石油地理：“燃烧”的冰（图）
2017/6/1
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来源：[互联网]
[中国石油新闻中心2017-05-31]在大自然的鬼斧神工作用下，天工之力造就出一种奇特的能源——天然气水合物，即天然气(甲烷类)被包进水分子中，在海底低温与压力下结晶。
天然气水合物是外表似冰状的白色固体物质，因含有大量甲烷且可燃，也被称为可燃冰。可燃冰实现了冰与火的“融合”，不仅能够燃烧，还能释放巨大能量。
可燃冰广泛发育在浅海底层沉积物、深海大陆斜坡沉积地层和高纬度极地地区永久冻层中。在陆地上，分布于多年冻土区地下200米到2000米区间范围。在海洋中，分布于海平面300米以下及海底数百米厚的沉积层中。
据测算，1立方米的可燃冰，在常温常压下可释放164立方米甲烷气体和0.8立方米的淡水。可燃冰具有燃烧值高、能量密度大和清洁无污染等特点，被视为有望代替煤炭和石油的清洁、高效能源。
然而，开采可燃冰面临着环境、生态安全等问题。由于对海底深海永久冻土的不了解，导致对开采后会产生的环境变化较为模糊。甲烷不溶于水且是易燃的温室气体。如果在开采过程中不能有效处理气体，将会破坏环境。
早在1778年就有科学家开始研究形成可燃冰的温度和压力条件。直到1810年，才在实验室首次发现可燃冰。目前，全球对可燃冰的勘探持续进行，并斩获颇丰：美国东部大陆边缘布莱克海台南部发现水合物资源量约350亿吨油当量；加拿大温哥华岛大陆坡的天然气水合物资源量也十分丰富，其蕴藏的天然气约10万亿立方米；日本静冈县御前崎近海水合物蕴藏的天然气储量达7.4万亿立方米……
冰与火的故事已延续200多年，并不断升温。目前，我们在探索可燃冰之路上只迈出了万里长征一小步，注定会经历更多洗礼与磨砺。可燃冰开采需要从一个综合性体系进行考量，我们要科学、客观地看待其开发和发展过程。几经探索，几经艰辛，冰与火的能源协奏曲才会更动听。(苏子开)
可燃冰形成的4个基本条件
低温可燃冰在0摄氏度至10摄氏度时生成，超过20摄氏度便会分解。海底温度一般在2摄氏度至4摄氏度之间。
高压形成可燃冰需要足够的压力，但也不能太大，压力上限值20个大气压。
气源海底沉淀的有机物经成烃演化，可提供充足的气源；深部的热演化成因气也是重要的来源。
水适量的水对形成可燃冰不可或缺。
(M表示天然气水合物中的气体分子，n为水分子数)
天然气水合物由甲烷等气体和水分子在高压低温环境下形成，是外观像冰的固态物质，点火即可燃烧，又称可燃冰。广泛分布于全球大陆边缘和永久冻土区。
可燃冰在陆域和海域均有分布，而海底可燃冰的分布范围要比陆地大很多。据科学家估计，可燃冰分布的陆海比例为1比100。大约27%的陆地，包括极地冰川冻土带和冰雪高山冻土区，以及90%的大洋水域是可燃冰的潜在区。陆地可燃冰分布较少是因为除了永久冻土层，其他地方很少像海底一样具备可燃冰形成的条件，而在海洋水深300米至500米以下的海底沉积物中都可能具备形成水合物的条件。
发现可燃冰>1810年，英国科学家汉佛莱·戴维在实验室合成了气体水合物，但未引起重视。
>上世纪30年代初，一些天然气输气管道经常被奇怪的“冰块”堵塞。科学家对这些“冰块”的结构和成分进行分析。
>1934年，美国科学家发现这些冰块由天然气和水混合而成，称其为天然气水合物。就这样，可燃冰被人们意外地发现了。
>1965年，苏联科学家在西伯利亚的永久冻土带上发现了天然气水合物的矿藏。这一发现证实了天然气水合物在自然界确有存在并可开采利用。
确定可燃冰位置常用技术手段
通过对地球物理资料的解释确定，比如获得地震模拟海底反射(BSR)标志。BSR是一种声波反射面，指含气水合物的沉积物和其下伏不含气水合物之间的声波反射界面。分析这种反射界面是判断是否存在可燃冰的一个重要标志。
海底甲烷渗漏(即冷泉)。由于可燃冰的主要成分是甲烷，所以在海底监测到大量甲烷气体渗漏也是判断可燃冰存在的重要标志。
地球化学、海底摄像、卫星热红外探测、地热学探测、地形地貌标志等，也是确定是否存在可燃冰的手段。
现场直击：老孟的南海三日
初见“蓝鲸”
5月17日
接到“南海可燃冰试采”的采访任务，我从北京立即赶往珠海。
