2021年12月11日消息，近日，中国科学院广州能源研究所研究员李小森团队针对海域天然气水合物（俗称可燃冰）野外试采风险大、成本高等难点问题，基于我国南海天然气水合物成藏条件，历时3年自主研制出国际首套有效体积2585升、最大模拟海深3000米的大尺度全尺寸开采井天然气水合物三维综合试验开采系统。
据了解，该系统突破了水合物重塑、缩尺模拟尺度效应等技术难点，建立了高压储层模拟器缩尺相似设计理论与技术，解决了高压三维储层模拟器空间尺寸、强度、内部结构设计难题；突破了水合物藏地质分层构建难题，构建出符合实际水合物藏的地质分层结构；解决了地层温压环境及地温梯度精确模拟与控制、气体溶解循环、恒温恒压注气注液技术、高压气液两相流在线测量等技术难题，形成了实际水合物藏真实重塑制备技术；开发出新型全尺寸开采井筒和多级防砂控砂技术及井网部署方案。
该系统是当前国际规模最大、模拟海深最深、技术水平国际领先的天然气水合物开采试验装备，与已有开采模拟设备构成多尺度天然气水合物三维综合试验开采平台。
李小森团队利用该系统开展了大量试验研究，形成了天然气水合物高效开采与控制技术体系，显着提高了天然气水合物开采的经济性、安全性，降低了试采风险，为我国南海天然气水合物“生产性”试采和“商业化”开采提供了基础理论、关键技术和优化开采方案。
寻找安全可靠的绿色能源
随着人类进入现代工业文明，人们对于石油气资源的依赖不断加深。我们生活衣食住行的各个方面都离不开石油气资源的加持，因此，石油气资源又被称为工业的“血液”，无论是在日常生活之中还是在国家战略规划里都有着无可替代的重要性。
然而，石油气这些传统能源的使用和燃烧对于环境的影响和破坏日趋明显，依靠石油气资源蓬勃的工业产能所排放的废气废水和汽车尾气，对我们的生态环境造成了极大的污染。这些污染气体所含的二氧化碳使得大气引发温室效应，造成一系列生态平衡的影响，甚至危及到人类自身。而石油制作的塑料制品也对自然造成了不可磨灭的污染和损害，危及到许多海洋动物的生命安危。
所以，寻找安全可靠的绿色能源，对于保护人类所栖息的地球环境来说至关重要。而大名鼎鼎的可燃冰似乎就是一种不错的新能源。目前，中国可燃冰储量位居世界第一，但由于可燃冰的开采难度十分巨大，目前可燃冰还处于一种封闭的状态，不能用于大规模的开发使用。然而，随着科技的发展，可燃冰的勘探开采技术得到一定的突破，因此，有专家表示，对于中国来说，2030年似乎就有望实现对可燃冰的商业性开发。
可燃冰
我们先来研究一下可燃冰这种神奇的能源。
可燃冰，它是一种天然气水化合物，是天然气在高压低温条件下形成的结晶物质，通常分布在深海或陆地之下的永久冻土之中。因为它外观像冰，遇火即燃，因此得名“可燃冰”，又被称为“固体瓦斯”和“气冰”。可燃冰的优势在于其燃烧过后仅会产生水和极少量的二氧化碳，标准状况下，一单位体积的可燃冰可产生164单位体积的甲烷，气体污染远远小于煤气石油；因此，可燃冰被视为可接替石油的下一任绿色环保能源。
从物理特性上来看，可燃冰的密度接近冰但是略低于冰的密度。声波在可燃冰内的传播速度也高于其它含气沉淀物。形成可燃冰最主要的三个条件是：温度、压力、原材料；关于可燃冰的形成，主要有海洋形成和陆地形成两种形成模式。可燃冰生成温度为零到十度，超过20度就会开始分解，而海底温度通常保持在2-4摄氏度，而陆地下层的冻土也能满足这个温度。
