我國可燃冰開發利用技術現狀及前景

楊曉麗

摘 要：隨著生態環境的日益惡化以及化石能源的短缺，開發清潔新能源成為可持續發展的迫切需要。可燃冰具有熱值高，無污染，分布廣、資源量大等優勢，是石油天然氣之后的最佳替代能源，但其開采難度大，成本高，且可能帶來溫室效應等負面影響。本文通過分析我國可燃冰開發利用現狀，提出一些技術及政策管理方面的想法，淺析了未來發展趨勢，以期對我國今后可燃冰開發利用有所裨益。

關鍵詞：可燃冰；開采技術；發展趨勢

1引言

與傳統能源相比，可燃冰更加清潔環保，且儲量豐富。因此，可燃冰被全球各國視為未來石油、天然氣的戰略性替代能源，是世界矚目的戰略資源。鑒于可燃冰的廣闊前景，多個國家都在積極開展可燃冰研究，但截至目前仍面臨多個難題。首先，因絕大部分可燃冰埋藏于海底，所以可燃冰開采難度十分巨大。目前，日本、加拿大等國都在加緊對這種未來能源進行試開采嘗試，但都因種種原因未能實現或未達到連續產氣的預定目標。其次，可燃冰開采過程中風險因素較大。

2可燃冰開發利用技術現狀

隨著人們對可燃冰研究的進一步深入，許多開采方法被提出來。其主要原理為改變可燃冰儲層的溫度、壓力，打破其相平衡，使可燃冰分解得到甲烷氣體。目前對可燃冰的開采尚未完全成熟，多處于試驗階段，主要的開采方法有CO2置換法、化學試劑法、降壓法、加熱法等。

2.1加熱開采法

加熱開采法又稱熱激法，原理是保持可燃冰穩定帶壓力不變，將熱水、熱鹽水或其他熱流體通過注采井從地面泵入可燃冰地層，通過提高可燃冰地層的溫度，使可燃冰分解成為水和天然氣的混合物，最后利用集氣裝置收集分解后的天然氣。此方法的一個缺點是天然氣不易收集。海底的可燃冰分布并不集中，而是較為均勻。怎樣布設管道并高效收集是亟待解決的問題。另一個缺點是加熱法會造成大量的熱損失，效率低下。特別是在永凍土區采集可燃冰，即使利用絕熱管道，凍土層也會降低傳遞給儲集層的有效熱量。開采不當還會影響沉積物孔隙度、滲透率等因數，對儲層造成大面積破壞。

2.2降壓開采法

降壓開采法原理是通過降低壓力使與天然氣接觸的可燃冰變得不穩定，相平衡曲線向利于水合物分解的方向移動，從而分解為天然氣和水。是通過降低可燃冰儲層壓力促使其分解的一種方法，該方法不需要連續激發，在可燃冰現有的開采模擬研究中最簡單、成本最小，特別適合大規模開采。目前采取的降壓方式主要有利用低密度泥漿鉆井或通過泵壓抽出可燃冰儲層下方存在的游離氣體和其他流體來降低壓力。

2.3化學抑制劑注入法

化學抑制劑注入法是通過從井孔向水合物儲層中注入化學試劑如甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，改變可燃冰地層溫度及孔隙壓力，改變該地層相平衡條件，引起分解。由于分解產生的水會稀釋化學試劑，使其效果大大減弱，同時化學試劑會對水源造成污染，且試劑成本較高，商業價值偏低，不適合大規模使用。

2.4置換法

置換法又稱氣舉法，該方法的原理是將CO2或其他氣體注入海底的可燃冰儲層，因CO2較之甲烷更易于與水結合形成水合物，因此可將可燃冰中的甲烷分子置換出來。該方法的優點在于及不但能將CO2儲存于地層下，有效緩解溫室效應，促進發展低碳經濟，而且能有效地減少開采過程中的井噴和井塌事故。其缺點是置換效率低，水合物分解速率慢，大規模的收集、運輸CO2氣體易引起安全環保問題。

2.5綜合法

綜合法是綜合利用降壓開采法和加熱開采法的優點對天然氣水合物進行有效開采。其具體方法是先用熱激發法分解天然氣水合物，后用降壓法提取游離氣體。這種方法集中了熱激法和降壓法的共同優勢，分解效率也相對較好，但其技術難度高，成本也高。

要使用哪種方法，需具體問題具體分析，目前世界上大部分國家較為認可的方法是CO2置換法，因為此方法在提取天然氣的同時，還能發展低碳經濟，具有雙重優點。在進行開采方案設計時可將幾種開采方法聯合運用，相得益彰。開采天然氣水合物雖然在技術層面可行，但離真正實現商業化、大規模、可持續的合理開采還有很遠的征程。

3結論及展望

由上述可知，可燃冰的開發利用依舊存在一定的技術難題、環境風險與成本限制，且在儲存利用方面涉及較少。以下稍作總結：

（1）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。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、鉆井、開采、輸送、儲存等技術仍亟待完善和豐富。

（2）可燃冰商業化開采面臨開采成本、溫室效應、地質災害、環境效應等多方面問題，應謹慎對待，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后代。

（3）在目前的技術水平下，可燃冰自身所含的能源量遠低于將其從埋藏處開發輸送至地表所需的能源消耗。可燃冰給世界能源領域帶來了希望，但同時也帶來了困難，由于技術與成本問題，可燃冰的開采要進入大規模商業開采仍需很長一段時間，首先需要解決技術問題，之后成本才能降低。

可燃冰開發利用雖存在很大的難題，但我們不能止步于此，對于以上限制提出以下對策及設想：

（1）夯實理論基礎，突破技術難題。我國要從戰略高度來加強可燃冰的研發，開展基礎研究和技術攻關工作，并加強可燃冰國內國際的研發合作，制定相關優惠政策等。國家要重點展開對可燃冰理論研究的資金支持，高校、企業及其他科研院所要投入大量的人才，共同研究，學習美國、日本等先進經驗，夯實理論基礎。在理論與技術不斷成熟的條件下，成本也會隨之降低，但在整個過程中，也應該注意節約成本。

（2）規避安全與環保風險。如前文所述，由于甲烷的自身特性，如開采不當，會造成溫室效應，促使海水、地層溫度升高，有可能造成可燃冰自動分解，形成惡性循環，同時還可能導致井噴、海底生態破壞等問題。可燃冰在陸地主要分布在凍土地區，海拔高、人煙稀少、生態環境脆弱，環保要求更高。因此，如何安全又環保地開采可燃冰應引起高度重視。

①對于氣候問題，可多采用CO2置換法開采，從環保角度分析，向可燃冰儲層中注入CO2不僅能夠降低大氣中溫室氣體的濃度，緩解全球變暖的趨勢，還能獲得清潔能源。從地質環境角度分析，把可燃冰從地層中置換出來，可以維持原有地層的穩定性，減少地質災害。

②對于地質問題，可在開采之前合理設計開采方案，根據當地的地質條件及水文條件，從工程設計上減小對于環境的危害。

可燃冰是石油天然氣之后的最佳替代能源，為人類帶來了新的希望，目前世界上可燃冰開采方法與技術尚不成熟，因此，可燃冰必須在政策法規標準較全面，理論與技術切實可行，經濟成本可接受，安全環保措施較完善的前提下，大規模商業開采才能從理論成為現實。

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