制劑對其進行商業性試開采，成為全球首次實現商業化開發可燃冰礦體［20］，斷續開采17年，采出可燃冰（CH4）5.017×109m3；到2004年元旦，麥索雅哈氣田超過50%的產氣量為可燃冰的分解物。2007—2009年俄羅斯在東西伯利亞南部貝加爾湖與比利時、日本合作，進行了5次可燃冰開采工藝試驗。

印度、韓國分別于2006、2007年獲得了可燃冰實物樣品，澳大利亞、法國、德國、挪威、阿根廷等國家和部分國際組織也開展了有關天然氣水合物資源量調查、環境安全和開采技術儲備等工作。

2 中國可燃冰的分布及勘探開發現狀

2.1 分布情況

中國科學院蘭州冰川凍土研究所與莫斯科大學合作，1990年開展人工合成可燃冰實驗獲得成功［21］。1999年開始對可燃冰進行資源調查和研究，有中國海洋石油、中國石油、中國石化、中國石油大學、中國地質大學、吉林大學、中科院廣州天然氣水合物研究中心、國土資源部天然氣水合物重點實驗室、北京地球物理研究所、青島海洋地質研究所、廣州海洋地質調査局等單位從事可燃冰的研究工作［22］?？扇急Y源主要分布在南海北部坡陸［23］、祁連山凍土區［24］、青海木里凍土區［25］、珠江口盆地東部海域［26］、青藏高原昆侖山埡口盆地［27］、瓊東南盆地［28］、青藏高原哈拉湖地區和東北漠河盆地［29］、臺西南盆地［30］、西藏羌塘盆地［31］等。2008年中國可燃冰資源研究專家估算［6，22］，中國可燃冰資源總量 841×1012m3，其中：東海海域3.4×1012m3，南海海域65×1012m3，青藏高原凍土帶12.5×1012m3，東北凍土帶2.8×1012m3。

2.2 勘探開發現狀

2.2.1 前期資料收集 1985年南海地質調查指揮部金慶煥院士向國內學者提出，全球13%的陸地凍土帶有約1×1015m3的固態CH4和比大陸凍土帶多100倍的海底固態CH4將是未來人類重要的能源［32］；1990年采用CH4氣和蒸餾水在室內合成外觀、揮發性和可燃性等與自然界取得的可燃冰樣品具有完全相同特點的合成可燃冰；1992年史斗等人翻譯出版了國內系統介紹可燃冰的早期文獻《國外天然氣水合物研究進展》；同年吳必豪等對可燃冰進行技術追蹤、收集資料和研究，1995—1997年中科院礦床所與中國地質礦產信息研究院合作完成了“西太平洋天然氣水合物找礦前景與方法的調研”課題，1998年中科院蘭州地質所徐永昌、史斗和中國地質研究院李巖等學者分別編譯了有關可燃冰的專輯［33］。

2.2.2 勘探開發 1999年中國國土資源部組織啟動可燃冰實質性調查和研究。2000年廣州海洋地質調查局在南海海底發現了總量估計相當于全國石油總量一半的巨大可燃冰帶，迅速從海底取出了樣品［34］。2002 年正式啟動為期10年的對中國海域可燃冰資源調查與研究專項，10年間廣州海洋地質調查局在南海北部陸坡區的西沙海槽、神狐、東沙及瓊東南4個海域，利用4艘調查船進行了25個航次的可燃冰資源調查與評價，取得了4個突破：（1）發現了南海北部陸坡可燃冰有利區；（2）評價了南海北部陸坡可燃冰資源潛力；（3）確定了東沙、 神狐 2 個可燃冰重點目標；（4）證實了中國南海存在可燃冰資源［35］。2003年對外宣布南海和東海是中國可燃冰蘊藏量比較豐富的地區［36］。2004年6月2日中國和德國的26名科學家乘坐“太陽號”科考船，在南海進行了42 d的勘測考察，進一步證實了南海存在每立方米可釋放 164 m3甲烷的的可燃冰［37］。2006年中國決定在未來10年投入8.1億元進行“可燃冰”勘探研究［38］。2007年首個可燃冰鉆探航次GMGS-1在南海神狐海域珠江口盆地的珠Ⅱ凹陷鉆探8個站位，在SH2、SH3、SH7站位獲得含可燃冰樣品，SH1、SH5站位未發現可燃冰，SH4、SH6、SH8站位測井顯示異常但未取得可燃冰樣品［39］，標志著中國可燃冰調查研究水平步入世界先進行列，成為繼美國、日本、印度之后第4個通過國家級研發計劃獲得可燃冰實物樣品的國家［40］。

