【壓縮機(jī)網(wǎng)】可燃冰是公認(rèn)的地球上尚待開(kāi)發(fā)的大規(guī)模新型化石能源，是未來(lái)全球能源發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。全球可燃冰儲(chǔ)量和分布情況如何，主要大國(guó)可燃冰研究試采進(jìn)展如何？2017年，中國(guó)石油在可燃冰勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域取得了新的突破，總承包首次南海神狐海域可燃冰試采獲歷史性成功，可燃冰被命名為第173號(hào)新礦種，黨中央、國(guó)務(wù)院專門發(fā)賀電祝賀。目前，中國(guó)的可燃冰開(kāi)采已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，有力地支撐著國(guó)家能源資源戰(zhàn)略,但其難度也是毋庸置疑的。 

 

　　全球可燃冰儲(chǔ)量巨大 分布廣泛

　　根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的說(shuō)法，天然氣水合物是水和低分子量氣體（如甲烷、乙烷、二氧化碳）在適度高壓、低溫條件下形成的白色冰狀結(jié)晶體，最常見(jiàn)的是甲烷水合物（即“甲烷冰”）。由于天然氣水合物外形酷似冰，而且能夠像固體酒精一樣用火直接點(diǎn)燃，所以又稱為“可燃冰”。無(wú)論是在海底還是在陸域永久凍土帶，可燃冰只有在0℃-10℃時(shí)才能生成，超過(guò)20攝氏度就會(huì)分解，變得“煙消云散”。同時(shí)，要生成可燃冰，還得需要適度高壓的條件。例如，如果溫度為0℃，那么得要30個(gè)大氣壓才能生成可燃冰。

　　中國(guó)現(xiàn)代國(guó)際關(guān)系研究院世界經(jīng)濟(jì)研究所資源與環(huán)境研究室主任張茂榮介紹，可燃冰中的天然氣主要來(lái)源于兩種形式：一種來(lái)源于微生物分解，這些微生物將有機(jī)質(zhì)分解形成甲烷等氣體，這與沼氣類似；另一種是熱解成氣，也就是說(shuō)，有機(jī)質(zhì)在較高溫度和較大深度下通過(guò)熱分解而形成天然氣。通過(guò)對(duì)全球244個(gè)可燃冰樣品的分析得出的結(jié)論是，絕大多數(shù)海底可燃冰中的天然氣是微生物氣型，其次是混合氣型，而熱解氣型則比較少。

　　在自然界，可燃冰廣泛分布在海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境、島嶼的斜坡地帶、活動(dòng)和被動(dòng)大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及大陸永久凍土中。可燃冰主要分布在兩類地區(qū)：一類是深度為300米-3000米的海底，另一類是以南北極凍土區(qū)為主的陸上凍土區(qū)。其中，99%的可燃冰存在于海洋沉積物中。根據(jù)最新研究結(jié)果，27%的地球陸地面積具有形成可燃冰的潛力，90%的地球海洋面積具有形成可燃冰的潛力。目前，地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的海底可燃冰礦藏，主要分布在環(huán)太平洋和環(huán)北冰洋、印度洋北部、大西洋西岸以及南極近海，此外一些內(nèi)陸海如黑海、里海、地中海，以及貝加爾湖等湖底也有少量的可燃冰分布。在陸地上，可燃冰主要分布在環(huán)北冰洋的高緯度凍土區(qū)，中國(guó)的青藏高原凍土區(qū)也有一定的分布。目前，世界上已有79個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了可燃冰礦藏。全球已直接或間接發(fā)現(xiàn)的可燃冰礦點(diǎn)中，97%集中在海洋，其余3%主要位于陸地凍土帶。
 

 

　　長(zhǎng)期以來(lái)，全球范圍內(nèi)可燃冰資源量問(wèn)題，是包括科學(xué)界在內(nèi)的各界討論的焦點(diǎn)問(wèn)題。目前，有一個(gè)觀點(diǎn)得到科學(xué)界廣泛引用。該觀點(diǎn)于1988年由美國(guó)科學(xué)家科溫沃登（Kvenvolden）提出，他通過(guò)預(yù)測(cè)認(rèn)為，全球可燃冰資源量高達(dá)2.1×1016立方米，大約相當(dāng)于21萬(wàn)億噸油當(dāng)量，其規(guī)模之巨大，幾乎為全球已發(fā)現(xiàn)的常規(guī)化石能源（煤炭、石油、天然氣等）的兩倍。2011年，美國(guó)能源部國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一份有關(guān)可燃冰資源潛力的研究報(bào)告。該報(bào)告預(yù)測(cè)，全球可燃冰資源量為2.0×1016立方米，大約與20萬(wàn)億噸油當(dāng)量相當(dāng)，這與科溫沃登的預(yù)測(cè)結(jié)果非常接近。

