可燃冰真的來了嗎？

南海神狐海域

2017年5月18日，我國正在南海北部神狐海域進行的可燃冰試採獲得了成功，從水深1266米海底以下203米至277米的天然氣水合物礦藏開採出天然氣，這也意味著我國成為全球第一個實現在海域連續穩定開採可燃冰產氣的國家。

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可燃冰試采點火

執行本次試采技術服務的鑽井平台「藍鯨Ⅰ號」是目前全球作業水深、鑽井深度最深的半潛式鑽井平台，適用於全球深海作業。

鑽井平台「藍鯨Ⅰ號」

那麼這次可燃冰試採的成功，是否真的就意味著可燃冰的時代的到來呢？

1.可燃冰穩定開採的意義有多大？

據世界能源會議統計，世界已探明可採煤炭儲量共計15980億噸，預計還可開採150年。探明可採石油儲量共計1211億噸，預計還可開採30～40年。探明可采天然氣儲量共計119萬億立方米，預計還可開採60年。也就是說如果沒有新能源的話，再過50-100年，地球上可用的化石燃料能源就將消耗殆盡。

人類主要能源可用年限圖表

不要以為百年很長，人類歷史幾百萬年，區區百年真的是彈指一揮，所以我們也可以看到國家在不斷的開發風能、太陽能等潔凈能源，但目前來說這些能源的使用情況並不是特別理想。

2.可燃冰的優勢在哪呢？

現已探明的我國可燃冰的蘊藏量大概有1000億噸左右，這個是什麼概念呢？上文也說道全球石油儲量大概1211億噸，也就是說僅我國的可燃冰儲量的總量已經接近了全球石油的總量。而全球的可燃冰儲量更是驚人，佔全球有機碳總量的1/2以上，預計產生的能量可以供人類再使用1000年。所以，如果可燃冰實現穩定廉價的開採，很可能改變現在人類所面臨的這種能源結構。

天然氣水合物主要是存在於凍土地區和海洋環境

3.可燃冰真的是冰嗎？

因為可燃冰有一個類似冰狀形態的外觀，又具有燃燒的特性，才獲得了這樣一個形象的名字，可燃冰中甲烷（大家家裡使用的天然氣的主要成分）的含量高達80%-99.9%，燃燒後產生水和二氧化碳，是一種非常清潔環保的能源，化學方程式如下：CH4+8H2O+ 2O2== CO2+ 10H2O（反應條件為「點燃」）。

可燃冰燃燒

除了燃燒更加清潔環保外，它燃燒產生的能量要比我們常見的煤炭、石油、天然氣多出數十倍（同體積下），所以無論從儲存量、熱量和環保角度考慮，可燃冰都可以說是人類未來要抱穩的一條「能源大腿」。

4.100升可燃冰能跑5萬公里嗎？

央視曾經在宣傳可燃冰時給大家舉了一個汽車的例子，一輛使用天然氣的汽車，如果一次加100升天然氣能跑300公里，那麼加入相同體積的可燃冰這輛車就能跑5萬公里。乍一聽，感覺人類真的是遇到了希望，未來買了可燃冰汽車加一次「冰」就能跑一年，簡直是樂壞了老司機們啊。

但實際上可燃冰並沒有央視說的那麼神奇，或者說是央視把這筆賬給算錯了。我們都知道1L可燃冰大概可以產生天然氣164升，100升就是16400升，而現在的汽車用的天然氣都是壓縮液化的天然氣，罐體一般是65L的氣瓶，天然氣的工作壓力是20MP，1L液化天然氣可以釋放天然氣200L。所以如果把100L可燃冰釋放的天然氣按照天然氣罐的標準液化後是82L,根據司機的真實數據來看70L的罐體跑高速大概可以跑200公里，所以82L的天然氣最多可跑235公里。與50000公里相差甚遠。

那麼央視的超高數據是如何算出來的呢？根據之前的數據可以看出1L的可燃冰可以釋放天然氣164L，所以可燃冰1L相當於164L天然氣，根據100升天然氣可以讓汽車跑300公里得知，300公里X164結果約等於50000公里。（這麼說大家就發現問題的根本了吧，原因就在於，100升天然氣其實也是壓縮後的液化天然氣，這個因素央視並沒考慮在內。）

