感受可燃冰的“溫度”

蘇更林

2017年5月18日，我國試采可燃冰獲得成功的消息在國內外產生了巨大的影響，人們對可燃冰的關注度持續(xù)升溫。今天，就讓我們一同走進可燃冰的世界，了解關于可燃冰的更多秘密。

顛覆常識的可燃冰

俗話說，水火不容。冰作為固態(tài)的水，自然也是不能燃燒的。可是，可燃冰卻是一種可以燃燒的冰。那么，可燃冰到底憑借什么顛覆了我們的常識呢？

原來，可燃冰是天然氣水合物的俗稱。它是甲烷類天然氣被包進水分子后，在海底低溫與壓力作用下形成的一種透明結晶狀物質。由于這種物質大多呈白色或淺灰色，看起來與冰雪十分相像，還能像蠟燭或酒精塊一樣燃燒，因此人們將其稱為可燃冰。

說來也怪，存在于可燃冰內部的甲烷氣體分子和水分子倒是十分投緣。在由若干水分子組成的“冰籠”中，“囚禁”著一個甲烷氣體分子。構成“冰籠”的水分子是以氫鍵相互吸引的，并與被鎖在其中的甲烷分子形成穩(wěn)定的籠型水合物。

它們稱得上是相依為命的兄弟，沒有了“冰籠”的保護，甲烷分子就會逸出籠外;而抽去了甲烷分子這個“房客”，“冰籠”就會發(fā)生塌陷。

可燃冰的“底氣”何在

我國可燃冰試采成功引起了社會各界的特別關注。那么，可燃冰的“底氣”是什么呢？除了在能源上的戰(zhàn)略地位之外，可燃冰優(yōu)秀的燃燒品質也是其走紅的“底氣”之一。

由于可燃冰是在低溫、高壓條件下由天然氣與水分子結合而成的天然氣水合物，因此可形成單種或多種天然氣水合物。不過，形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷，甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常被稱為甲烷水合物。

這樣的結構特征決定了可燃冰是一種能量密度很高的能源，并且是一種很好的清潔能源。通常1立方米的可燃冰在常溫常壓下分解后可釋放出約0.8立方米的水和164立方米的天然氣。因此，開采時只要給固體的可燃冰升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體來。

在崇尚生態(tài)文明建設的今天，我們更關心可燃冰的燃燒品質，也就是會不會產生環(huán)境污染。可燃冰在燃燒后幾乎不產生任何殘渣或廢棄物，因此其燃燒產生的污染要比煤炭、石油、天然氣等小得多。因此可以作為未來石油、天然氣的替代能源。

沉睡在海底的“寶貝”

可燃冰的燃燒品質決定了它的使用價值，人們稱其為“寶貝”一點兒也不過分。只是由于其深藏于海底巖石之中，開發(fā)利用難度很大。

可燃冰形成的溫度一般在0℃～10℃，超過20℃便分解了。海底的溫度一般在2℃～4℃左右。在0℃時，可燃冰的形成需要30個大氣壓，并且壓力越大形成的可燃冰越穩(wěn)定。可燃冰的形成需要氣源，也就是甲烷等天然氣。一般來說，甲烷氣源由海底沉淀的碳經生物轉化而來。

由于可燃冰形成需要特殊的條件，所以只能分布于特定的地理位置和地質構造單元。據(jù)估算，可燃冰的資源儲量相當于全球已探明傳統(tǒng)化石燃料碳總量的兩倍，科學家們甚至認為它是能夠滿足人類未來1000年使用的新能源。

“中國方案”領跑世界

我國可燃冰資源儲存量大約相當于1000億噸石油當量，其中有近800億噸分布在南海。按現(xiàn)在的消耗速度，可燃冰資源可滿足我國近200年的能源需求。

可燃冰既是一種清潔能源，同時又是一種非常危險的能源。在導致全球氣候變暖方面，甲烷所起的作用是二氧化碳的10～20倍。可燃冰的不當開發(fā)可能會導致甲烷氣體的泄漏，不僅會加速地球的溫室效應，還有可能造成海洋生態(tài)的變化及海底滑塌事件等，這無疑都會加大可燃冰開采的技術風險和難度。

我國從1999年起開始對可燃冰開展實質性的調查和研究。2004年，我國科學家開始對可燃冰鉆采進行攻關，現(xiàn)已成功研發(fā)了國內外首創(chuàng)的具有自主知識產權的水合物冷鉆熱采關鍵技術。2017年5月，中國實現(xiàn)了可燃冰全流程試采核心技術的重大突破，形成了國際領先的新型試采工藝。我國進行的可燃冰試采是世界上第一次針對粉砂質水合物進行的開發(fā)試驗，采用的是具有中國特色的“中國方案”。

在此次試開采中使用了大量國產裝備，其中的“藍鯨”一號是目前全球最先進的雙井架半潛式鉆井平臺，適用于全球任何深海作業(yè)。監(jiān)測結果顯示，整個試采過程安全、友好、可控、環(huán)保。我國在可燃冰研究領域走在了世界前列，對推動能源生產和消費革命具有非常重要的意義。

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“藍鯨”一號

“藍鯨”一號是我國自主研制的世界最大、作業(yè)水深最深、鉆井深度最大的雙井架半潛式鉆井平臺，最大鉆井深度達15240米。“藍鯨”一號凈重4.3萬噸，從船底到鉆井架頂端有37層樓高。通常的鉆井平臺都是一套鉆井系統(tǒng)，而“藍鯨”一號擁有雙鉆塔系統(tǒng)。雙鉆塔同時工作，一邊打井、一邊接管，鉆井效率至少提高了30%。