作為“后石油時(shí)代”的重要替代能源，在永久凍土區(qū)成功獲取“可燃冰”，不少國(guó)人為之歡欣鼓舞。然而也有人對(duì)“可燃冰” 的開(kāi)采利用提出質(zhì)疑和警告，認(rèn)為一旦開(kāi)采不當(dāng)，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重后果。那么，到底如何安全、有效地開(kāi)采“可燃冰”呢？10月28日,本報(bào)記者采訪了國(guó)土資源部、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院有關(guān)專家。
環(huán)境問(wèn)題成“瓶頸”
天然氣水合物賦存于海底沉積物和陸地凍土帶中，是由天然氣與水在高壓低溫條件下結(jié)晶形成的。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1單位體積的天然氣水合物分解最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體。“天然氣水合物藏的開(kāi)采會(huì)改變天然氣水合物賴以賦存的溫度、壓力條件，引起天然氣水合物的分解，因此，在‘可燃冰’的開(kāi)采過(guò)程中如果不能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)溫壓條件的控制，就可能產(chǎn)生一系列環(huán)境問(wèn)題，如溫室效應(yīng)的加劇、海洋生態(tài)的變化以及海底滑塌事件等。”國(guó)土資源部總工程師、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局副局長(zhǎng)張洪濤說(shuō)。
張洪濤介紹，“一方面，全球天然氣水合物中蘊(yùn)含的甲烷量約是大氣圈中的3000倍；另一方面，天然氣水合物分解產(chǎn)生的甲烷進(jìn)入大氣的量即使只有大氣甲烷總量的0.5%，仍會(huì)明顯加速全球變暖的進(jìn)程。因此，天然氣水合物開(kāi)采過(guò)程中如果不能很好地對(duì)甲烷氣體進(jìn)行控制，就必然會(huì)加劇全球溫室效應(yīng)。”
除溫室效應(yīng)外，海洋環(huán)境中的天然氣水合物開(kāi)采還會(huì)帶來(lái)更多問(wèn)題。張洪濤舉例說(shuō)：“甲烷氣體如果大量排入海水中，其氧化作用會(huì)消耗海水中大量的氧氣，對(duì)海洋微生物生長(zhǎng)發(fā)育帶來(lái)危害；如果進(jìn)入海水中的甲烷量特別大，還可能造成海水汽化和海嘯等，危害海面作業(yè)甚至海域航空作業(yè)。”
此外，天然氣水合物在開(kāi)采過(guò)程中還會(huì)分解產(chǎn)生大量的水，釋放巖層孔隙空間，使其賦存區(qū)地層發(fā)生固結(jié)性變差，引發(fā)海底滑塌等地質(zhì)災(zāi)變。“近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，因海底天然氣水合物分解而導(dǎo)致陸坡區(qū)穩(wěn)定性降低是海底滑塌事件產(chǎn)生的重要原因。”張洪濤介紹說(shuō)。
仍處于科學(xué)勘探階段
作為21世紀(jì)極具商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的新型戰(zhàn)略資源，“可燃冰”成為許多國(guó)家和部分國(guó)際組織關(guān)注的熱點(diǎn)，但是目前全世界對(duì)“可燃冰”的研究大都處于科學(xué)勘探層面，尚未進(jìn)入實(shí)質(zhì)性商業(yè)開(kāi)發(fā)階段。目前的主流預(yù)測(cè)是：在2020年前后能實(shí)現(xiàn)陸上凍土區(qū)天然氣水合物的商業(yè)性開(kāi)發(fā)，2030年—2050年有望實(shí)現(xiàn)海底天然氣水合物的商業(yè)性開(kāi)發(fā)。
“2002年春，美國(guó)、日本、加拿大、德國(guó)、印度5國(guó)合作，對(duì)加拿大麥肯齊凍土區(qū)Mallik—5L—38井的天然氣水合物進(jìn)行了試驗(yàn)性開(kāi)發(fā)，通過(guò)注入80攝氏度的鉆探泥漿，成功從1200米深的水合物層中分理出甲烷氣體，同時(shí)進(jìn)行減壓法實(shí)驗(yàn)也獲得了成功。由此，天然氣水合物進(jìn)入到開(kāi)發(fā)利用階段。”中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所研究員祝有海介紹。
我國(guó)對(duì)天然氣水合物的調(diào)查研究起步較晚。祝有海回憶：“20世紀(jì)80年代初，僅有少數(shù)研究人員關(guān)注國(guó)際天然氣水合物的研究進(jìn)展，并將有關(guān)情況介紹到國(guó)內(nèi)；上世紀(jì)90年代末期才進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期；特別是進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)家加快推進(jìn)天然氣水合物調(diào)查研究的進(jìn)程，經(jīng)過(guò)近十年努力，在海域和陸域先后鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品。”
找不到理想開(kāi)采方法不能大量開(kāi)采
考慮到“可燃冰”開(kāi)發(fā)不當(dāng)可能引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，世界各國(guó)均采取了謹(jǐn)慎的態(tài)度和明智的做法——在沒(méi)有找到理想的開(kāi)采方法解決對(duì)自然界環(huán)境的影響之前，不能像常規(guī)一次性礦產(chǎn)資源那樣大量開(kāi)采。
祝有海向記者分別列舉了傳統(tǒng)的和新型的天然氣水合物開(kāi)采方法。“作為天然氣水合物傳統(tǒng)開(kāi)采方法中最有前景的一種技術(shù)，減壓開(kāi)采法通過(guò)降低壓力促使天然氣水合物分解。此法成本較低，適合大面積開(kāi)采，尤其適用于存在下伏游離氣層的天然氣水合物藏的開(kāi)采。但它對(duì)天然氣水合物藏的性質(zhì)有特殊要求——只有位于溫壓平衡邊界附近時(shí)，減壓開(kāi)采法才具有經(jīng)濟(jì)可行性。”對(duì)于日本研究者提出的“二氧化碳置換開(kāi)采法”，祝有海解釋說(shuō)，其依據(jù)的仍是天然氣水合物穩(wěn)定帶的壓力條件。“在一定溫度下，天然氣水合物保持穩(wěn)定需要的壓力比二氧化碳水合物更高，因此在特定壓力范圍內(nèi)，天然氣水合物會(huì)分解，而二氧化碳水合物則易于形成并保持穩(wěn)定。此時(shí)向天然氣水合物藏內(nèi)注入二氧化碳?xì)怏w，就可能與天然氣水合物分解出的水生成二氧化碳水合物——這種作用釋放出的熱量可使天然氣水合物的分解反應(yīng)得以持續(xù)進(jìn)行。”
此外，還有熱激發(fā)開(kāi)采法、化學(xué)試劑注入開(kāi)采法、固體開(kāi)采法等方法。這些方法的可行性和效果仍需要在今后的實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)和加以完善。
與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在可燃冰開(kāi)發(fā)利用的“起跑”階段落后了一大步。張洪濤表示，雖然追趕的難度很大，但在為國(guó)家找到未來(lái)接續(xù)能源的緊迫使命感下，中國(guó)的地質(zhì)工作者有責(zé)任縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。“如果說(shuō)過(guò)去的10年，我們完成了一個(gè)‘有沒(méi)有’的問(wèn)題，那么今后10年，我們要解決的是‘有多少’以及首采地段和方法的問(wèn)題——這些能夠順利完成，我國(guó)的可燃冰開(kāi)發(fā)利用就有條件進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)了。”