5.可燃冰開採的歷程如何？

人類對可燃冰的研究最早可以追溯到1778年，英國的化學家普德斯特里就著手研究形成可燃冰的溫度和壓強，他也成為第一個在實驗室中製造天然氣水合物的科學家。直到1811年，戴維首次在實驗室中發現了可燃冰的水合物，他也被一些科學家認為是天然氣水合物的發現者。轉瞬100年後1934年哈默施密特發表了對美國天然氣管道堵塞現象的檢查結果，表示這些阻塞物不是普通冰塊而是天然氣水合物。

而人類真正發現自然界中存在可燃冰是1965年前蘇聯科學家Makogon在西西伯利亞永久凍土帶中發現天然氣水合物礦藏，至此人類發現了自然界中的可燃冰並認識到了可燃冰的重要性，於1970年開始著手研究商業開採。而海洋中的天然氣水合物則是在1971年由美國學者Stoll等人在深海鑽探岩心中發現的。

可燃冰開採研究歷程

而在近年來可燃冰的開採方面，美國、日本和德國均走在世界的前列。我國屬於開發較晚的國家，雖然大家都在覬覦這塊肥肉，但截至到我國成功海洋連續開採前，仍沒有一個國家能夠完成安全連續開採。以鄰國日本為例，2013年率先在南海海槽進行海上試采，但因為出砂等技術問題失敗，而到了2017年4月日本又在同一海域進行了第二次試采，第一口試采井累計產氣3.5萬立方米，但僅過一個月再次因為出砂問題項目再次終止。

可燃冰的研究和開採主要集中在近幾十年

6.實際開採需要面臨哪些難度呢？

從目前的開採方式上來說主要有三種，分別是熱解法、置換法和降壓法：

熱解法是利用了可燃冰溫度升高就會自動分解的特性，通過將溫水注入可燃冰層的方式，使固態可燃冰分解成氣態使甲烷氣體溶解到水中後，再對水中的甲烷進行2次提取，這種方式不但要對甲烷進行多次分離提取，還需要消耗大量的熱水，經濟性很差。

置換法是將化學試劑注入可燃冰層中，通過與可燃冰反應，改變可燃冰狀態，達到採氣的目的，這種方法和熱解法類似，對甲烷氣體的收集和經濟性都有一定的難度。

降壓法是利用可燃冰層下面往往存在遊離的天然氣，將這些天然氣抽出後降低了可燃冰礦層的壓力，當壓力減小後，可燃冰不具備保存條件就會分解出氣體。這種技術最主要的難點就是涌沙堵管的問題，目前中國成功開採可燃冰使用的也是這種基礎方法的升級版，成功解決了涌沙堵管的問題實現連續開採。

白色的小顆粒物就是可燃冰

可燃冰是天使也是魔鬼，可燃冰之所以沒有大肆開採，除了開發難度外，還有很多環境方面的問題，首先可燃冰的穩定性比較差，一旦汽化，海底的沉積物會失去穩定性，不但會破壞人類鋪設在海底的管道、開採平台等，還可能造成海底塌方、滑坡甚至大規模海嘯。另外一個比較嚴重的問題是全球可燃冰蘊含的甲烷量是大氣圈中的3000倍，而大氣中的甲烷總量增加0.5%就會讓全球變暖進程加快。還有一種更可怕的假說「可燃冰噴射」，可燃冰瞬間汽化與爆炸無疑，所以如果海底地質發生劇烈變化，很可能改變可燃冰的存儲條件，帶來毀滅性的災難，據悉如果全球可燃冰爆炸其威力超過目前核武威力總和的10000倍。

墨西哥灣鑽井平台爆炸起因也是可燃冰

而且在現實中已經有非常慘痛的例子了，2010年著名的墨西哥灣鑽井平台爆炸，罪魁禍首就是鑽井鑽到了可燃冰，當可燃冰被鑽頭的熱量分解後，氣泡就在巨大的壓力下，順著鑽柱就衝出了海綿。據倖存的鑽井工人描述，當時海水突然向他們噴射出來，一直噴射到高達70多米的高空，隨後甲烷氣體也跟著噴出，遇到火源後發生了爆炸。

