徐东君

摘要：进入21世纪以来，可燃冰凭借其优良的清洁性能得到了全世界的认可，被视为新时期最具潜能的清洁能源。可燃冰还可以被称作天然气水合物、甲烷水合物、固体瓦斯，化学性质极其活波，遇火即焚，反应后生成CO2和H2O。所以，在可燃冰的开采和储存并不是一件易事，后续使用还可能会涉及到温室效应等环境问题。本文就可燃冰的研发现状做出客观分析，以期为可燃冰的后续利用提供可靠的理论依据。

关键词：可燃冰；清洁能源；化学性质；温室效应；

引言

相关数据显示，全世界可燃冰的储备量达到了惊人的2x1016立方米，而天然气的储备量则有1.56x1014立方米，前者是后者的130倍之多，另外，每立方米可燃冰可以释放出的天然气量高达170立方米。这就意味着，在地球上，仅仅可燃冰的储存量就足够人们使用1200之久。目前，全球范围内约有80多个国家已将可燃冰的专项研究提上日程，我国也于上世纪末开始了可燃冰的项目研究，并取得了十分客观的研究成果，整体水平已位居世界前列。

一、可燃冰简介

可燃冰是在强压、低温的条件下形成的甲烷与水的混合物。在自然界中，可燃冰以固体的形态深埋在地球的冻土地带和深海领域。可燃冰具有很高的能量密度，约是煤的10倍、天然气的4倍。可燃冰的化学反应式为：CH4*xH2O+O2→CO2+H2O。可见，可燃冰燃烧效率很高，生成物只有H2O和CO2，没有其他任何污染性气体和废弃物。

可燃冰也可以说是天然气和水的混合体。可燃冰化学式CH4*xH2O中的x表示可燃冰的水合指数，表示水分子的参与量。另外，可燃冰其他组成部分并不全是甲烷CH4，还有乙烷C2H6、丙烷C3H8、丁烷C4H10等同系物的存在。但是，其中甲烷CH4分子的含量已經超过99%，接近100%。所以，我们再命名可燃冰时，通常会将其他微量成分忽略不计，直接称之为甲烷水合物，化学式为CH4*xH2O。

二、我国可燃冰能源储量分布现状

早在1990年，我国已经开始了对境内可燃冰储量的勘探。但是由于技术水平有限，第一次勘探兼合成实验是中国科学院兰州冰川冻土研究所在莫斯科大学的协助下完成的。至1999年，我国已经有了独立对可燃冰进行研发的技术了，同年，我国各大科研组织，包括中石油、中化、中国地质大学、中科院各地分院等，纷纷响应国家号召，在全国范围内开始了可燃冰储量的勘探工作，并取得了显著的成绩。现阶段，我国境内可燃冰分布及储量现状如表2-1所示：

三、我国可燃冰能源开采现状

2007年，我国首次试水可燃冰资源开采项目，并在南海区域的神狐海域设置了8个可燃冰实验性开采钻井分别标记为SH1、SH2……SH8，其中第2、第3、第7这三处钻井平台都有开采出可燃冰资源，这是第一次在我国境内开采出可燃冰资源。我国也成为继日本、美国、印度之后第四个独立开采出可燃冰资源的国家，标志着我国的可燃冰研发水平已经处于世界领先行列。

此后几年，我国在可燃冰能源开采工作上屡有建树。2008年，我国在青海祁连山冻土带成功开采可燃冰样本能源100小时，这也是世界上首次在低纬度冻土地带开采出可燃冰；2009年，我国完全自主研发的海底勘探机器人正式下水，参与可燃冰能源的海底分布调查工作；2010年，科研人员得出确切数据显示，先前在神狐海域获取可燃冰能源的三个点，其可燃冰能源饱和度分别为25%、45%、40%，这是世界范围内有史以来可燃冰含量最高的一次；2013年，我国科研团队在东海区域珠江口盆地附近设置了23个可燃冰钻井平台，其中4个钻井确认开采出可燃冰能源。2017年，我国南海北部神狐海域的可燃冰能源自同年5月份以来，可以保持日均1.6×104立方米的量，单日最高开采量达3.5×104立方米，实现了连续7天达到开采国标的壮举。

四、可燃冰相关开采技术现状

可燃冰相关开采技术包括两个方向：一个是开采前可燃冰分布情况探测技术；另一个是可燃冰CH4提取技术，也是真正意义上的可燃冰开采技术。

（1）可燃冰分布探测技术

目前，在可燃冰分布情况的探测上有两种技术比较突出。第一种是X 射线衍射技术：该技术主要用于可燃冰物理结构的分析和化学成分的分析，在可燃冰结构类型鉴别和晶格参数测量两个方向作用颇大，可进行可燃冰沉积物围观状态的位置探测。第二种是海底可燃冰地震识别技术：该技术应用的是地震反射原理，通过对海底放射地震波，从截获的反射波动情况去分析海底可燃冰能源的分布情况。

（2）可燃冰开采技术现状

可燃冰在自然界一般以固体形态存储在海底和冻土带，且其开采工作需要克服高压、低温等极端恶劣的环境问题。目前，为满足可燃冰多种类开采环境的要求，已有多种可燃冰开采技术被研发出来，具体如下：

1）热激发法：利用高温蒸汽、高温液体（水为主）等诸如可燃冰储存层，促使可燃冰升华变气体，进而达到开采的目的，适用于压力稳定的开采环境；

2）降压法：通过控制可燃冰存储层的压力而达到开采可燃冰的目的，但开采要求比较严格，需要温度与压力都在平衡临界点，否则没有实际应用价值；

3）化学抑制剂法：将盐水作为催化剂注入到可燃冰的存储层，促使可燃冰释放CH4气体。本方法效率较高，但成本也相应较高；

4）置换法：用CO2置换可燃冰中的CH4，置换后的CO2还可以继续保持原存储层的压力稳定；

5）双水平井热水注入法：由热激发法演变而来，利用两口平行钻井，一口井注入热水，一口井冒出可燃冰升华气体，对可燃冰纯度要求较高。

除去以上介绍的开采方法之外，还有循环蒸汽热激励法、部分氧化法、电加热辅助降压法、置换辅助降压法、冷钻热采法等，都为可燃冰的开采方法提供了可选择的余地。

五、结语

目前，可燃冰研发工作尚处于一个初级阶段，面临着开采成本高、开采技术难以实现、容易造成温室效应等一系列问题，这也是可燃冰后续研发工作需要努力突破的难关。另外，尽管可燃冰存储量惊人，但其实际应用效果远达不到理想水平，况且传统石油能源仍是现阶段可利用能源的主导，所以希望所有国家和地区能达成环保共识，从根本上减缓地球环境的恶化。

参考文献：

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