2008年中國在海拔4 062 m的青海省天峻縣木里鎮祁連山南緣永久凍土帶首次發現并檢測出可燃冰，成為世界上首個在中低緯度凍土層發現可燃冰的國家，2009年6月在該地區獲得實物樣品和一系列原始數據，且成功試采100 h［41-42］。2009年10月18日具有完全自主知識產權、全球第1艘配置有4 000 m級深海水下機器人“海獅號”、深水多波束測深系統、深水淺地層剖面系統、長排列大容量高分辨率地震采集系統等綜合地質地球物理調查船——“海洋六號”，正式入列中國海洋地質調查［43］；2010年12月國土資源部廣州海洋地質調查局完成的《南海北部神狐海域天然氣水合物鉆探成果報告》通過終審，科研人員在140 km2的鉆探目標區內，圈定出11個可燃冰礦體，含礦區總面積約22 km2，礦層平均有效厚度約20 m，預測儲量約194×108m3，CH4平均含量98.1%，獲得可燃冰的3個站位的飽和度最高值分別為 25.5%、46%和 43%，是世界上已發現可燃冰地區中飽和度含量最高的［44］。2014年中國成功舉辦第八屆國際天然氣水合物大會［6］。

2012年5月“海洋六號”再次深入南海北部1600 m水深的深海區域，對可燃冰資源進行新一輪“精確調查”［45］。2013年6—9月在珠江口盆地東部海域實施可燃冰鉆探取樣，分3個航段完成了13個站位23口井的地球物理測井及鉆探取心，8個站位的測井曲線有可燃冰異常顯示，5個取心站位取到可燃冰樣品，其中4個站位發現可視可燃冰，可燃冰以不同形態分布于海底之下約10m至穩定帶之上的不同深度區間［46］；控制可燃冰分布面積55 km2，控制儲量（10～15）×1010m3［47］。2013 年廣州海洋地質調查局在臺西南盆地鉆獲了在中國海洋可燃冰鉆探史上具有里程碑意義的滲漏型和擴散型實物樣品［30］（圖5）。2014年1月在青海省天峻縣聚乎更礦區首個可燃冰三維勘探項目野外采集工作完成［6］。2012—2015年中國地質調查局在西藏羌塘盆地鴨湖地區進行了3口可燃冰調查井鉆探，其中2口井鉆遇淺層指示可能存在較好可燃冰成礦氣源的高壓烴類氣體［31］。

圖5 GMGS2-08井鉆獲的可視天然氣水合物樣品［30］Fig.5 Visible sample of natural gas hydrate obtained from Well GMGS2-08［30］

2017年5月18日上午10時許，在距離中國大陸300多公里的中國南海北部神狐海域“藍鯨一號”海上鉆井平臺，國土資源部部長、黨組書記、國家土地總督察姜大明宣布，中國首次可燃冰試采宣告成功［1-2］；從5月10日到17日15時采出總量 12×104m3，最高日產 3.5×104m3，平均日產超過1.6×104m3，達到了可燃冰試采平均日產量超過1.2×104m3、連續生產7 d以上的國標標準。首次試采的海域有11個礦體、面積128 km2，資源儲存量15×1010m3，相當于 1.5×108t石油儲量［48］。截至7月9日14時52分，連續產氣60 d，累計產氣超過30.9×104m3，CH4含量最高達99.5%，獲取科學試驗數據 647 萬組［49-50］。

2.2.3 技術現狀 （1）X射線衍射（XRD）技術。應用于可燃冰結構特征、生成或分解動力學過程原位觀測以及野外可燃冰樣品鑒定等方面的研究，解決了可燃冰的結構類型鑒別、晶格參數測量等基本問題；XRD技術與核磁共振、紅外光譜、X-CT等分析技術的聯用，可進行可燃冰的沉積物孔隙空間微觀賦存狀態的原位探測［50-51］。（2）近海底可燃冰地震識別技術［52］。利用多道高分辨地震數據，正演分析近海底存在薄高速層時地震反射速度變化規律，采用沿層速度分析方法獲取近海底處的速度，進而得到海底處可燃冰的分布特征。

