我们会躲过“陷阱”得到“馅饼”

　　中国科学院广州天然气水合物研究中心首席科学家，华南理工大学特聘教授，从事水合物研究工作12年。

　　日前，媒体竞相报道了“我国在南海北部成功钻获天然气水合物样品”的消息，在能源问题日益紧张的今天，俗称天然气水合物的可燃冰何时能成为现有能源的替代品，自然成为大家关心的话题。

　　与传统油气资源不同，可燃冰以固体形态储存，而且我国的可燃冰多储存在深海浅地层（例如这次南海发现的可燃冰海水深度1200米，地层深度180米），需要将传统的“浅海深钻”转变为“深海浅钻”，将传统的“无分解开采”转变为“分解开采”。需要解决的关键科学问题有可燃冰分解的热力学与动力学问题、可燃冰开采技术问题、可燃冰的灾害问题以及可燃冰在全球碳循环中的作用问题等。

　　一种思路是与传统油气开采结合，通过降压、注热、注化学药剂以及注CO2的方法，将可燃冰在海底分解为气体，然后开采到海平面，也称分解开采法、置换开采法。其优点在于，海底以上的部分可以直接采用现有的油气开采技术，只需开发提高可燃冰分解效率的技术即可。其缺点是，需注入大量的能量或化学药剂，开采的效率不高，同时可能带来环境危害。

　　另一种思路是固态开采。即将可燃冰以固体形态输送到海底面，进行初步泥沙分离后采用固液气三相输送技术，将固态可燃冰及输送过程中分解出的气体输送到海面，然后利用海面的高温海水对可燃冰进行分解、收集并通过管道输送，或将分解得来的气体重新制成可燃冰固体转入船运。其优点是，输送过程中分解的气体可以产生自发向上的动力，因此开采效率很高。但该技术与现有油气开采技术差别较大，需要全面开发，技术难度较大。不过，类似技术已经在其他海洋资源（如金属锰）的开发中成功应用，为其在可燃冰开采领域的应用提供了重要参考。

　　这里需要介绍一下，海洋可燃冰分渗漏型和扩散型两类。渗漏型可燃冰主要指在地质变化过程中，因气体在沉积物中纵向渗透并冒出海底而形成的可燃冰藏，具有储存深度浅、可燃冰饱和度高的特征，开采价值高，非常适合固态开采技术；而扩散型可燃冰则指天然气在沉积物中扩散形成的可燃冰藏，特点是储存较深、可燃冰以小块的形式分散于沉积物中（这次南海发现的是这类），适合分解开采法。在具体实施过程中，一般都要经过计算机模拟、实验模拟、陆上冻土可燃冰试验开采、海洋可燃冰试验开采和商业开采等步骤。

　　那么，可燃冰的开采会不会造成灾害？会引起环境问题吗？最近有媒体报道了“可燃冰也许是上帝设置的一个陷阱”的说法。的确，开采不当肯定会对环境造成负面影响，甚至灾害。但如果科学、谨慎行事，这种影响应该不会发生，人类能够通过努力加以克服和解决。

　　法国科学家Laherrere于2000年在《能源勘探与开发》上发表文章认为，“海洋水合物：问题多于答案”。的确，我们只要充分认识一个个问题，寻找它们的答案，最终就能躲过陷阱，得到馅饼，得到能源财富。例如，针对热分解和减压法开采可燃冰会造成全球气温升高和海底生物灭绝问题，有人认为甲烷“不会按照人为设计的通道分解，它自己就会溜掉”，实际上不会采取漫加热和漫分解，减压法也不会让天然气溜掉。俄罗斯和加拿大冻土水合物的开采也没有发现逸散和造成温室效应。至于海底滑坡问题，认为水合物的胶接效应被破坏后可能造成海底滑坡和地质灾害，也只是推测，科学家正在解决其力学问题，当然也不可能开采有滑坡危险的可燃冰。

　　对于这个问题，世界各国都有自己的时间表。日本和美国有相关的国家计划，将时间定在2015年。其他国家没有规定时间，但实际上早在上世纪70年代，俄罗斯就已在麦索雅哈气田采用降压和注入的方法来分解水合物，但开采效率不高，间歇生产。2002年，美国、加拿大、日本、德国、印度和韩国在加拿大北部永久冻土带进行了注热和降压试开采，取得了成功，虽然时间非常短。美国《科学》杂志2004年发表了《气体水合物资源：虽然比较少，但是为期不远了》的报道，证明了“可以从可燃冰中获得天然气”，“可以高速产气”，是“向漫长进程迈出了一步”。

　　可燃冰的商业开发涉及资源、技术、经济和环保等方面，科学原理和单项技术现在已基本成熟，要将它们集成，费时可短可长，视市场需求，大致为7～10年。如果以净能源收益率作为指标，由于价格因素影响，显然应先开发可燃冰富矿。目前，美国发现的大部分可燃冰不能够被开采（可燃冰在孔隙的填充率只有2%～3%）。尽管在2015年前后商业开发可燃冰不存在技术难度，但在今后30年内可燃冰的能源贡献率并不大。

　　到目前为止，还没有一种国际上公认、效率较高的可燃冰开采技术，相关技术基本上都处于研究、试验阶段。因为没有及时参加马里克计划和“热冰”项目，又遭受技术封锁，中国在这方面与世界先进水平有一定差距。美国、俄罗斯、加拿大、日本、德国、印度已经找到试验田进行现场试验，而我国还只能在室内模拟。

　　前几年，由于不能确定南海可燃冰的资源量，国家没有及时启动开采项目，只是今年启动了“863”计划项目“天然气水合物开采试验平台”。现在，在中国科学院和中国海洋石油总公司的支持下，科学家开展了卓有成效的工作，取得了3方面的成果。

　　第一，在基础理论方面，掌握了水合物的分解动力学、热力学知识；第二，对天然气水合物降压、注热、注化学剂开采过程进行了室内物理模拟研究，获得了水合物分解、水合物藏动态变化过程的重要实验数据，提出了水合物开采过程流动/分解比率，确定了开采过程中的关键控制因素；第三，开发了国内第一套天然气水合物开采过程数值模拟源程序，申请了专利、计算软件著作权。下一阶段我们将研究有效的天然气水合物开采方法，对开采过程进行可视化模拟，评估开采有可能引起的环境问题。

　　我相信，如果相关部门能对该技术的开发给予大力支持，我国的水合物开采技术完全有可能走在世界先进行列，甚至超过日本成为未来该技术的输出国。