我國(guó)可燃冰開(kāi)發(fā)利用技術(shù)現(xiàn)狀及前景

王健康

摘 要：可燃冰是21世紀(jì)公認(rèn)的替代能源和清潔能源，開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。為了實(shí)現(xiàn)可燃冰更進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)利用，本文介紹了可燃冰的概況、分布情況、開(kāi)采技術(shù)與方法以及開(kāi)采過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題，最后對(duì)可燃冰的未來(lái)開(kāi)發(fā)前景做了展望。開(kāi)采可燃冰會(huì)給環(huán)境帶來(lái)的一系列問(wèn)題，而且我國(guó)開(kāi)采技術(shù)目前還不夠完善，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模開(kāi)采和商業(yè)化開(kāi)采還需要一定的時(shí)間。

關(guān)鍵詞：可燃冰；研究現(xiàn)狀；發(fā)展前景

1.可燃冰的介紹

1.1可燃冰的形成

可燃冰最早是由英國(guó)化學(xué)家普得斯特里于1778年首次發(fā)現(xiàn)，其形成條件是，在至少為600？800m深的海床上，大量細(xì)菌吞食動(dòng)植物等有機(jī)物殘留遺體時(shí)分泌釋放出甲烷氣，且深海下水溫較低，壓力較高，導(dǎo)致釋放出的甲烷氣體被水分子包裹，并與沙土混雜物等混摻在一起，形成甲烷冰凍水合物。綜上所述，可燃冰的形成必須滿足3個(gè)基本條件：溫度、壓力和原材料。首先，低溫。可燃冰在0—10℃時(shí)生成，超過(guò)20℃便會(huì)分解。海底溫度一般保持在2—4℃左右；其次，高壓。可燃冰在0℃時(shí)，只需30個(gè)大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個(gè)大氣壓很容易保證，并且氣壓越大，水合物就越不容易分解。最后，充足的氣源。海底的有機(jī)物沉淀，其中豐富的碳經(jīng)過(guò)生物轉(zhuǎn)化，可產(chǎn)生充足的氣源。海底的地層是多孔介質(zhì)，在溫度、壓力、氣源三者都具備的條件下，可燃冰晶體就會(huì)在介質(zhì)的空隙間中生成。

1.2可燃冰的儲(chǔ)量及分布

我國(guó)的天然氣水合物資源主要分布在東海、南海海域、青藏高原以及東北凍土帶。據(jù)估算，我國(guó)天然氣水合物總資源量約為84萬(wàn)億m3，其中東海、南海海域分別約為3.4萬(wàn)億m3和65萬(wàn)億m3，陸地上青藏高原、東北凍土帶分別為12.5萬(wàn)億m3和2.8萬(wàn)億m3。

2.可燃冰的開(kāi)采技術(shù)

由于天然氣水合物獨(dú)特的形成條件和存在環(huán)境，決定了對(duì)其勘探識(shí)別和開(kāi)發(fā)利用研究存在一定的難度。目前對(duì)可燃冰的開(kāi)采基本上處于研究、試驗(yàn)階段，尚沒(méi)有可靠、完美的方法和方案。主流的開(kāi)發(fā)方法主要有熱激發(fā)法、減壓法、化學(xué)試劑注入法、固體開(kāi)采法、二氧化碳置換法以及多種開(kāi)采模式組合法等。目前的開(kāi)采方法存在諸多問(wèn)題：生產(chǎn)效率低、開(kāi)采條件要求高、所用材料昂貴、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大等，仍需要進(jìn)一步的發(fā)展和完善。

2.1熱激發(fā)開(kāi)發(fā)法

熱激發(fā)開(kāi)采法是直接對(duì)天然氣水合物層進(jìn)行加熱，使天然氣水合物層的溫度超過(guò)其平衡溫度，從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣的開(kāi)采方法。這種方法經(jīng)歷了直接向天然氣水合物層中注入熱流體加熱、火驅(qū)法加熱、井下電磁加熱以及微波加熱等發(fā)展歷程。熱激發(fā)開(kāi)采法可實(shí)現(xiàn)循環(huán)注熱，且作用方式較快。加熱方式的不斷改進(jìn)，促進(jìn)了熱激發(fā)開(kāi)采法的發(fā)展。但這種方法至今尚未很好地解決熱利用效率較低的問(wèn)題，而且只能進(jìn)行局部加熱，因此該方法尚有待進(jìn)一步完善。

2.2減壓開(kāi)采發(fā)

