中國(guó)可燃冰商業(yè)開采需要負(fù)重致遠(yuǎn)
來(lái)源：西安閃光能源科技有限公司 發(fā)布時(shí)間：2020-11-23“可燃冰”，是坊間對(duì)天然氣水合物一種形象的通俗叫法。天然氣水合物是外型與冰類似，由水分子和小分子量的氣體通過(guò)氫鍵形成的一種固態(tài)化合物。研究顯示，1 立方米的可燃冰可以分解出164 立方米的甲烷，而甲烷燃燒后只會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和水，因此被普遍認(rèn)為是一種燃燒值高且清潔的新能源。
天然氣水合物開發(fā)分為四階段
目前， 全球蘊(yùn)藏的天然氣資源量約為0.15x1015 立方米，而全球天然氣水合物中的甲烷資源量約為9x1015 立方米。與全球可采的天然氣相比，天然氣水合物的儲(chǔ)量明顯更高。天然氣水合物通常處于陸地凍土以及深海之中，其中海洋水合物儲(chǔ)量占全球的99% 以上。
根據(jù)天然氣水合物地質(zhì)的條件情況，科學(xué)家們將它的品類分成五個(gè)等級(jí)，形成了一座資源金字塔。
李小森指出，在這個(gè)金字塔中，水合物自上而下的資源量逐漸增大，但品類卻逐漸降低，使得水合物開采相對(duì)而言愈發(fā)困難。
自1810 年水合物首次在實(shí)驗(yàn)室被發(fā)現(xiàn)以來(lái)， 全世界各國(guó)先后開始進(jìn)行這一領(lǐng)域的研究，其研究主要分為四個(gè)階段。
第一個(gè)階段為實(shí)驗(yàn)室研究階段。自19 世紀(jì)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物后，人們主要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)的天然氣水合物基礎(chǔ)物性研究，包括物理、化學(xué)等。
第二個(gè)階段即將水合物作為資源調(diào)查的研究。進(jìn)入上世紀(jì)90 年代后，全球針對(duì)水合物資源開展了大量的調(diào)查研究，在超過(guò)200 個(gè)的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了水合物，全球的總儲(chǔ)量預(yù)計(jì)超過(guò)傳統(tǒng)的化石能源儲(chǔ)量。
第三和第四個(gè)階段則是從本世紀(jì)開始，研究進(jìn)入試開采及為未來(lái)商業(yè)開采進(jìn)行儲(chǔ)備的階段， 世界各國(guó)都相應(yīng)地制訂了各種的研發(fā)計(jì)劃。
可燃冰開采方法分析
天然水合物開采的基本原理是，改變天然氣水合物的穩(wěn)定賦存條件，使氣體從中分離出來(lái)， 再通過(guò)收集游離氣以實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采。主要的方法包括降壓法、熱激法、化學(xué)藥劑法等。
李小森指出，降壓法的控制因素主要為周邊地層的導(dǎo)熱速率。降壓法的優(yōu)點(diǎn)為該方法能量消耗較低，開采技術(shù)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，適合大面積開采，尤其適用于存在下伏游離氣層的天然氣水合物的開采。
但降壓法的缺點(diǎn)是在采氣過(guò)程中，導(dǎo)熱的速度會(huì)造成分解速率的降低。
而注熱法的主要的優(yōu)點(diǎn)為產(chǎn)氣速率較快。目前全球?qū)τ谶@一方法的研究較多，加熱方式的也正在不斷改進(jìn)，促進(jìn)了熱激發(fā)開采法的發(fā)展。不過(guò)李小森也指出，該方法的缺點(diǎn)是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。
注化學(xué)劑法是通過(guò)注入化學(xué)劑來(lái)改變水合物的平衡點(diǎn)，促使水合物分解。目前的研究重點(diǎn)是化學(xué)劑的選取和相應(yīng)的相平衡與分解動(dòng)力學(xué)的研究。
“該方法的優(yōu)點(diǎn)是可降低初期能量輸入，與其他方法結(jié)合應(yīng)用具有明顯效果。但其所需的化學(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?！崩钚∩赋?。