　　中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，中國(guó)海域可燃冰資源量約為800億噸油當(dāng)量。若考慮陸上凍土帶資源，中國(guó)可燃冰資源量預(yù)計(jì)將達(dá)到1000億噸油氣當(dāng)量的規(guī)模。截至目前，中國(guó)通過(guò)對(duì)重點(diǎn)地區(qū)的普查，對(duì)可燃冰礦藏進(jìn)行摸底，已經(jīng)圈定了兩個(gè)千億立方米級(jí)的巨大礦藏，還圈定了19個(gè)成礦區(qū)帶和11個(gè)有利遠(yuǎn)景區(qū)。可燃冰在中國(guó)的主要分布區(qū)位于南海海域。南海是中國(guó)可燃冰成礦條件和找礦前景最好的地區(qū)，也是中國(guó)對(duì)可燃冰調(diào)查研究程度最高的地區(qū)。

　　張茂榮認(rèn)為，可燃冰作為一種新型能源，具有埋藏比較淺、能量密度高、高效清潔等特點(diǎn)，對(duì)世界能源未來(lái)的影響可能會(huì)非常深遠(yuǎn)。可燃冰作為高度壓縮的天然氣，其甲烷含量高達(dá)80%—99.9%。據(jù)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，1單位體積的可燃冰分解后，最多能夠產(chǎn)生高達(dá)164單位體積的甲烷氣體，可見(jiàn)其甲烷含量之高，能量密度之大。可燃冰可以通過(guò)一定的處理程序形成液化天然氣（LNG），從而減少空間占用和運(yùn)輸難度。可燃冰比較“清潔”，其燃燒后僅會(huì)產(chǎn)生少量的水和二氧化碳，較煤炭、石油、天然氣等常規(guī)能源的污染程度小得多，但能量密度卻是后者的十倍。根據(jù)科學(xué)家們的估算結(jié)果顯示，全球可燃冰僅海底儲(chǔ)量就足夠人類使用1000年。 綜上所述，可燃冰由于具有儲(chǔ)量巨大、燃燒值高、高效清潔等優(yōu)點(diǎn)，被贊譽(yù)為21世紀(jì)最具商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的戰(zhàn)略能源，受到世界各國(guó)高度重視，紛紛投入力量進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。

 

　　我國(guó)可燃冰未來(lái)發(fā)展值得期待

　　自20世紀(jì)60年代開(kāi)始，前蘇聯(lián)、美國(guó)、加拿大等少數(shù)一些國(guó)家就開(kāi)始了可燃冰資源的調(diào)查工作。進(jìn)入80年代后，世界多地（包括大海、深湖、高原、極地等）發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)量豐富的可燃冰，受此鼓舞，70多個(gè)國(guó)家陸續(xù)制定了開(kāi)采可燃冰的規(guī)劃。而從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，美國(guó)、日本、中國(guó)、加拿大、韓國(guó)、印度等更是紛紛投入巨資，競(jìng)相在本土乃至國(guó)際海底開(kāi)展可燃冰的調(diào)查和試采。

　　中國(guó)是較早進(jìn)行可燃冰研究的國(guó)家之一，在試采可燃冰方面一直處于世界前列。1997年，中國(guó)設(shè)立了“中國(guó)海域天然氣水合物勘測(cè)研究”項(xiàng)目。1998年，中國(guó)成立了國(guó)土資源部，并開(kāi)展了國(guó)土資源大調(diào)查。此后，中國(guó)投入960萬(wàn)元進(jìn)行了可燃冰初步研究。到了2002年，中國(guó)正式將可燃冰列入國(guó)家計(jì)劃。2004年，中德兩國(guó)合作在南海進(jìn)行可燃冰研究，德國(guó)“太陽(yáng)號(hào)”調(diào)查船載著近30位兩國(guó)科學(xué)家進(jìn)行第一次海底取樣，但未獲成功。

　　2007年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局下屬的廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，牽頭組織國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的勘探力量，在中國(guó)南海北部的神狐海域，成功鉆取了可燃冰實(shí)物樣品，發(fā)現(xiàn)了分散型可燃冰礦藏。這一可燃冰礦藏具有礦層厚度大、飽和度高、甲烷含量高的特點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外關(guān)注。由此，中國(guó)成為繼美國(guó)、日本、印度之后第四個(gè)成功在海底鉆取到可燃冰樣品的國(guó)家。2008年，在青藏高原祁連山脈木里地區(qū)的永久凍土帶，中國(guó)科學(xué)家鉆獲了可燃冰實(shí)物樣品。由此，中國(guó)成為世界上在海洋和陸地都發(fā)現(xiàn)可燃冰的少數(shù)國(guó)家之一。

　　2011年，中國(guó)以加快南海北部可燃冰資源遠(yuǎn)景區(qū)勘查評(píng)價(jià)、選擇重點(diǎn)靶區(qū)實(shí)施可燃冰試驗(yàn)性開(kāi)采為目標(biāo)的可燃冰鉆探專項(xiàng)啟動(dòng)。2013年，中國(guó)在珠江口盆地東部海域首次發(fā)現(xiàn)了超過(guò)千億立方米級(jí)的可燃冰礦藏，并獲取了多種類型的可燃冰樣品。2014年2月，中國(guó)的“南海可燃冰富集規(guī)律與開(kāi)采基礎(chǔ)研究”通過(guò)了驗(yàn)收，從而建立起了南海可燃冰基礎(chǔ)研究的系統(tǒng)性理論。到了2015年，中國(guó)科學(xué)家再次發(fā)現(xiàn)超過(guò)千億立方米級(jí)的可燃冰礦藏，這一礦藏也是在中國(guó)南海神狐海域。

