中國可燃冰商業(yè)開采需要負(fù)重致遠
來源：西安閃光能源科技有限公司 發(fā)布時間：2020-11-23“可燃冰”，是坊間對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等級，形成了一座資源金字塔。
李小森指出，在這個金字塔中，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而言愈發(fā)困難。
自1810 年水合物首次在實驗室被發(fā)現(xiàn)以來， 全世界各國先后開始進行這一領(lǐng)域的研究，其研究主要分為四個階段。
第一個階段為實驗室研究階段。自19 世紀(jì)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物后，人們主要在實驗室進行相關(guān)的天然氣水合物基礎(chǔ)物性研究，包括物理、化學(xué)等。
第二個階段即將水合物作為資源調(diào)查的研究。進入上世紀(jì)90 年代后，全球針對水合物資源開展了大量的調(diào)查研究，在超過200 個的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了水合物，全球的總儲量預(yù)計超過傳統(tǒng)的化石能源儲量。
第三和第四個階段則是從本世紀(jì)開始，研究進入試開采及為未來商業(yè)開采進行儲備的階段， 世界各國都相應(yīng)地制訂了各種的研發(fā)計劃。
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， 再通過收集游離氣以實現(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)點為該方法能量消耗較低，開采技術(shù)工藝相對簡單，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。
但降壓法的缺點是在采氣過程中，導(dǎo)熱的速度會造成分解速率的降低。
而注熱法的主要的優(yōu)點為產(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，促進了熱激發(fā)開采法的發(fā)展。不過李小森也指出，該方法的缺點是至今尚未很好地解決熱利用效率較低的問題，而且只能進行局部加熱。
注化學(xué)劑法是通過注入化學(xué)劑來改變水合物的平衡點，促使水合物分解。目前的研究重點是化學(xué)劑的選取和相應(yīng)的相平衡與分解動力學(xué)的研究。
“該方法的優(yōu)點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)試劑費用昂貴，對天然氣水合物層的作用緩慢， 而且還會帶來一些環(huán)境問題?！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)點是可同時解決天然氣水合物開采與CO2 儲存的問題，在開采過程中可以保持水合物的結(jié)構(gòu)，幾乎沒有液態(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理研究不清、置換效率是否適用于商業(yè)開采要求等問題?！?/span>
固態(tài)流化開采法則是通過采掘設(shè)備將水合物儲層破碎成細小顆粒, 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, 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具, 實現(xiàn)向鉆孔內(nèi)部進行不同方向的切割，進一步填充支撐劑，使得沉積物中的孔裂隙成為分解氣體的運移通道，從而達到高效開采水合物儲層的目的。
李小森指出，綜合開采法便是將以上開采方法的優(yōu)勢結(jié)合起來，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)化仍需時日李小森指出，雖然中國天然氣水合物的研究起步較晚，但進展迅速，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)過近20 年不懈努力，中國已經(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 年中國地質(zhì)調(diào)查局在南海神狐海域成功試采，實現(xiàn)了歷史性突破。
中國地質(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行開采，連續(xù)產(chǎn)氣60 天，累計產(chǎn)氣量超過30 萬立方米，最高日產(chǎn)3.5 萬立方米。對于此次具有重大意義的成功試采，中共中央、國務(wù)院均發(fā)來賀電，“但從試采到實現(xiàn)商業(yè)開采，仍然任重而道遠”。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，將我國和國外試采情況對比可以看出，目前我國天然氣水合物試采結(jié)果較優(yōu)于國外試采，但距離商業(yè)開采還有很長的距離。
總體而言，當(dāng)前世界各國都開展了各自的天然氣水合物研發(fā)計劃，特別是美國和日本制訂了他們詳細的商業(yè)開采的路線圖，我國也制訂了相應(yīng)的技術(shù)路線圖。如我國在1999 年展開了水合物資源調(diào)查后，在2010 年開始進行水合物開采的評價研究，之后于2017 年進行了初步試采研究。
李小森透露， 我國預(yù)計在2023 年進行商業(yè)開采， 開采階段分三個時期。第一個時期在2017 年已經(jīng)完成，第二個時期為在2019 到2020 年進行中期測試，第三個時期為從2023 年展開試驗型的試驗，為下一步商業(yè)試采進行技術(shù)的儲備。