3 可燃冰開采技術現狀

可燃冰開采的實質就是改變可燃冰儲層環境溫度、壓力使其相平衡得到改變，分解得到CH4。

3.1 熱激發法

壓力波動不大的可燃冰儲層，利用蒸汽、熱水、熱鹽水等從地面泵入可燃冰儲層或通過電磁、微波依靠管柱使可燃冰儲層溫度增加，促進可燃冰分解達到開采目的（圖 6）［21］。

圖6 熱激發法開采可燃冰示意圖［21］Fig.6 Schematic thermal stimulation for the exploitation of combustible ice［21］

2002年日本首次在加拿大麥肯齊永久凍土帶成功應用熱激發法開采可燃冰。

3.2 降壓法

調節從可燃冰中提取CH4速度來控制儲層壓力的開采方法，低密度鉆井液鉆井或泵出可燃冰儲層下方流體降低壓力（如圖7）。麥索雅哈可燃冰采用抽取儲層下方流體進行17年開采獲取30×108m3CH4，但是，只有當存在溫度與壓力平衡邊界時，降壓法才具有實際價值。

圖7 降壓法開采可燃冰示意圖［53］Fig.7 Schematic depressurization method for the exploitation of combustible ice［53］

3.3 化學抑制劑法

利用鹽水、CH4O、（CH2OH）2等抑制和促進可燃冰分解成CH4，可燃冰分解速率與化學抑制劑排量、濃度、壓力、抑制液溫度、可燃冰與抑制劑注入界面的面積有關（如圖8）。俄羅斯麥索雅哈氣田5口井注入后平均產量增加了 4 倍，但化學抑制劑昂貴，商業價值低，對環境造成污染。

圖8 化學抑制劑法開采可燃冰示意圖［54］Fig.8 Schematic chemical inhibitor method for the exploitation of combustible ice［54］

3.4 CO2-CH4 置換法

特定的壓力區間，用CO2置換可燃冰儲層中的CH4，置換過程釋放出的熱量維持可燃冰的分解反應，CO2還能保持可燃冰儲層的相對穩定（如圖9）。2012年美國康菲和日本國家油氣和金屬公司首次在阿拉斯加北坡Prudhoe 灣區現場試驗獲得成功。

3.5 雙水平井熱水注入法

系統包括位于可燃冰儲層內的垂向距離3～5 m的2口水平井，上、下方水平井用于熱水注入，中間水平井用于生產CH4和H2O（如圖10）。室內模擬表明，在非均質儲層中的應用效果要明顯好于均質儲層。

圖9 CO2-CH4 置換法開采可燃冰示意圖［55］Fig.9 Schematic CO2-CH4 exchange method for the exploitation of combustible ice［55］

圖10 雙水平井熱水注入法開采可燃冰示意圖［56］Fig.10 Schematic hot water injection of double horizontal well for the exploitation of combustible ice［56］

3.6 循環蒸汽激勵法

循環蒸汽激勵法包括注熱、燜井和生產3個階段，注入井和生產井是同一口井（如圖11）［57］。中國科學院廣州天然氣水合物研究中心于 2010年對南海北部陸坡中段神狐暗沙東南海域附近SH7站位的可燃冰巖心進行模擬研究表明：循環蒸汽激勵的經濟性較差［58］。

圖11 循環蒸汽激勵法開采可燃冰示意圖［57］Fig.11 Schematic cyclic steam stimulation for the exploitation of combustible ice［57］

3.7 部分氧化法

2015年Takeshi Komait等人提出通過氧化劑、催化劑和活性鐵粉發生氧化反應產生熱量來促進可燃冰分解（如圖12）。其過程分5個階段：（1）往低溫度可燃冰儲層注入氧化劑和催化劑使溫度上升；（2）活性鐵粉和催化劑發生反應后溫度繼續升高，可燃冰部分氧化；（3）部分氧化的可燃冰促進生產井附近生成的次生可燃冰分解；（4）通過酸和氫氧化劑中和生成的熱量進一步促進可燃冰的分解；（5）溫度升高和滲透率改變從而提高可燃冰采收率。

圖12 部分氧化法及數值模擬示意圖［59］Fig.12 Schematic partial oxidation and numerical simulation［59］

3.8 電加熱輔助降壓法

Hideki Minagawa等人2015年提出了將降壓法與電加熱法相結合形成電加熱輔助降壓法，并通過室內模擬實驗證實了電加熱輔助降壓法開采可燃冰的可靠性和有效性（如圖13）。

3.9 CO2置換輔助降壓法

2014年Ankit Gupta等學者提出了在兩口鄰井中分別進行CO2置換和降壓法開采可燃冰，消除2種方法各自的局限性，形成連續置換和生產的循環過程（如圖14）。

