一只大黑貓

2017年5月18日，國(guó)土資源部宣布我國(guó)首次海域可燃冰試采成功，從5月10日出氣起，連續(xù)8天穩(wěn)定產(chǎn)氣1萬(wàn)方以上，達(dá)到世界最好水平。為此中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布賀電指出，“這一成就對(duì)推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命具有重要而深遠(yuǎn)的影響”。

那么，什么是可燃冰？中國(guó)首先實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定開(kāi)采意義和價(jià)值又體現(xiàn)在哪里呢？

“籠”中燃?xì)?/p>

可燃冰是甲烷水合物的俗稱，甲烷含量高達(dá)80%～99.9%，是一種外觀像冰或固體酒精的白色固體，點(diǎn)火即可燃燒，這正是被稱為“可燃冰”的原因。

可燃冰的通用化學(xué)式可寫成mCH4·nH2O，其中典型的為CH4·8H2O?？梢园阉蜗蟮乩斫獬捎啥鄠€(gè)水分子構(gòu)成的籠子內(nèi)包裹著甲烷氣體。實(shí)際上，被包裹的不一定是甲烷，也可以是乙烷、二氧化碳等。

溫度、壓力和原材料是可燃冰成礦所必需的條件。

首先是低溫，可燃冰超過(guò)20℃便會(huì)分解，低溫時(shí)則易于形成，人們?cè)诤涞貐^(qū)的天然氣管道中發(fā)現(xiàn)自然生成的可燃冰。海底溫度一般在2～4℃左右，是可燃冰礦藏發(fā)育的良好環(huán)境，西伯利亞、加拿大等地的凍土帶也滿足條件。

其次是高壓，可燃冰在0℃時(shí)只需30個(gè)大氣壓即可生成，且壓力越大就越穩(wěn)定。海水每增加10米深度約相當(dāng)于增加1個(gè)大氣壓，因此可燃冰礦藏往往分布在水深300米以上的海床中。

最后是充足的氣源，甲烷是沼氣的主要成分，各種有機(jī)物沉淀經(jīng)生物或化學(xué)轉(zhuǎn)化都可產(chǎn)生甲烷，進(jìn)而與水結(jié)合成可燃冰，多孔性的地層則可方便水合物晶體在砂石的空隙中生成。

氣體儲(chǔ)存在固體中將極大減少所占體積，1立方米可燃冰中的甲烷如在常溫常壓下釋放，體積約為164立方米，同時(shí)還會(huì)剩下約0.8立方米淡水，這些甲烷所含能量約相當(dāng)于190升汽油。

可燃冰分布廣泛，大陸永久凍土、島嶼斜坡地帶、活動(dòng)和被動(dòng)大陸邊緣的隆起處、極地大陸架及海洋和一些內(nèi)陸湖深水環(huán)境都有礦藏，這使它有了作為能源礦物開(kāi)采的潛力。據(jù)估算，全球可燃冰資源可滿足人類1 000年的需求。

然而可燃冰是固體，并不像石油、天然氣那樣可以打井抽取，也很難像常溫常壓下保持穩(wěn)定的煤炭那樣可以挖掘，必須解決許多難題才能把它真正利用起來(lái)。

解放深淵下的烈火

自20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)以來(lái)，前蘇聯(lián)、加拿大、美國(guó)、德國(guó)、日本和中國(guó)等都在開(kāi)展可燃冰礦藏的勘探和試開(kāi)發(fā)。其中，較早實(shí)現(xiàn)的開(kāi)采是陸地可燃冰，包括俄羅斯麥索亞哈氣田的商業(yè)性開(kāi)采、加拿大麥肯齊三角洲地區(qū)的國(guó)際合作試采、美國(guó)阿拉斯加北部斜坡區(qū)的試采。海域可燃冰開(kāi)采在進(jìn)入新世紀(jì)后逐步取得成功，如日本愛(ài)知縣附近海域的試采和剛剛獲得突破的中國(guó)南?？扇急嚥傻?。

目前，可燃冰的開(kāi)采方法主要有熱激化法、減壓法和置換法三種。

第一種方法是直接對(duì)可燃冰加熱，使其分解出甲烷。難點(diǎn)在于氣體收集，特別是在海底，●多孔介質(zhì)并不是集中一片，也無(wú)法保證密封性，加熱和采集管道布置十分困難。

