国内外可燃冰研究发展现状及前景展望

摘 要：可燃冰作为一种新型的高效清洁能源，已经被世界公认具有广阔的开发前景。本文着重从国内外的研究现状、开采方法和发展前景讨论可燃冰的研究发展，以期对以后的研究工作有一定的借鉴意义。

关键词：可燃冰；研究现状；发展前景

可燃冰又称作天然气水合物，主要由天然气和水分子组成，是天然气充填在水的晶体笼架中形成的冰状固体物[ 1 ]。可燃冰分布广泛，保守估计可燃冰总量是目前全球已探明的煤、石油和天然气总量将近2倍。

由于其燃烧后不会带来任何污染效应，这种绿色清洁的新型能源越来越受到各国的重视，我国从上个世纪80年代开始相关研究，目前已经在我国南海神狐海域、青海祁连山永久冻土带等地区都获得了可燃冰样品，虽然我国对可燃冰的研究水平已步入世界前列，但由于开始研究晚，目前和发达国家相比仍有较大技术差距。

1 国内外研究现状

目前开展可燃冰的相关研究有将近80个国家或地区，在这其中尤以美国、日本、俄罗斯等国家为先[ 2 ]。虽然，可燃冰的实验和勘查技术在国外已经较为成熟，但由于可燃冰在常温常压下极不稳定，对其的开采大多还处于摸索阶段。

美国早在1998年就已经将可燃冰作为战略能源列入长远计划，目前在很多方面都取得了一定突破，特别是2012年，美国康菲公司首次在阿拉斯加冻土区成功进行CO2置换水合物实验；日本对可燃冰的研究目前处于世界前列，2013年日本“地球号”探测船在深海进行钻探，并成功分离水和甲烷；俄罗斯则于2007-2009年期间，与比利时、日本合作在贝加尔湖进行了可燃冰的开采技术工艺试验；此外，韩国、加拿大、德国等国家也积极开展了天然气水合物资源量的相关调查。

目前，在国土资源部的统一组织下，我国的天然气水合物研究已取得了一系列重大突破。2007年，我国在南海北部的神狐海域获得了可燃冰的实物样品；2009年，我国对可燃冰的重大基础研究全面展开，集中研究可燃冰的成藏条件、演化动力学、成藏机制以及富集规律、开发中的多相流动机理和相关理论；2013年，在广东珠江口盆地的东部海域首次钻探获得高纯度可燃冰样品；2014年，中国地质科学院在青海省天峻县可燃冰勘探区域部署首个三维勘探项目[ 3 ]。

2 可燃冰开采

可燃冰一般是固体状态的，如果温度和压力等因素发生了改变，可燃冰就会分解，从而产生天然气和水，这就给可燃冰的开采带来了非常大的难度。目前主要是通过升高温度、降低压力或者化学方法改变去使可燃冰分解。

目前主要有以下几种开采方法：

方法一是热激发法，这种方法主要是利用加压泵将热流体从地面泵入地层，同时对该地层进行电磁或微波加热，加快地层温度的升高，从而促使水合物分解为CH4和H2O。这种方法目前仅仅适用于开采相对密集的可燃冰气藏，如果各层间出现较厚的夹层，该方法就不适用了。其主要缺点就是在开采过程中可能造成大量的热损失，且形成的甲烷气不易收集。特别是在永久层，会大量降低管道传递给出来的有效热量。

方法二是降压法，这种方法是在游离气富集的地层中通过降低压力加快形成低压的空腔，改变可燃冰状态让它变得不稳定，从而分解为CH4和H2O。但是这种方法的缺点在于在实施降压法的过程中没有额外的热量可以输送到开采层，这会导致可燃冰在进行分解的时候大量吸收周围热量，当周围的温度下降到一定的程度时候，就会降低并最终抑制可燃冰分解。

方法三是添加化学剂法：这种方法使用起来相对简单，主要是通过组钻井向地层注入某些有效的化学抑制剂，用以破坏可燃冰相对稳定的外部条件，达到使可燃冰分解为CH4和H2O的目的。但是这种化学试剂法的缺点就是作用时间非常长，花费却不菲，并不适合可燃冰的商业开采，不过这种方法可以有效降低开始时候的能源输入，利用这种特性如果能和前面提到的降压法进行配合的话，可以在某种程度上有效提高产能。

方法四是CO2置换法：这种方法主要是利用CO2和天然气水合物在结构上的相似性，而且CO2和CH4相比，其化学亲和力明显更好，这可以利用这种特性，将CO2泵入可燃冰中置换出CH4。这种方法的缺点就是化学反应的速率是较低的，如果要进行商业化开采还需要有技术上的重大突破，但是如果利用这种方法来处理工业排放的温室气体，应该有比较好的前景。

方法五是综合法：这种方法主要是利用前面提到的方法一和方法二的优势，对可燃冰进行开采。具体步骤就是先利用方法一使可燃冰所处环境的温度升高，促使其进行分解，然后再利用方法二降低周围的压力收集CH4。

3 前景展望

随着世界经济的发展，传统的能源如煤、石油、天然气等资源越来越不能满足需求，急需一种新型能源，能够缓解即将出现的资源危机，可燃冰无疑具备这样的优势。

首先，其作为新能源，可燃冰全球总量巨大，按照目前的能源消费计算，预计其可以满足全球近千年的消耗。

其次，可燃冰这种能源绿色环保且能源有效利用率高，其成分主要是CH4和H2O，燃烧之后不会污染大气。

最后，由于可燃冰在全球的分布广泛，一旦可以对该资源进行全球性的商业开采，可以有效缓解目前的世界能源格局的矛盾性，提高各国的自身能源安全。

不过可燃冰在地层中的特殊赋存形态，要想对其进行真正的大规模地商业化运作还存在着许多问题，如目前的开采技术还不无法达到要求、成本高、环境负面影响较大等等，都需要进一步解决。

参考文献：

[1] 武凯.未来的新能源：可燃冰[J].北方经贸，2008，（11）：135-137.

[2] 冯望生，宋伟宾，张维滨等.可燃冰的研究与开发进展[J].价值工程，2013（8）：31-33.

[3] 张寒松.清洁能源可燃冰研究现状与前景[J].应用能源技术，2014，（8）：54-58.