我国可燃冰开发利用技术现状及前景

杨晓丽

摘 要：随着生态环境的日益恶化以及化石能源的短缺，开发清洁新能源成为可持续发展的迫切需要。可燃冰具有热值高，无污染，分布广、资源量大等优势，是石油天然气之后的最佳替代能源，但其开采难度大，成本高，且可能带来温室效应等负面影响。本文通过分析我国可燃冰开发利用现状，提出一些技术及政策管理方面的想法，浅析了未来发展趋势，以期对我国今后可燃冰开发利用有所裨益。

关键词：可燃冰；开采技术；发展趋势

1引言

与传统能源相比，可燃冰更加清洁环保，且储量丰富。因此，可燃冰被全球各国视为未来石油、天然气的战略性替代能源，是世界瞩目的战略资源。鉴于可燃冰的广阔前景，多个国家都在积极开展可燃冰研究，但截至目前仍面临多个难题。首先，因绝大部分可燃冰埋藏于海底，所以可燃冰开采难度十分巨大。目前，日本、加拿大等国都在加紧对这种未来能源进行试开采尝试，但都因种种原因未能实现或未达到连续产气的预定目标。其次，可燃冰开采过程中风险因素较大。

2可燃冰开发利用技术现状

随着人们对可燃冰研究的进一步深入，许多开采方法被提出来。其主要原理为改变可燃冰储层的温度、压力，打破其相平衡，使可燃冰分解得到甲烷气体。目前对可燃冰的开采尚未完全成熟，多处于试验阶段，主要的开采方法有CO2置换法、化学试剂法、降压法、加热法等。

2.1加热开采法

加热开采法又称热激法，原理是保持可燃冰稳定带压力不变，将热水、热盐水或其他热流体通过注采井从地面泵入可燃冰地层，通过提高可燃冰地层的温度，使可燃冰分解成为水和天然气的混合物，最后利用集气装置收集分解后的天然气。此方法的一个缺点是天然气不易收集。海底的可燃冰分布并不集中，而是较为均匀。怎样布设管道并高效收集是亟待解决的问题。另一个缺点是加热法会造成大量的热损失，效率低下。特别是在永冻土区采集可燃冰，即使利用绝热管道，冻土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。

2.2降压开采法

降压开采法原理是通过降低压力使与天然气接触的可燃冰变得不稳定，相平衡曲线向利于水合物分解的方向移动，从而分解为天然气和水。是通过降低可燃冰储层压力促使其分解的一种方法，该方法不需要连续激发，在可燃冰现有的开采模拟研究中最简单、成本最小，特别适合大规模开采。目前采取的降压方式主要有利用低密度泥浆钻井或通过泵压抽出可燃冰储层下方存在的游离气体和其他流体来降低压力。

2.3化学抑制剂注入法

化学抑制剂注入法是通过从井孔向水合物储层中注入化学试剂如甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，改变可燃冰地层温度及孔隙压力，改变该地层相平衡条件，引起分解。由于分解产生的水会稀释化学试剂，使其效果大大减弱，同时化学试剂会对水源造成污染，且试剂成本较高，商业价值偏低，不适合大规模使用。

2.4置换法

置换法又称气举法，该方法的原理是将CO2或其他气体注入海底的可燃冰储层，因CO2较之甲烷更易于与水结合形成水合物，因此可将可燃冰中的甲烷分子置换出来。该方法的优点在于及不但能将CO2储存于地层下，有效缓解温室效应，促进发展低碳经济，而且能有效地减少开采过程中的井喷和井塌事故。其缺点是置换效率低，水合物分解速率慢，大规模的收集、运输CO2气体易引起安全环保问题。

2.5综合法

综合法是综合利用降压开采法和加热开采法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发法分解天然气水合物，后用降压法提取游离气体。这种方法集中了热激法和降压法的共同优势，分解效率也相对较好，但其技术难度高，成本也高。

要使用哪种方法，需具体问题具体分析，目前世界上大部分国家较为认可的方法是CO2置换法，因为此方法在提取天然气的同时，还能发展低碳经济，具有双重优点。在进行开采方案设计时可将几种开采方法联合运用，相得益彰。开采天然气水合物虽然在技术层面可行，但离真正实现商业化、大规模、可持续的合理开采还有很远的征程。

3结论及展望

由上述可知，可燃冰的开发利用依旧存在一定的技术难题、环境风险与成本限制，且在储存利用方面涉及较少。以下稍作总结：

（1）可燃冰的开发和利用已越来越受到世界各国政府的高度重视。在海底和陆地冻土带可燃冰的形成机理、钻探和开采关键技术等方面均取得了长足的进展，且有成功开采的案例；但可燃冰成藏条件、成藏过程动力学、钻井、开采、输送、储存等技术仍亟待完善和丰富。

（2）可燃冰商业化开采面临开采成本、温室效应、地质灾害、环境效应等多方面问题，应谨慎对待，既要保护人类赖以生存的环境，又要让可燃冰资源持续造福子孙后代。

（3）在目前的技术水平下，可燃冰自身所含的能源量远低于将其从埋藏处开发输送至地表所需的能源消耗。可燃冰给世界能源领域带来了希望，但同时也带来了困难，由于技术与成本问题，可燃冰的开采要进入大规模商业开采仍需很长一段时间，首先需要解决技术问题，之后成本才能降低。

可燃冰开发利用虽存在很大的难题，但我们不能止步于此，对于以上限制提出以下对策及设想：

（1）夯实理论基础，突破技术难题。我国要从战略高度来加强可燃冰的研发，开展基础研究和技术攻关工作，并加强可燃冰国内国际的研发合作，制定相关优惠政策等。国家要重点展开对可燃冰理论研究的资金支持，高校、企业及其他科研院所要投入大量的人才，共同研究，学习美国、日本等先进经验，夯实理论基础。在理论与技术不断成熟的条件下，成本也会随之降低，但在整个过程中，也应该注意节约成本。

（2）规避安全与环保风险。如前文所述，由于甲烷的自身特性，如开采不当，会造成温室效应，促使海水、地层温度升高，有可能造成可燃冰自动分解，形成恶性循环，同时还可能导致井喷、海底生态破坏等问题。可燃冰在陆地主要分布在冻土地区，海拔高、人烟稀少、生态环境脆弱，环保要求更高。因此，如何安全又环保地开采可燃冰应引起高度重视。

①对于气候问题，可多采用CO2置换法开采，从环保角度分析，向可燃冰储层中注入CO2不仅能够降低大气中温室气体的浓度，缓解全球变暖的趋势，还能获得清洁能源。从地质环境角度分析，把可燃冰从地层中置换出来，可以维持原有地层的稳定性，减少地质灾害。

②对于地质问题，可在开采之前合理设计开采方案，根据当地的地质条件及水文条件，从工程设计上减小对于环境的危害。

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。

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