我國(guó)可燃冰開發(fā)利用技術(shù)現(xiàn)狀及前景

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，開發(fā)清潔新能源成為可持續(xù)發(fā)展的迫切需要?？扇急哂袩嶂蹈?，無污染，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，但其開采難度大，成本高，且可能帶來溫室效應(yīng)等負(fù)面影響。本文通過分析我國(guó)可燃冰開發(fā)利用現(xiàn)狀，提出一些技術(shù)及政策管理方面的想法，淺析了未來發(fā)展趨勢(shì)，以期對(duì)我國(guó)今后可燃冰開發(fā)利用有所裨益。

關(guān)鍵詞：可燃冰；開采技術(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)這種未來能源進(jìn)行試開采嘗試，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，可燃冰開采過程中風(fēng)險(xiǎn)因素較大。

2可燃冰開發(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，許多開采方法被提出來。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)可燃冰的開采尚未完全成熟，多處于試驗(yàn)階段，主要的開采方法有CO2置換法、化學(xué)試劑法、降壓法、加熱法等。

2.1加熱開采法

加熱開采法又稱熱激法，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注采井從地面泵入可燃冰地層，通過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降壓開采法

降壓開采法原理是通過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)有的開采模擬研究中最簡(jiǎn)單、成本最小，特別適合大規(guī)模開采。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。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采過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)保問題。

2.5綜合法

綜合法是綜合利用降壓開采法和加熱開采法的優(yōu)點(diǎn)對(duì)天然氣水合物進(jìn)行有效開采。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)行開采方案設(shè)計(jì)時(shí)可將幾種開采方法聯(lián)合運(yùn)用，相得益彰。開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）可燃冰的開發(fā)和利用已越來越受到世界各國(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，且有成功開采的案例；但可燃冰成藏條件、成藏過程動(dòng)力學(xué)、鉆井、開采、輸送、儲(chǔ)存等技術(shù)仍亟待完善和豐富。

（2）可燃冰商業(yè)化開采面臨開采成本、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發(fā)輸送至地表所需的能源消耗?？扇急o世界能源領(lǐng)域帶來了希望，但同時(shí)也帶來了困難，由于技術(shù)與成本問題，可燃冰的開采要進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)開采仍需很長(zhǎng)一段時(shí)間，首先需要解決技術(shù)問題，之后成本才能降低。

可燃冰開發(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)略高度來加強(qiáng)可燃冰的研發(fā)，開展基礎(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)破壞等問題。可燃冰在陸地主要分布在凍土地區(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)保地開采可燃冰應(yīng)引起高度重視。

①對(duì)于氣候問題，可多采用CO2置換法開采，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，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)問題，可在開采之前合理設(shè)計(jì)開采方案，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，為人類帶來了新的希望，目前世界上可燃冰開采方法與技術(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)開采才能從理論成為現(xiàn)實(shí)。

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