楊曉麗

摘 要：隨著生態(tài)環(huán)境的日益惡化以及化石能源的短缺，開(kāi)發(fā)清潔新能源成為可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。可燃冰具有熱值高，無(wú)污染，分布廣、資源量大等優(yōu)勢(shì)，是石油天然氣之后的最佳替代能源，但其開(kāi)采難度大，成本高，且可能帶來(lái)溫室效應(yīng)等負(fù)面影響。本文通過(guò)分析我國(guó)可燃冰開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，提出一些技術(shù)及政策管理方面的想法，淺析了未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，以期對(duì)我國(guó)今后可燃冰開(kāi)發(fā)利用有所裨益。

關(guān)鍵詞：可燃冰；開(kāi)采技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

1引言

與傳統(tǒng)能源相比，可燃冰更加清潔環(huán)保，且儲(chǔ)量豐富。因此，可燃冰被全球各國(guó)視為未來(lái)石油、天然氣的戰(zhàn)略性替代能源，是世界矚目的戰(zhàn)略資源。鑒于可燃冰的廣闊前景，多個(gè)國(guó)家都在積極開(kāi)展可燃冰研究，但截至目前仍面臨多個(gè)難題。首先，因絕大部分可燃冰埋藏于海底，所以可燃冰開(kāi)采難度十分巨大。目前，日本、加拿大等國(guó)都在加緊對(duì)這種未來(lái)能源進(jìn)行試開(kāi)采嘗試，但都因種種原因未能實(shí)現(xiàn)或未達(dá)到連續(xù)產(chǎn)氣的預(yù)定目標(biāo)。其次，可燃冰開(kāi)采過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)因素較大。

2可燃冰開(kāi)發(fā)利用技術(shù)現(xiàn)狀

隨著人們對(duì)可燃冰研究的進(jìn)一步深入，許多開(kāi)采方法被提出來(lái)。其主要原理為改變可燃冰儲(chǔ)層的溫度、壓力，打破其相平衡，使可燃冰分解得到甲烷氣體。目前對(duì)可燃冰的開(kāi)采尚未完全成熟，多處于試驗(yàn)階段，主要的開(kāi)采方法有CO2置換法、化學(xué)試劑法、降壓法、加熱法等。

2.1加熱開(kāi)采法

加熱開(kāi)采法又稱熱激法，原理是保持可燃冰穩(wěn)定帶壓力不變，將熱水、熱鹽水或其他熱流體通過(guò)注采井從地面泵入可燃冰地層，通過(guò)提高可燃冰地層的溫度，使可燃冰分解成為水和天然氣的混合物，最后利用集氣裝置收集分解后的天然氣。此方法的一個(gè)缺點(diǎn)是天然氣不易收集。海底的可燃冰分布并不集中，而是較為均勻。怎樣布設(shè)管道并高效收集是亟待解決的問(wèn)題。另一個(gè)缺點(diǎn)是加熱法會(huì)造成大量的熱損失，效率低下。特別是在永凍土區(qū)采集可燃冰，即使利用絕熱管道，凍土層也會(huì)降低傳遞給儲(chǔ)集層的有效熱量。開(kāi)采不當(dāng)還會(huì)影響沉積物孔隙度、滲透率等因數(shù)，對(duì)儲(chǔ)層造成大面積破壞。

2.2降壓開(kāi)采法

降壓開(kāi)采法原理是通過(guò)降低壓力使與天然氣接觸的可燃冰變得不穩(wěn)定，相平衡曲線向利于水合物分解的方向移動(dòng)，從而分解為天然氣和水。是通過(guò)降低可燃冰儲(chǔ)層壓力促使其分解的一種方法，該方法不需要連續(xù)激發(fā)，在可燃冰現(xiàn)有的開(kāi)采模擬研究中最簡(jiǎn)單、成本最小，特別適合大規(guī)模開(kāi)采。目前采取的降壓方式主要有利用低密度泥漿鉆井或通過(guò)泵壓抽出可燃冰儲(chǔ)層下方存在的游離氣體和其他流體來(lái)降低壓力。

2.3化學(xué)抑制劑注入法

化學(xué)抑制劑注入法是通過(guò)從井孔向水合物儲(chǔ)層中注入化學(xué)試劑如甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，改變可燃冰地層溫度及孔隙壓力，改變?cè)摰貙酉嗥胶鈼l件，引起分解。由于分解產(chǎn)生的水會(huì)稀釋化學(xué)試劑，使其效果大大減弱，同時(shí)化學(xué)試劑會(huì)對(duì)水源造成污染，且試劑成本較高，商業(yè)價(jià)值偏低，不適合大規(guī)模使用。

2.4置換法

置換法又稱氣舉法，該方法的原理是將CO2或其他氣體注入海底的可燃冰儲(chǔ)層，因CO2較之甲烷更易于與水結(jié)合形成水合物，因此可將可燃冰中的甲烷分子置換出來(lái)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于及不但能將CO2儲(chǔ)存于地層下，有效緩解溫室效應(yīng)，促進(jìn)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，而且能有效地減少開(kāi)采過(guò)程中的井噴和井塌事故。其缺點(diǎn)是置換效率低，水合物分解速率慢，大規(guī)模的收集、運(yùn)輸CO2氣體易引起安全環(huán)保問(wèn)題。