減壓開(kāi)采發(fā)是一種利用降低壓力促使可燃冰分解的開(kāi)采方法。減壓途徑主要有兩種：①采用低密度泥漿鉆井達(dá)到減壓目的；②當(dāng)天然氣水合物層下方存在游離氣或其他流體時(shí)，通過(guò)泵出天然氣水合物層下方的游離氣或其他流體來(lái)降低天然氣水合物層的壓力。減壓開(kāi)采法不需要連續(xù)激發(fā)，成本較低，適合大面積開(kāi)采，尤其適用于存在下伏游離氣層的天然氣水合物藏的開(kāi)采，是天然氣水合物傳統(tǒng)開(kāi)采方法中最有前景的一種技術(shù)。但它對(duì)天然氣水合物藏的性質(zhì)有特殊的要求，只有當(dāng)天然氣水合物藏位于溫壓平衡邊界附近時(shí)，減壓開(kāi)采法才具有經(jīng)濟(jì)可行性。

2.3化學(xué)試劑注入開(kāi)采法

化學(xué)試劑注入開(kāi)采法通過(guò)向天然氣水合物層中注入某些化學(xué)試劑，如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破壞天然氣水合物藏的相平衡條件，促使天然氣水合物分解。這種方法雖然可降低初期能量輸入，但缺陷卻很明顯，它所需的化學(xué)試劑費(fèi)用昂貴，對(duì)天然氣水合物層的作用緩慢，而且還會(huì)帶來(lái)一些環(huán)境問(wèn)題，所以，對(duì)這種方法投入的研究相對(duì)較少。

2.4 二氧化碳置換開(kāi)采法

這種方法首先由日本研究者提出，方法依據(jù)的仍然是天然氣水合物穩(wěn)定帶的壓力條件。在一定的溫度條件下，天然氣水合物保持穩(wěn)定需要的壓力比CO2水合物更高。因此在某一特定的壓力范圍內(nèi)，天然氣水合物會(huì)分解，而CO2水合物則易于形成并保持穩(wěn)定。如果此時(shí)向天然氣水合物藏內(nèi)注入CO2氣體，CO2氣體就可能與天然氣水合物分解出的水生成CO2水合物。這種作用釋放出的熱量可使天然氣水合物的分解反應(yīng)得以持續(xù)地進(jìn)行下去。

2.5固體開(kāi)采法

固體開(kāi)采法最初是直接采集海底固態(tài)天然氣水合物，將天然氣水合物拖至淺水區(qū)進(jìn)行控制性分解。這種方法進(jìn)而演化為混合開(kāi)采法或稱(chēng)礦泥漿開(kāi)采法。該方法的具體步驟是，首先促使天然氣水合物在原地分解為氣液混合相，采集混有氣、液、固體水合物的混合泥漿，然后將這種混合泥漿導(dǎo)入海面作業(yè)船或生產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行處理，促使天然氣水合物徹底分解，從而獲取天然氣。

3.可燃冰發(fā)展前景

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)和能源企業(yè)也紛紛介入天然氣水合物的勘探開(kāi)發(fā)研究。國(guó)土資源部所屬的中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局做了大量研究和勘查等工作，取得不少實(shí)質(zhì)性進(jìn)展；中國(guó)科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心完成了“青海省天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)方案研究報(bào)告”；青海省政府與神華集團(tuán)簽訂了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議；中國(guó)海油成立了深水1程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，將天然氣水合物作為主要研究方向之一，建立了三維可視開(kāi)采模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，參與國(guó)家863計(jì)劃“天然氣水合物模擬開(kāi)采技術(shù)研究”和國(guó)家973項(xiàng)目“天然氣水合物開(kāi)采中的多相流動(dòng)機(jī)理和相關(guān)基礎(chǔ)理論研究”等課題的研究；中國(guó)石油成立了天然氣水合物相關(guān)課題的研究，并把天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)作為科技發(fā)展規(guī)劃的超前儲(chǔ)備技術(shù)，針對(duì)凍土區(qū)和海域的天然氣水合物開(kāi)展鉆探、勘查等研究工作。

4.結(jié)論

我國(guó)可燃冰儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，海域和陸域都有發(fā)現(xiàn)，但是目前已進(jìn)行開(kāi)采的氣田僅有四個(gè)。這與可燃冰龐大的儲(chǔ)量相比只是一個(gè)很小的部分。當(dāng)前，我國(guó)天然氣水合物的發(fā)展仍處于探索階段，產(chǎn)業(yè)鏈也沒(méi)有形成，仍處于成長(zhǎng)期，未來(lái)的發(fā)展空間很大，進(jìn)入實(shí)質(zhì)性規(guī)模開(kāi)發(fā)尚需時(shí)日。目前的開(kāi)采方法存在諸多問(wèn)題：生產(chǎn)效率低、開(kāi)采條件要求高、所用材料昂貴、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大等，仍需要進(jìn)一步的發(fā)展和完善。“十二五”以來(lái)，國(guó)家頒布了《天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，在規(guī)劃中明確提出要“加大天然氣水合物資源勘查與價(jià)力度，適時(shí)開(kāi)展試開(kāi)采工作”，將可燃冰的勘探、開(kāi)采列入到國(guó)家未來(lái)發(fā)展規(guī)劃中，為我國(guó)可燃冰未來(lái)發(fā)展指明了方向。

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