其次，可燃冰在0摄氏度的温度条件下只需要30个大气压就可以形成，而且气压越大，可燃物越不容易分解。这个气压程度只要是足够深的海水或者地底都可以做到。
最后，海底和地底的有机物沉积分解所产生的碳能够转化为充足的气源，为可燃冰提供足够的“原材料”。在温度气压和气源三者兼备的情况下，可燃冰就会在介质之中的间隙孔洞之中产生。
可燃冰的发现最初诞生于实验室之中，早在两百多年前，科学家就在实验室之中合成了人工可燃冰。但是在那个时候人们并未证实大自然中也有可燃冰的存在，直到1934年，美国一位群众在被堵塞的输气管道中发现了熊熊燃烧的冰块，证实了可燃冰的自然存在。1968年，苏联一位地质学家在西伯利亚的麦索亚哈冻土下发现了第一座可燃冰矿藏。1979年，美国挑战者号钻探船在海底钻探过程之中发现了海底可燃冰。
自2000年起，人们对可燃冰的研究与勘探持续深入，世界上许多个国家和地区都在进行对可燃冰的研究和勘探。而我国也先后在南海和青藏高原冻土区进行可燃冰的勘探，在南海北部钻获的可燃冰使中国成为世界上第四个通过国家研发计划成功取到可燃冰的国家。后来，在南海西部海域也逐渐发现了世界上规模最大的“可燃冰”存在的“海马冷泉”，面积广达618平方公里。
中国开采可燃冰有哪些好处？
在现代科技极度发达的工业时代，能源的地位不言而喻，甚至成为了国与国之间博弈的筹码甚至是一种侵略的目的性。因此，能源对一个国家有着十分重要的战略意义，对于我国也不例外。
目前，中国已勘探的可燃冰储量居世界第一，这意味着我们拥有世界上最多的可燃冰能源。这使得极度依赖进口石油资源的我国有了一个重大的能源突破口，如果能成功对巨大的可燃冰储量进行开采和利用，那么就可以代替石油能源的使用，缓解我国对于石油进口的依赖。
同时，如果我国抢占了商业化开发可燃冰能源的先机，就能够在国际上获得可燃冰的垄断权力，甚至向其他国家出口可燃冰能源，以此来获得经济效益和战略目的。
所以，储量第一的可燃冰能源对于中国来说就是一个巨大的宝藏和契机，给中国未来的能源发展道路奠定了无限可能性。与此同时，可燃冰的商业化开发和大规模使用也能使石油能源的排放污染得到遏制，减少对于中国的气候环境污染乃至整个世界的气候污染，有利于保护生态环境，扼制温室效应。
因此，对于可燃冰资源的开发勘探至关重要。而我国迟迟未实现可燃冰资源的商业大规模开发，正是受制于开发技术和开发环境的限制。
开采可燃冰到底有多难？
据科学家研究，全球可燃冰藏量能带来的甲烷约为二百八十万亿到二千八百万亿立方米，可以满足全球八十到八百年的天然气需求。然而目前全球天然气的开采量还不到总储量的千分之一，足以见得可燃冰开采难度之大。
首先，可燃冰往往形成于地底的岩石深处或者深海区域的低温高压环境下，对勘探技术有着极大的考验，由于可燃冰的“可燃性”，开采过程可能会造成环境温度升高，气温膨胀导致可燃冰体积膨胀一百多倍，而可燃冰形成于地质的间隙空洞里，因此海底的地质环境也会随之膨胀，从而引发海底塌方甚至海啸。
其次，可燃冰所形成的环境往往也存在着大量的甲烷，盲目开采可能会导致甲烷的疯狂泄漏，在加剧温室效应的同时还可能会产生巨大的爆 炸，十分危险且不可控。