此外，二氧化碳置換法的置換原理則為， CO2 水合物較CH4 水合物更容易形成水合物。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)解決天然氣水合物開采與CO2 儲(chǔ)存的問(wèn)題，在開采過(guò)程中可以保持水合物的結(jié)構(gòu)，幾乎沒(méi)有液態(tài)水排出，使含水合物的沉積層能保持完整。
李小森分析道：“但二氧化碳置換法到目前還面臨機(jī)理研究不清、置換效率是否適用于商業(yè)開采要求等問(wèn)題?！?/span>
固態(tài)流化開采法則是通過(guò)采掘設(shè)備將水合物儲(chǔ)層破碎成細(xì)小顆粒, 經(jīng)流化后的含水合物固相顆粒隨海水沿井筒向上返出至海面平臺(tái), 最后分離得到天然氣。水力割縫開采法則是利用專門的水力切割機(jī)具, 實(shí)現(xiàn)向鉆孔內(nèi)部進(jìn)行不同方向的切割，進(jìn)一步填充支撐劑，使得沉積物中的孔裂隙成為分解氣體的運(yùn)移通道，從而達(dá)到高效開采水合物儲(chǔ)層的目的。
李小森指出，綜合開采法便是將以上開采方法的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，用于提高水合物開采效率。比如將降壓法和熱開采技術(shù)結(jié)合, 可以大大提高水合物分解速率及產(chǎn)氣速率；將降壓法與二氧化碳置換結(jié)合，已經(jīng)被用于美國(guó)阿拉斯加北坡水合物的試采中。
試采成功但商業(yè)化仍需時(shí)日李小森指出，雖然中國(guó)天然氣水合物的研究起步較晚，但進(jìn)展迅速，目前研究處于從水合物基礎(chǔ)向開采技術(shù)發(fā)展的階段。
經(jīng)過(guò)近20 年不懈努力，中國(guó)已經(jīng)取得了天然氣水合物勘查開發(fā)理論、技術(shù)、工程、裝備的自主創(chuàng)新。2011 年，國(guó)家設(shè)立"天然氣水合物資源勘查與試采工程"（127 工程）；2017 年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在南海神狐海域成功試采，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。
中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在水深1266 米、海底以下203 米~277 米處，采用地層流體抽取法進(jìn)行開采，連續(xù)產(chǎn)氣60 天，累計(jì)產(chǎn)氣量超過(guò)30 萬(wàn)立方米，最高日產(chǎn)3.5 萬(wàn)立方米。對(duì)于此次具有重大意義的成功試采，中共中央、國(guó)務(wù)院均發(fā)來(lái)賀電，“但從試采到實(shí)現(xiàn)商業(yè)開采，仍然任重而道遠(yuǎn)”。李小森坦言。
此外，2017 年中海油在南海北部荔灣3 站位也成功實(shí)現(xiàn)試采，依托深水工程勘察船“海洋石油708”，在全球范圍內(nèi)首次成功實(shí)施海洋淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采作業(yè)。
李小森指出，將我國(guó)和國(guó)外試采情況對(duì)比可以看出，目前我國(guó)天然氣水合物試采結(jié)果較優(yōu)于國(guó)外試采，但距離商業(yè)開采還有很長(zhǎng)的距離。
總體而言，當(dāng)前世界各國(guó)都開展了各自的天然氣水合物研發(fā)計(jì)劃，特別是美國(guó)和日本制訂了他們?cè)敿?xì)的商業(yè)開采的路線圖，我國(guó)也制訂了相應(yīng)的技術(shù)路線圖。如我國(guó)在1999 年展開了水合物資源調(diào)查后，在2010 年開始進(jìn)行水合物開采的評(píng)價(jià)研究，之后于2017 年進(jìn)行了初步試采研究。
李小森透露， 我國(guó)預(yù)計(jì)在2023 年進(jìn)行商業(yè)開采， 開采階段分三個(gè)時(shí)期。第一個(gè)時(shí)期在2017 年已經(jīng)完成，第二個(gè)時(shí)期為在2019 到2020 年進(jìn)行中期測(cè)試，第三個(gè)時(shí)期為從2023 年展開試驗(yàn)型的試驗(yàn)，為下一步商業(yè)試采進(jìn)行技術(shù)的儲(chǔ)備。
