可燃冰

天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即燃，故又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”、“气冰”。

正在燃烧的可燃冰

冰晶结构

可燃冰中的甲烷含量占80%～99.9%，其燃烧后仅会生成少量的二氧化碳和水，污染比煤、石油、天然气小很多，但能量高于煤、石油、天然气十倍。而且储量丰富，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。

可燃冰的形成条件

• 温度不能太高，如果温度高于20℃，它就会“烟消云散”，所以，海底的温度最适合可燃冰的形成；

• 压力要足够大，海底越深压力就越大，可燃冰也就越稳定；

• 要有甲烷气源，海底古生物尸体的沉积物，被细菌分解后会产生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分布。中国东海、南海都有相当数量分布。

可燃冰的发现历程

1810年，首次在实验室发现天然气水合物。

1971年，美国学者Stoll等人在深海钻探岩心中首次发现海洋天然气水合物，并正式提出“天然气水合物”概念。

1974年，前苏联在黑海1950米水深处发现了天然气水合物的冰状晶体样品。

1979年，首次验证了海底天然气水合物矿藏的存在。

2017年，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功。

我国可燃冰的发展史

1998年

和国际上早在上个世纪60年代就开始勘探、研究可燃冰相比，我国的可燃冰研究起步要晚到1998年，但中国科技工作者只用了不到20年就完成了从空白到赶超的全过程。

2007年

在神狐海域钻获可燃冰，这使得我国成为继美国、日本、印度之后，第四个通过国家级研发计划在海底钻获可燃冰的国家。

2015年

我国科技工作者在神狐海域准确定位了两个可燃冰矿体。

2016年

地质调查工作人员围绕试采在神狐海域开展钻探站位8个，全部发现可燃冰。

2017年

5月10日9时20分，神狐海域可燃冰试采开始，5小时32分钟后，试采点火成功。截至18日，经试气点火，本次试采已连续产气超过一周，最高产量3.5万立方米/天，平均日产超1.6万立方米，累计产气12万立方米，天然气产量稳定，甲烷含量最高达99.5%。

可燃冰的开采方法

开采方案主要有三种。

• 一是热激化法。利用“可燃冰”在加温时分解的特性，使其由固态分解出甲烷蒸汽。但此方法难处在于不好收集。海底的多孔介质不是集中为“一片”，也不是一大块岩石，而是较为均匀地遍布着。如何布设管道并高效收集是急于解决的问题。

• 二是减压法。有科学家提出将核废料埋入地底，利用核辐射效应使其分解。但它们都面临着和热解法同样布设管道并高效收集的问题。

• 三是“置换法”。研究证实，将CO2液化，注入1500米以下的洋面，就会生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就会沉入海底。如果将CO2注射入海底的甲烷水合物储层，因CO2较之甲烷易于形成水合物，因而就可能将甲烷水合物中的甲烷分子“挤走”，从而将其置换出来。

开采难点

1、怕失压、怕高温

《天然气地球科学》编辑部主任、研究员郑军卫表示，可燃冰开采的难点，不在于从海底或冻土中把它们采出来，难点在于有序、可控，不发生地质等次生灾害。

郑军卫解释说，可燃冰是在高压、低温的条件下形成的。一旦失压，或者温度升高，可燃冰就会变成气体，体积急剧增大160多倍。在冻土中，开采难度相对较小。

2、怕“海底滑坡”

在海底，有水有岩石，一些淤泥中有可燃冰，一些岩石层中也储存有可燃冰。一旦钻孔密封不好，大量海水灌入，可能造成更大范围内的失稳，大量的温室气体逸出，甚至引发海底滑坡和更大的灾害。

郑军卫总结说，所以，可燃冰开采的关键技术还是钻井技术，如果能保证有序、平稳、连续地出天然气，就是大的突破。他初步估计，受技术因素和经济因素的影响，商业开采可燃冰可能还需要10到20年时间。

3、怕“出砂”问题

2013年3月，日本深海钻探船“地球号”（Chikyu）进行了全球首次近海可燃冰试采。但试采的第六天，作业人员观察到产水率突然增加，井下压力立刻升高，且产气停止，并明显出砂。由于很难处理这一出砂问题，开采工作中止，作业人员也无法回收井下生产设备。

4、特别容易分解

可燃冰的主要成分是甲烷，就是人们日常煮饭时用到的天然气的主要成分。研究人员在实验室用液氮创造低温条件，人工合成的可燃冰纯度较高，没有砂砾，所以，呈雪白色。但在冻土、淤泥、岩石中，可燃冰因为混合了砂砾，其矿产资源外观如同矿石。可以像固体酒精一样被点燃。可燃冰一旦开采出来，如果不储存在液氮中，它就会分解，甲烷气体就会逸出。

我国可燃冰试采成功

从5月10日起，源源不断的天然气从1200多米的深海底之下200多米的底层中开采上来，点燃了全球最大海上钻探平台“蓝鲸一号”的喷火装置。这是我国首次、也是全球首次对资源量占比90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型储层可燃冰成功实现试采。这为实现天然气水合物商业性开发利用提供了技术储备，积累了宝贵经验，打破了我国在能源勘查开发领域长期跟跑的局面，取得了理论、技术、工程和装备自主创新，实现了在这一领域由“跟跑”到“领跑”的历史性跨越，对保障能源安全、推动绿色发展、建设海洋强国具有重要而深远的意义。