所以，开采可燃冰并没有那么容易。传统的可燃冰开采方法，主要分为三种：首先是热激发开采法，直接对地底的可燃冰矿层用微波电磁等方法进行加热，使可燃冰加热分解为水与天然气，直接对分解出来的天然气资源进行获取。这种热激发虽然可以实现循环助热，开采速度快，但是由于目前只能对可燃冰局部进行加热，如果全面加热则有着过高的爆 炸风险。因此目前这种方法热利用效率低下，不适用于大规模的商业化开采。
其次是减压开采法，通过低密度泥浆钻井对可燃冰所在地层进行减压，并泵出地层缝隙游离的气体或流体达到给可燃冰减压的目的，便于可燃冰的开发和利用。同时，这种方法不像热激发开采法那样需要连续激发加热，挖个井一次性就可以达到目的，开发成本较低，也适用于大面积开采，是目前可燃冰开采方法里较有前景，利用率最高的一种技术。
不过这个技术也具有一定局限性：只有在可燃冰位于温压平衡边界附近时，才具有经济可行性。
还有一种是化学试剂注入开采法，通过将盐水、醇类化学试剂注入可燃冰层来破坏可燃冰的平衡条件，促成可燃冰的自行分解。这种方法虽然可以降低开采初期耗费的能量，但是缺陷却是显而易见的：化学试剂的成本十分高昂且作用时间缓慢，甚至可能会造成环境污染。所以这种方法因经济可行性并不太高而逐渐被淘汰。
所以，对于可燃冰的开采始终是能源界的一大难题。但是我们人类是不会因为这些难题就轻易放弃对于可燃冰的开发研究。
中国可燃冰能实现2030年的商业性开发吗？
虽然可燃冰的规模化开发十分困难，阻碍重重。但是作为可燃冰能源储量世界第一的大国，对于可燃冰的规模化开发研究自然是义不容辞。目前，中国对可燃冰的研究已经持续了二十多年，终于在2020年成功开发出多达90万立方米的可燃冰，创下了世界纪录。
而中国本次实现可燃冰能源的开发正是使用的钻井降压法，在南海建立了名为“蓝鲸一号”的钻井平台，配置了高效的液压双钻塔和先进的闭环动力管理系统进行试采，并大获成果。而这次可燃冰的成功开采也无疑鼓舞了我国对于大规模开采可燃冰的信心和希望，据专家研究表明，我国有望在2030年实现对可燃冰的规模商业化开采。
可是，2030年我国真的能实现可燃冰的商业开发吗？根据目前开发的进展来看，我国还正处在集成现有技术的尝试阶段，虽然对可燃冰的开采已经初具规模，但是可燃冰开采的过程中仍然存在一定的问题，且目前对可燃冰的开采还不够环保，不能很好解决开采过程中甲烷泄漏的问题，被开采后的地层也面临地质危害。因此可燃冰开采技术还有着很大的进步空间，目前尚不够成熟。
但是，我国的试采仍然为可燃冰的商业开发打开了思路和前景，为以后更好地打开可燃冰商业开发打下基础。相信随着技术和科学的不断进步和突破，2030年实现可燃冰商业规模开发能成为现实，同时促使开采勘探产业的技术升级，拉动开采勘探的产业链。
总结
可燃冰的试采成功，对未来推动商业化也具有重大的意义。根据自然资源部编制的《中国矿产资源报告2018》正式发布。据报告显示，初步预测，我国海域天然气水合物资源量约800亿吨油当量。据国土资源部介绍，在全球范围内，可燃冰已探明储量是现有天然气、石油储量的两倍，足够人类使用1000年。
例如：位于我国南海北坡的海域是可燃冰富集区，预测储量约194亿立方米，可以说相当罕见。
那为何我国多久可以实现商业化呢？这里有一个公开的说法，那就是初步预计是2030年左右实现商业化开发，也就是大规模使用起来，所以到时候可以缓解天然气等资源的利用，我们一起期待吧。
来源：中国科学报，答案在这儿，环球科学猫