　　2017年5月10日，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局從中國(guó)南海神狐海域開(kāi)采出天然氣。天然氣來(lái)自于水深1266米海底以下203米-277米的可燃冰礦藏。到5月18日，在8天內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣，每天平均產(chǎn)氣量超過(guò)1.6萬(wàn)立方米，最高日產(chǎn)氣量達(dá)到3.5萬(wàn)立方米，8天總共產(chǎn)氣量超過(guò)12萬(wàn)立方米，而且甲烷含量最高達(dá)到99.5%，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)（超過(guò)國(guó)際公認(rèn)的日均產(chǎn)氣1萬(wàn)立方米以上且連續(xù)一周不間斷的指標(biāo)），標(biāo)志著中國(guó)首次海域可燃冰試采取得了成功，由此，中國(guó)成為全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)了在海域可燃冰試采中獲得連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國(guó)家。其實(shí)，中國(guó)的穩(wěn)定產(chǎn)氣遠(yuǎn)不止8天。自5月10日開(kāi)始，到6月21日，中國(guó)南海可燃冰連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣42天，累計(jì)產(chǎn)量超過(guò)23.5萬(wàn)立方米，并創(chuàng)新20項(xiàng)技術(shù)，遠(yuǎn)超日本成為世界第一個(gè)試開(kāi)采成功的國(guó)家。

　　中國(guó)在可燃冰試采技術(shù)均被各國(guó)嚴(yán)密封鎖的不利形勢(shì)下，實(shí)現(xiàn)跟跑者后來(lái)居上，關(guān)鍵在于中國(guó)實(shí)施了全面自主創(chuàng)新，這些自主創(chuàng)新體現(xiàn)在可燃冰試采成氣理論、抽氣技術(shù)、工程裝備等各個(gè)領(lǐng)域。例如，中國(guó)在可燃冰開(kāi)采過(guò)程中，采用了“防砂排砂”“水、沙、氣分離”等多項(xiàng)自主核心技術(shù)。2017年11月3日，中國(guó)國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)將可燃冰列為新礦種，成為中國(guó)第173個(gè)礦種。中國(guó)在可燃冰開(kāi)采中取得的突破，在理論、技術(shù)、安全等各層面都對(duì)世界各國(guó)具有重要的參考和借鑒價(jià)值。

 

　　天然氣水合物發(fā)展重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)

　　自人類發(fā)現(xiàn)可燃冰以來(lái)，大致經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室研究、管道堵塞及防治、資源調(diào)查與開(kāi)發(fā)利用四個(gè)階段。

　　1810年

　　英國(guó)科學(xué)家漢弗萊·戴維（Humphry Davy）在實(shí)驗(yàn)室合成氯氣水合物。之后的研究幾乎均在化學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，他們?cè)噲D合成各種各樣的水合物。

　　1934年

　　前蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在西伯利亞輸氣管道里有可燃冰，它堵塞了管道，影響天然氣輸送。為此，美國(guó)、前蘇聯(lián)、荷蘭、德國(guó)等國(guó)先后開(kāi)展了可燃冰的形成動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究以及如何防治輸氣管道中形成可燃冰問(wèn)題，由此進(jìn)入到管道堵塞及防治研究階段。

　　1969年

　　前蘇聯(lián)在麥索亞哈氣田進(jìn)行釋壓法開(kāi)采可燃冰的試驗(yàn)，取得較好效果。麥索亞哈氣田由游離的天然氣藏和可燃冰藏兩部分組成，其中1/3的氣體來(lái)自可燃冰藏。該氣田從1969年開(kāi)始試采到1990年最終停產(chǎn)，斷斷續(xù)續(xù)生產(chǎn)了17年，從麥索亞哈氣田開(kāi)采出的天然氣中約36%的氣體產(chǎn)自可燃冰。

　　1995年至1997年

　　以美國(guó)為首的DSDP及其后繼的ODP在10個(gè)深海地區(qū)發(fā)現(xiàn)大規(guī)模可燃冰聚集：秘魯海溝陸坡、中美洲海溝陸坡（哥斯達(dá)黎加、危地馬拉、墨西哥）、美國(guó)東南大西洋海域、美洲西部太平洋海域、日本近海、阿拉斯加近海和墨西哥灣等海域。

　　2017年

　　中國(guó)在南海北部神狐海域進(jìn)行的可燃冰試采獲得成功，成為全球首個(gè)在海域可燃冰試采中獲得連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國(guó)家，創(chuàng)造了產(chǎn)氣時(shí)長(zhǎng)和產(chǎn)氣總量的世界紀(jì)錄。這次試采成功是中國(guó)首次、也是世界首次實(shí)現(xiàn)泥質(zhì)粉砂型可燃冰安全可控開(kāi)采。