2.5綜合法

綜合法是綜合利用降壓開(kāi)采法和加熱開(kāi)采法的優(yōu)點(diǎn)對(duì)天然氣水合物進(jìn)行有效開(kāi)采。其具體方法是先用熱激發(fā)法分解天然氣水合物，后用降壓法提取游離氣體。這種方法集中了熱激法和降壓法的共同優(yōu)勢(shì)，分解效率也相對(duì)較好，但其技術(shù)難度高，成本也高。

要使用哪種方法，需具體問(wèn)題具體分析，目前世界上大部分國(guó)家較為認(rèn)可的方法是CO2置換法，因?yàn)榇朔椒ㄔ谔崛√烊粴獾耐瑫r(shí)，還能發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，具有雙重優(yōu)點(diǎn)。在進(jìn)行開(kāi)采方案設(shè)計(jì)時(shí)可將幾種開(kāi)采方法聯(lián)合運(yùn)用，相得益彰。開(kāi)采天然氣水合物雖然在技術(shù)層面可行，但離真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、大規(guī)模、可持續(xù)的合理開(kāi)采還有很遠(yuǎn)的征程。

3結(jié)論及展望

由上述可知，可燃冰的開(kāi)發(fā)利用依舊存在一定的技術(shù)難題、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與成本限制，且在儲(chǔ)存利用方面涉及較少。以下稍作總結(jié)：

（1）可燃冰的開(kāi)發(fā)和利用已越來(lái)越受到世界各國(guó)政府的高度重視。在海底和陸地凍土帶可燃冰的形成機(jī)理、鉆探和開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)等方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，且有成功開(kāi)采的案例；但可燃冰成藏條件、成藏過(guò)程動(dòng)力學(xué)、鉆井、開(kāi)采、輸送、儲(chǔ)存等技術(shù)仍亟待完善和豐富。

（2）可燃冰商業(yè)化開(kāi)采面臨開(kāi)采成本、溫室效應(yīng)、地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境效應(yīng)等多方面問(wèn)題，應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待，既要保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境，又要讓可燃冰資源持續(xù)造福子孫后代。

（3）在目前的技術(shù)水平下，可燃冰自身所含的能源量遠(yuǎn)低于將其從埋藏處開(kāi)發(fā)輸送至地表所需的能源消耗。可燃冰給世界能源領(lǐng)域帶來(lái)了希望，但同時(shí)也帶來(lái)了困難，由于技術(shù)與成本問(wèn)題，可燃冰的開(kāi)采要進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)開(kāi)采仍需很長(zhǎng)一段時(shí)間，首先需要解決技術(shù)問(wèn)題，之后成本才能降低。

可燃冰開(kāi)發(fā)利用雖存在很大的難題，但我們不能止步于此，對(duì)于以上限制提出以下對(duì)策及設(shè)想：

（1）夯實(shí)理論基礎(chǔ)，突破技術(shù)難題。我國(guó)要從戰(zhàn)略高度來(lái)加強(qiáng)可燃冰的研發(fā)，開(kāi)展基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān)工作，并加強(qiáng)可燃冰國(guó)內(nèi)國(guó)際的研發(fā)合作，制定相關(guān)優(yōu)惠政策等。國(guó)家要重點(diǎn)展開(kāi)對(duì)可燃冰理論研究的資金支持，高校、企業(yè)及其他科研院所要投入大量的人才，共同研究，學(xué)習(xí)美國(guó)、日本等先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，夯實(shí)理論基礎(chǔ)。在理論與技術(shù)不斷成熟的條件下，成本也會(huì)隨之降低，但在整個(gè)過(guò)程中，也應(yīng)該注意節(jié)約成本。

（2）規(guī)避安全與環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。如前文所述，由于甲烷的自身特性，如開(kāi)采不當(dāng)，會(huì)造成溫室效應(yīng)，促使海水、地層溫度升高，有可能造成可燃冰自動(dòng)分解，形成惡性循環(huán)，同時(shí)還可能導(dǎo)致井噴、海底生態(tài)破壞等問(wèn)題?？扇急陉懙刂饕植荚趦鐾恋貐^(qū)，海拔高、人煙稀少、生態(tài)環(huán)境脆弱，環(huán)保要求更高。因此，如何安全又環(huán)保地開(kāi)采可燃冰應(yīng)引起高度重視。

①對(duì)于氣候問(wèn)題，可多采用CO2置換法開(kāi)采，從環(huán)保角度分析，向可燃冰儲(chǔ)層中注入CO2不僅能夠降低大氣中溫室氣體的濃度，緩解全球變暖的趨勢(shì)，還能獲得清潔能源。從地質(zhì)環(huán)境角度分析，把可燃冰從地層中置換出來(lái)，可以維持原有地層的穩(wěn)定性，減少地質(zhì)災(zāi)害。

②對(duì)于地質(zhì)問(wèn)題，可在開(kāi)采之前合理設(shè)計(jì)開(kāi)采方案，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件及水文條件，從工程設(shè)計(jì)上減小對(duì)于環(huán)境的危害。

可燃冰是石油天然氣之后的最佳替代能源，為人類帶來(lái)了新的希望，目前世界上可燃冰開(kāi)采方法與技術(shù)尚不成熟，因此，可燃冰必須在政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)較全面，理論與技術(shù)切實(shí)可行，經(jīng)濟(jì)成本可接受，安全環(huán)保措施較完善的前提下，大規(guī)模商業(yè)開(kāi)采才能從理論成為現(xiàn)實(shí)。

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