3.10 冷鉆熱采技術

吉林大學首創具有自主知識產權的可燃冰開采技術［62］，與國際上通用的“被動式保壓保溫取樣”鉆探原理不同，首次提出“主動式降溫冷凍取樣”原理，發明了鉆井液強化制冷方法、可燃冰孔底快速冷凍取樣方法和高溫脈沖熱激發開采技術，解決了陸地凍土帶可燃冰開采問題；隨后，馬喜偉等人［63］對可燃冰鉆井液冷卻系統進行了改進。

圖13 電加熱輔助降壓法開采可燃冰示意圖［60］Fig.13 Schematic electric heating assisted depressurization method for the exploitation of combustible ice［60］

圖14 CO2置換輔助降壓法示意圖開采可燃冰示意圖［61］Fig.14 Schematic CO2 exchange assisted depressurization method for the exploitation of combustible ice［61］

4 中國南海神狐可燃冰試采關鍵技術

試采方法是首先在海底的可燃冰上鉆出井眼，然后使用減壓泵對可燃冰減壓，讓天然氣一次分解出來，有控制地將天然氣從可燃冰中直接分解出來，采用的工程技術創新主要有8項［48］。

（1）窄密度窗口平衡鉆井技術。通過控制鉆井液密度［64］，成功解決了測井數據采集需要高排量與低排量鉆進之間的矛盾和鉆井液密度的合理配值、鉆井安全及地層防漏失的協調等一系列難題。

（2）深水淺層井口穩定技術。南海神狐可燃冰處于深水、淺層，儲層穩定性差，可燃冰汽化將導致其“封存”海底沉積物將失穩，位于海底的井口將會遭到嚴重破壞［65］，采用了因地制宜的井口穩定性增強技術。

（3）松軟復雜礦體開發技術。南海神狐可燃冰主要屬于粉砂型儲層，滲透性能很差，加之深水、層淺，施工難度加大，創建了綜合解決改善滲透性能、防止淺層汽化，兼顧深水鉆采等一整套綜合開發技術。

（4）水力割縫儲層改造技術。運用水力噴射鉆井工藝，合理控制鉆頭水眼噴出的液體流速［66］，進行可燃冰儲層的水力割縫，有效改善儲層低滲透性能。

（5）粉砂質可燃冰儲層試采防砂技術［49］。舉升從可燃冰分解出的甲烷氣體時，未固結的超細粉砂將隨同氣體一起上升，砂量過多時將會影響出氣，這也是日本2013、2014年兩次試采可燃冰失敗的原因，中國石油與思達斯易公司共同開發的粉砂質可燃冰儲層試采防砂篩管，驗證了防砂思路的科學性和防砂工藝的有效性。

（6）水合物二次生成預防技術。自海底舉升分解出的甲烷氣體至水面過程中，如果有水合物生成，將會堵塞通道，影響甲烷氣體的正常舉升，甚至中斷試采，技術人員轉換傳統的熱力學思維模式，自主研發了可燃冰鉆井動力學處理劑［49］，成功防止了水合物的二次生成。

（7）完井與測試系統集成技術。研制成了一整套完井與測試系統集成裝備與技術，它將當前的可燃冰試采需要與長遠科學研究需求結合起來，測得了多項新數據，為今后水合物開發研究提供了大量科學依據。

（8）內波帶來的大幅垂向運動和水面上的瞬間位移會對水面和水下生產設施造成極大危害［67-68］，對內波的發生季節、發生時段、影響區域和強度等深入分析后，從預報整片海域，到預報單點的海流變化，實現了由“面”到“點”成功地解決了精準預報內波問題，能夠實時監測并通過衛星實時回傳數據，可以第一時間發現達到預警級別的內波，并至少提前6 h發送預警信息到“藍鯨一號”平臺。

5 可燃冰開采的瓶頸

2014年2月2日中國重大基礎研究“南海天然氣水合物富集規律與開采基礎研究”圍繞可燃冰有關的成藏條件、成藏過程動力學、成藏富集規律等關鍵科學取得的重要研究成果和創新性認識通過驗收，標志著中國建立起了可燃冰基礎研究系統理論［69］。但可燃冰勘探開發理論認識、勘探開發方案及關鍵技術、安全環保、開采成本等方面仍是可燃冰商業化開發的瓶頸問題。

