我國可燃冰開發利用技術現狀及前景

(鄭州大學 河南 鄭州 450000)

一、引言

根據我國可燃冰資源儲量大，開發難度大的特點，采礦技術的不斷創新和低成本綠色技術的創造將成為未來可燃冰的主要研究方向。2008年，中國專家預測，可燃冰的長期資源量將超過2000億噸油當量。南海的儲量約為700億噸油當量，而黑龍江省青藏高原和多年凍土地區的儲量約為1400億噸。盡管如此，仍有大量可燃冰儲備存在于海底等待發現。在中國東部海域，沖繩海槽和南沙海槽中發現了可燃冰的存在證據。由此可見，可燃冰不僅存在于凍土區域，而且還存在于海床中。與凍土地區的儲量相比，海底儲量更加豐富。然而，由于海洋環境的復雜性，這給我們帶來了挑戰和機遇。中國的天然氣水合物勘探歷史比西方晚了近20年，在技術方面存在5 -7年的差距。克服勘探開發的技術堡壘是我國可燃冰研究的核心問題。

二、可燃冰最新開采技術

(一)降壓法

降壓法是通過降低壓力而使天然氣水合物穩定的相平衡曲線移動，從而達到促使水合物分解的目的。一般是在水合物層之下的游離氣聚集層中降低天然氣壓力或形成一個天然氣空腔(可由熱激發或化學試劑作用人為形成)，使與天然氣接觸的水合物變得不穩定并且分解成天然氣和水。在該方法中，由于沒有額外的熱量注入水合物開采層，分解所吸收的熱量必須由周圍物質提供，但是當水合物分解吸收的熱量達到一定程度，水合物周圍環境溫度降低會抑制水合物的進一步分解。研究表明，這種方法在氣體全面分解過程中有利于控制開采氣體的流量，適合于那些儲藏中存在大量自由氣體的水合物儲層，是現有水合物開采技術中經濟前景比較好的開采技術。

(二)綜合法

綜合法是綜合利用降壓法和熱開采技術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法分解天然氣水合物，后用降壓法提取游離氣體。目前，這種方法己得到了人們的廣泛推崇，己投產的俄羅斯Messoyakha氣田和加拿大Mackensie氣田均以該法為主要開采技術，其技術在國內具有良好的應用前景

三、可燃冰的應用

(一)可燃冰的開發利用技術現狀與分布現狀：

中國的可燃冰研發單位主要包括中國石油大學，中國科學院青島研究院，廣州天然氣水合物研究中心和中國海洋石油總公司。目前，發明的勘探方法包括地球化學方法，地址勘探方法和地震勘探方法。中國的勘探技術得到了國際認可和肯定，并已達到相對成熟的階段。然而，有三種傳統的采礦方法：一種是熱激發方法，它基于可燃冰的化學性質。當可燃冰的溫度超過其平衡溫度時，可燃冰將分解成水和天然氣。但可燃冰層一般分布在天然氣層下，天然氣將向上排放，我們可以直接開采天然氣。該方法的核心技術是其加熱方法，經歷了熱流體加熱，火驅動加熱，電磁加熱等歷史。但到目前為止，這種方法仍需要完善。因為它具有熱利用效率低的問題。加熱方式的發展是熱激活方法的發展，因此加熱方式的研究是目前的主要研究方向。

第二種方法是降壓法。核心技術是通過降低壓力以這種方式分解天然氣水合物。減壓的主要方法有兩種：(1)低密度泥漿鉆井，達到減壓目的;(2)當天然氣水合物層下有游離氣體或其他流體時，通過在天然氣水合物層下抽出游離氣體或其他流體來降低天然氣水合物層的壓力。[2]與熱激活方法相比，降壓法不需要連續激勵過程，大大降低了開采成本，適用于大面積開采，特別是天然氣下可燃冰的開采層。這種方法是最先進的傳統方法之一。第三種方法是化學試劑注入開采法。將一些化學試劑注入可燃冰層以促進其分解。目前，化學注射劑主要有鹽水，甲醇，乙醇，乙二醇，丙二醇等。然而，這種方法不經濟而且速度慢，不適合商業開發，因此其研究投入較少。它需要昂貴的化學品和氣體水合物緩慢的反映過程。尋找一種高效經濟的化學注入試劑將是該方法的主要突破方向。

新方法包括二氧化碳置換開采法和固體開采法[2]。二氧化碳替代可以向深海輸送大量的二氧化碳，這有助于減緩全球變暖。國外學者特意采用數值方法研究CO2地質封存技術，協助分析可燃冰的動態特性和穩定性，并分析了該方法的應用領域[3]。固體采礦方法步驟多，經濟效果差。最初，將天然氣水合物直接收集到海洋的淺水中進行一系列受控分解。其運輸過程面臨非常嚴峻的技術挑戰。因此這種方法逐漸演變為是混合泥漿開采方法。具體步驟如下：首先，將天然氣水合物原位分解，然后收集混合泥漿。此時，將混合泥漿與氣 - 液 - 固相水合物混合，然后將混合泥漿拖入淺水中進一步分解。經過一系列徹底分解后，得到氣相即天然氣。

(二)可燃冰的應用前景及問題

在國家能源戰略方面，可燃冰的開發利用將大大緩解中國的能源危機。中國是世界上最大的原油進口國，預計到2020年將進口2億噸。而在中國工業的快速發展中，一旦其他國家切斷原油進口，對原油的需求將繼續增加，中國的工業發展將受到嚴重打擊。因此，可燃冰的勘探和開采迫在眉睫，其戰略儲備和商業開發將成為未來中國能源的堅實后盾。其次，由于采礦和運輸設備資金巨大，采礦成本不斷增加，這種巨大的經濟壓力和缺乏能源不斷刺激著我們對可燃冰利用的渴望，從科研機構到企業，從政府到國家都對可燃冰的研究有著高度的重視。專家表示，在開發海洋可燃冰資源之前，我們可以在青藏高原多年凍土區和東北凍土區進行試點開采。凍土區可燃冰資源儲量大，開采技術要求低，大大降低了開采成本，為我們提供了海洋開發領域的經驗。然而，專家們還提出，青藏高原多年凍土區的開采需要考慮自身開采對周圍環境的影響，以避免更大的錯誤。中國的可燃冰研究和采礦技術水平有一些局限性。在可燃冰研究的道路上，中國研究人員仍有許多難以克服的難題。到目前為止，中國的可燃冰資源量尚未準確估算，其巨大的勘探開發仍需要技術人員不斷挑戰。被稱為可燃冰的地球物理現象，如潛艇坑，泥火山，煙囪和海底土墩，尚未得到研究人員的解決。最終的核心問題，加快可燃冰綠發展技術的研究，開發和利用可燃冰的步伐。可燃冰的開采將帶來諸如海底斜坡崩潰和加劇全球變暖的全球災難，溫室的可燃冰能力效果是二氧化碳的26倍，故會導致異常氣候和海平面上升。對于可燃冰的開采沒有經濟有效的方法，所有技術仍然存在缺陷和需要解決的問題。不同的水庫，不同的環境和不同的開采條件需要不同的方法和對策。安全，高效，經濟和多樣化的技術創新需要未來科研人員的辛勤工作。