中國可燃冰商業開采需要負重致遠
來源：西安閃光能源科技有限公司 發布時間：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生二氧化碳和水，因此被普遍認為是一種燃燒值高且清潔的新能源。
天然氣水合物開發分為四階段
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。
根據天然氣水合物地質的條件情況，科學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困難。
自1810 年水合物首次在實驗室被發現以來， 全世界各國先后開始進行這一領域的研究，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 世紀發現天然氣水合物后，人們主要在實驗室進行相關的天然氣水合物基礎物性研究，包括物理、化學等。
第二個階段即將水合物作為資源調查的研究。進入上世紀90 年代后，全球針對水合物資源開展了大量的調查研究，在超過200 個的區域發現了水合物，全球的總儲量預計超過傳統的化石能源儲量。
第三和第四個階段則是從本世紀開始，研究進入試開采及為未來商業開采進行儲備的階段， 世界各國都相應地制訂了各種的研發計劃。
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連續開采。主要的方法包括降壓法、熱激法、化學藥劑法等。
李小森指出，降壓法的控制因素主要為周邊地層的導熱速率。降壓法的優點為該方法能量消耗較低，開采技術工藝相對簡單，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，導熱的速度會造成分解速率的降低。
而注熱法的主要的優點為產氣速率較快。目前全球對于這一方法的研究較多，加熱方式的也正在不斷改進，促進了熱激發開采法的發展。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。
注化學劑法是通過注入化學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劑的選取和相應的相平衡與分解動力學的研究。
“該方法的優點是可降低初期能量輸入，與其他方法結合應用具有明顯效果。但其所需的化學試劑費用昂貴，對天然氣水合物層的作用緩慢， 而且還會帶來一些環境問題。”李小森指出。
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構，幾乎沒有液態水排出，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開采要求等問題。”
固態流化開采法則是通過采掘設備將水合物儲層破碎成細小顆粒, 經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, 實現向鉆孔內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勢結合起來，用于提高水合物開采效率。比如將降壓法和熱開采技術結合, 可以大大提高水合物分解速率及產氣速率；將降壓法與二氧化碳置換結合，已經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向開采技術發展的階段。
經過近20 年不懈努力，中國已經取得了天然氣水合物勘查開發理論、技術、工程、裝備的自主創新。2011 年，國家設立"天然氣水合物資源勘查與試采工程"（127 工程）；2017 年中國地質調查局在南海神狐海域成功試采，實現了歷史性突破。
中國地質調查局在水深1266 米、海底以下203 米~277 米處，采用地層流體抽取法進行開采，連續產氣60 天，累計產氣量超過30 萬立方米，最高日產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、國務院均發來賀電，“但從試采到實現商業開采，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 站位也成功實現試采，依托深水工程勘察船“海洋石油708”，在全球范圍內首次成功實施海洋淺層非成巖天然氣水合物固態流化試采作業。
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果較優于國外試采，但距離商業開采還有很長的距離。
總體而言，當前世界各國都開展了各自的天然氣水合物研發計劃，特別是美國和日本制訂了他們詳細的商業開采的路線圖，我國也制訂了相應的技術路線圖。如我國在1999 年展開了水合物資源調查后，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， 我國預計在2023 年進行商業開采， 開采階段分三個時期。第一個時期在2017 年已經完成，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，為下一步商業試采進行技術的儲備。