第二種方法通過(guò)將海底原本穩(wěn)定的壓力降低，打破成藏條件，之后再將分散在多孔介質(zhì)中的氣體聚集起來(lái)。具體途徑可以是用低密度泥漿鉆井或抽出礦藏下方游離氣、液體來(lái)減壓。這種方法對(duì)礦藏的地質(zhì)結(jié)構(gòu)有一定要求，俄羅斯麥索亞哈氣田和中國(guó)南海神狐海域試采都是采用這種方法。

第三種方法則是利用CO2水合物保持穩(wěn)定所需壓力較低的特點(diǎn)，通過(guò)注入CO2置換甲烷，兼顧了環(huán)保性。

這三種方法的共同難點(diǎn)是如何避免甲烷泄漏和保證井底穩(wěn)定。甲烷是比CO2更強(qiáng)的溫室氣體，大規(guī)模泄漏將引發(fā)嚴(yán)重氣候問(wèn)題。同時(shí)，可燃冰氣化后原儲(chǔ)礦層將形成空腔，可能引起海底地層垮塌，進(jìn)而引發(fā)海嘯等災(zāi)害。

此外，可燃冰礦藏的多孔結(jié)構(gòu)往往混入了大量海底泥沙，為保證連續(xù)采氣必須解決排沙問(wèn)題，否則出氣一段時(shí)間后管路將堵塞。日本2013年的試采就因堵塞失敗，2017年4月的第二次嘗試在連續(xù)出氣約6天，總出氣量約3.5萬(wàn)立方米后，再次因泥沙析出終止。

顯然，可燃冰大規(guī)模開(kāi)采和商業(yè)化利用還有很長(zhǎng)的路要走，有專家認(rèn)為到2030年它有望接棒石油等傳統(tǒng)能源，日前的試采成功能否將這一時(shí)間提前，請(qǐng)讓我們拭目以待。

“中國(guó)方案”

作為油、氣資源過(guò)半依賴進(jìn)口的國(guó)家，我國(guó)對(duì)可燃冰給予了高度關(guān)注。南海神狐海域目前已探明有11個(gè)礦體，面積128平方公里，資源儲(chǔ)量相當(dāng)于1.5億噸石油，如能成功開(kāi)采，對(duì)改善我國(guó)能源安全具有極為重要的意義，這也是促使我國(guó)加大投入，全面趕超世界可燃冰開(kāi)發(fā)利用先進(jìn)水平的主要?jiǎng)訖C(jī)。

與日本試采的可燃冰礦相比，我國(guó)海域主要屬于泥質(zhì)粉砂型儲(chǔ)層，這也是占全球90%以上比例的儲(chǔ)藏類型，具有更好的推廣意義，同時(shí)砂細(xì)滲透率更差，水深大、儲(chǔ)層埋層淺，施工難度更大。

海域可燃冰開(kāi)采要從深海運(yùn)輸?shù)V藏或在水下進(jìn)行處理，為完成試采和以后的商業(yè)開(kāi)發(fā)，必須有穩(wěn)定的作業(yè)平臺(tái)。本次試采的平臺(tái)是我國(guó)最新研制成功的深海鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨一號(hào)”，它凈重超過(guò)43 000噸，高約37層樓，是目前全球最先進(jìn)的雙井架半潛式鉆井平臺(tái)，可適用于任何深海作業(yè)，有效保障了試采的連續(xù)和穩(wěn)定。

同時(shí)，我國(guó)還研發(fā)了地層流體抽取、儲(chǔ)層改造增產(chǎn)、可燃冰二次生成預(yù)防、防砂排砂等關(guān)鍵技術(shù)，有效解決了儲(chǔ)層流體控制與可燃冰穩(wěn)定持續(xù)分解難題，其中很多技術(shù)都超出了石油工業(yè)的防砂極限，為連續(xù)8天穩(wěn)定產(chǎn)氣提供了基礎(chǔ)。

綜合以上突破，本次試采在思路、井位選擇、工程地質(zhì)勘查、關(guān)鍵技術(shù)和工藝確立、試采平臺(tái)優(yōu)選等諸多方面形成了“中國(guó)方案”，為以后商業(yè)開(kāi)發(fā)和全世界可燃冰開(kāi)發(fā)提供了較高的參考和借鑒價(jià)值。