7.可燃冰開採應用了哪些技術和裝備？

1997年我國正式有關部門開始著手研究調查可燃冰，經過整整10年在2007年我國成功在南海北部神狐海域完成了可燃冰的首次採樣工作，這讓我國成為世界上第五個採集到自然狀態下可燃冰的國家。而又過了整整10年，2017年我國在同樣海域試采可燃冰獲得了成功。也就是說今天看到的成績並非一朝一夕的結果，而是整整花費了20年的人力物力。

我國開採可燃冰方法的示意圖

這次中國是首先利用降壓法、打破了天然氣水合物儲層的成藏條件，再將分散在類似海綿空隙中一樣的可燃冰聚集，利用自主研發的水、沙、氣分離核心技術（地層流體抽取試采法），有效解決了儲層流體控制與可燃冰穩定持續分解的難題，最終將天然氣取出。這其中涉及到了我國新研發的儲層改造增產、可燃冰二次生成預防、防砂排砂等開採測試關鍵技術，其中很多技術都超出了石油工業的防砂極限。

而負責此次開採的國之重器「藍鯨一號」由中集來福士海洋工程有限公司建造於三個月前在山東煙台交付。這是中國造船企業在海洋工程超深水領域的首個「交鑰匙」工程。該平台採用Frigstad D90基礎設計，配備DP3動力定位系統，長117米，寬92.7米，高118米，最大作業水深3658米，最大鑽井深度15240米，是目前全球作業水深、鑽井深度最大的半潛式鑽井平台，適用於全球深海作業。

這樣一台國之重器的複雜程度可想而知，27354台設備，40000多根管路，50000多個MCC報驗點，120萬米電纜拉放長度等等，據悉這台設備的一張設計圖紙的數據量高達上百GB，需要幾十位工程師分別對每個不同部件進行單獨的設計，然後進行信息共享，完成組裝。其姊妹號「藍鯨2號」也將於近期交付。

8.可燃冰的時代真的來了嗎？

中國宣布在海域實現安全連續開採可燃冰的意義有多大？從大面來看，人類未來1000年不必擔心能源枯竭的問題。但從我國整體的能源形勢來看，我國作為能源大國，每年石油的消耗量超過5億噸，其中56.42%的原油需要對外進口（2012年數據），所以能源的供給對於中國來說非常重要，而由於中國過分的依賴海外進口，所以一旦國際局勢緊張，我國的能源入口很可能就被「卡住」，但是如果可燃冰實現商用化開採，我們對於海外原油的依賴度將大大下降，即便未來國際形勢緊張，我國在能源上也完全可以自產自足。

除了給我過能源供給模式帶來利好外，從這次可燃冰試采成功也可以預見，未來可燃冰很可能影響目前傳統能源的價格體系，一旦可燃冰的開採技術和成本下降，依靠傳統石油天然氣生產的輸出國都將喪失競爭力。而從近日的資本市場可燃冰概念股價大熱就可見一斑。

雖然目前可燃冰實現了開採，但從日本國家石油天然氣和金屬公司估算，從海底開採可燃冰成本高達2.8-10.8元每立方米，所以即便實現了穩定開採，價格也沒什麼優勢。根據中國戰略規劃對可燃冰開放的安排，2006-2020年為調查階段，2020-2030年是開發試生產階段，2030-2050年中國的可燃冰將進入商業生產階段。從目前的進度來看，我們最早也要到13年後才能用上可燃冰。

小結

對於可燃冰試采項目的學習，是基於17年10月份在煙台來福士船廠參觀「藍鯨2號」，進而展開的後續跟蹤調研。本文主要結合一些新聞導報，簡單介紹了可燃冰項目在中國的發展近況。接下來，將會有一篇文章專門介紹深海「藍鯨號」這艘大船的建造過程及裝備配置，敬請期待。

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