在珠海九州机场候机楼，观看安全演示录像片，在记录本上签字，穿上救生衣，完成这一系列的“规定”动作后，在机场引导员带领下，走出候机楼。此时，停靠在候机楼外的S92直升机上的螺旋桨已经开始高速运转。这次南海之行的采访从这一刻正式开始。
直升机从珠海九州机场起飞，奔向南海。飞行约90分钟后，透过舷窗，远远看见波涛汹涌的海面上，一座37层楼高的海上钻井平台在深邃的海水中格外醒目。直升机略作调整，安稳降落在钻井平台的停机坪上。
我来到了目前世界上最大最先进的双井架半潜式钻井平台“蓝鲸1号”。这里就是我国首次完成可燃冰调查的神狐海域，也是我国首次进行可燃冰试采的海域。
“蓝鲸1号”钻井平台。
见证历史
5月18日
由于海风过于猛烈，“蓝鲸1号”虽是庞然大物，还是有些晃动。站在试采现场指挥部的窗前，远远望去，点火臂上火龙飞舞。外面下起了大雨，昨晚甲板上画的标志线，已被雨水冲刷掉，没了踪影。过了一会儿，雨渐渐小了，钻井平台上的工人们开始小心翼翼地将一条横幅挂在甲板远处的横梁上。不一会儿，在写有“热烈祝贺我国天然气水合物首次试采圆满成功”的红色横幅下，人们纷纷拿出手机拍照，与横幅合影，留下这宝贵的瞬间。再过几个小时，一条大新闻将从这个平台、这条横幅下，向全世界郑重宣布。
在试采现场指挥部，试采专家们表情凝重，紧盯着屏幕上每一组从深海传回的数据和参数。中国石油海洋程公司的试采团队，也紧张忙碌起来。每一个人都在认真监视观察着设备运行情况。
试采成功后，中国石油海洋工程公司的工程师何杰在微信上写道：这辈子总算参与了一件大事，非常自豪，这是大家团结协作的结果。何杰告诉我，他是从“蓝鲸1号”启航后一直跟到南海神狐水域作业区的，也是海洋工程公司参与这次试采项目在平台上工作时间最长的员工之一。他说，这些日子最开心的事情就是点火那一刻。而最痛苦的是在海上时间太长，不能和媳妇团聚。海洋工程公司的工程师王贤斯也在这一刻，在自己的微信上写道：媳妇啊，我们真的在南海鼓捣出一个大事，我们可不是在闹着玩呀！
这里不分朝夕
5月19日
昨夜风小了很多。一大早，从狭窄的床铺上起来，走进餐厅吃过早饭后，站在三层的甲板上远望，天际线处，一艘巨型货轮正缓缓驶过。蔚蓝色的大海此刻安静了许多。
走进工作区，正在发邮件的贝克休斯工程师、平台上唯一的女生刘曾珍，用手指着窗外对我说：“你看，夕阳多美！”当我指出是“朝阳”时，她不好意思地对我说：“对不起，我搞混了。”
短暂的海上钻井平台生活让我感受到，“朝夕不分”已成为可燃冰试采团队每位成员的工作状态。足球场般大小的钻井平台，除去井架等设备外，办公生活区域并不大。这里没有娱乐设施，所有的工作都是24小时连续运转。与时间赛跑，争分夺秒，实现试采成功，是每一个参与可燃冰试采工作人员的唯一目标。
3天的海上生活，寂寞孤单乏味，远没有陆地上的精彩多姿。而钻井平台上这些参与可燃冰试采工作的人们，还将继续工作，直到最终目标实现。
油气课堂
嘉宾：魏伟
中国石油勘探开发研究院新能源研究所天然气水合物研究中心主任，目前任集团公司非常规重点项目天然气水合物课题长。
问：开采天然气水合物的方法主要有哪些？
答：借鉴常规油气开发的技术和经验，逐渐研究、试验了一系列新的技术方法用于天然气水合物的开采，大体可分为热开采法、化学试剂注入法、减压法及二氧化碳置换法四种。
热开采法，即向天然气水合物层注入热能或利用火驱法，提升储层地温，分解水合物使其生成游离气。
化学试剂注入法，即利用某些化学试剂掺入天然气水合物中，以改变其平衡条件，促其失稳分解后进行开采。
减压法，即通过降低储层压力，促成天然气水合物的分解，抽取游离气。2017年5月，我国在南海神狐海域试采天然气水合物获得成功，就是采用减压法。
二氧化碳置换法，将二氧化碳液化后注入水合物储层，由于二氧化碳较甲烷与水更易于形成水合物，可将天然气水合物中的甲烷分子置换出来。
问：目前，开采可燃冰面临哪些技术难点？
答：勘探找矿选区难度大。海域水合物地震勘查识别的精度和准确性较低，冻土区水合物勘查识别仍缺乏有效方法。
开采面临技术和成本问题。针对水合物特殊储层的井孔及储层保护等钻完井技术还不成熟。基于降压、加热及置换等原理的天然气水合物开采方法存在一些实际操作问题，如井筒出砂、开采装备成本过高等。
水合物开采存在安全环保问题。天然气水合物分解开采后，会造成含水合物储层力学性能改变，可能引发海床滑塌等地质灾害。
(资料来源：中国石油勘探开发研究院中国地质调查局文字除署名外由苏子开整理)