5.1 勘探開發相關技術有待完善

目前還沒有一種理論可以科學全面合理地解釋可燃冰形成的機理和完整的勘探開發理論體系，鉆完井技術處于探索階段，勘探開發關鍵技術、輸送技術、儲存技術等瓶頸需要攻克，高效、經濟的商業化開采方法的突破還有很長一段距離。

5.2 開采成本偏高

日本從海底的可燃冰中開采1 m3CH4平均成本為46 174日元，折合人民幣2 682元；而美國僅為10日元，折合人民幣0.58元［6］；中國2017年在南海神狐開采1 m3可燃冰高達200美元，折合人了幣1 323元，按1 m3可燃冰轉化為164 m3CH4換算，約相當于1 m3CH4平均開采成本8元人民幣［48］，開發成本是可燃冰資源開發不得不面對的難題，也是世界各國一再推遲商業開采時間表的重要原因。

5.3 可燃冰開采是否引發溫室效應

科學家們研究表明，已探明的全球可燃冰中CH4總量大致是大氣中CH4的3 000～5 000倍，1%的可燃冰釋放出來，與過去人為釋放的約36×108t的甲烷碳相當［6，70］。作為短期溫室氣體，CH4比CO2所產生的溫室效應大21倍，其后果將不堪設想。可燃冰礦藏即使微小的破壞，甚至自然破壞，將導致CH4氣體大量散失。可燃冰商業化開發，從開采技術出發更重要的是如何保證井底穩定、CH4氣體不泄漏、不引發溫室效應、不破壞生態環境等一系列的環境問題。

5.4 可燃冰可能導致的地質災害

可燃冰開采將使其儲層原始應力平衡破壞，應力釋放和應力重新分布成為必然，可燃冰儲層圍巖體的強度、變形、滲透性和穩定性等力學性質被擾動，從海底開采1 m3可燃冰將釋放出164 m3左右的CH4和0.8 m3H2O，儲層中驟減的巨大地壓損失極有可能破壞海底環境的穩定和平衡，可燃冰的分解造成大陸坡上沉積物強度和穩定性變差，產生崩塌、滑動、海底塌方，甚至引發海嘯；同時，開采陸緣海邊可燃冰，一旦發生井噴也將引發海嘯。

從自然地質角度審視，隱藏在海底的可燃冰極有可能導致海床不穩定而引發洪大的海底泥流，嚴重破壞海底管道和通訊電纜；地震、巖漿活動、斷裂運動引起可燃冰分解出的CH4呈氣泡狀上升，對沖部分海水的重力，海底沉積物承壓力減小，誘發更多可燃冰分解，瞬間造成大量的CH4氣體溢出，在海面上形成強大的渦流和天然氣團，此時，在該區域行駛的船舶 、鉆井設備迅速沉入海底。甚至有學者認為，百慕大三角區海域發生過的過往船只和飛機神秘失蹤的事件可能與可燃冰擾動有關。科學家們已發現可燃冰分解造成的海底滑坡、滑塌和濁流在阿拉斯加北部的 Beaufort海大陸邊緣、美國東海岸等海域發生。

中國陸地可燃冰分布在具有“水塔 ”之稱、生態環境十分脆弱的青藏高原凍土帶，且是世界生態環境的敏感地區之一 。陸地可燃冰開采可能導致凍土層的破壞，引起山崩、地震、水土流失等地質災害。

5.5 可燃冰的環境生物效應

開采相對穩定的海底可燃冰時，釋放的流體沿泥火山、構造面或沉積物裂隙向上運移和排放，形成海底冷泉，海底冷泉及其所支持的生態系統將被打破；物質之間的化學反應所引起的泄漏流體、自生礦物的特征和形成以及周圍海水環境也將發生改變［71］。

6 結論

（1）有望取代煤炭、石油、天然氣的可燃冰的開發和利用已越來越受到世界各國政府的高度重視。全世界許多國家在海底和陸地凍土帶可燃冰的形成機理、鉆探和開采關鍵技術等方面均取得了長足的進展，且有成功開采的案例；但可燃冰成藏條件、成藏過程動力學、成藏富集規律、地震和非地震、鉆井、開采、輸送、儲存等勘探開發理論和技術仍亟待完善和豐富。

（2）可燃冰商業化開采面臨的開采成本、溫室效應、地質災害、環境效應等問題應謹慎對待?！百Y源需求”和“環境安全”之間需要統籌考慮，既要保護人類賴以生存的環境，又要讓可燃冰資源持續造福子孫。

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