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　　可燃冰（学名：天然气水合物）是一种能量密度高、分布范围广、资源储量大的非常规能源，人们不断研究可燃冰的最终目的是开发利用可燃冰中所蕴含的能量——天然气。2017 年 5 月 18 日,中国首次海域可燃冰试采成功。以此为标志, 我国已经成为可燃冰勘探开发的前沿领跑者。那么，你知道海洋可燃冰开采的基本原理吗？本文将试图以最通俗的语言，为读者展示可燃冰开采的基本原理。

　　像常规油气开采一样直接“抽”出来？NO!

　　顾名思义，可燃冰在地层中是以“类冰状”固体形式存在的，无法直接流动。

　　像挖煤一样直接把“冰块”挖出来？NO!

　　虽然笔者不排除“挖煤式”开采可燃冰的可能性。但在目前的技术条件下，如果采用“挖煤式”开采，则必然会引起地层失稳滑塌等工程问题。另外，可燃冰只有在满足一定的高压、低温条件时，才能稳定以“冰态”存在。一旦失去这种温度、压力稳定条件中的任何一个，就可能导致可燃冰由固态发生分解变为甲烷和水。因此，“挖煤式”开采过程中面临剧烈的相变过程，目前技术无法保证挖掘过程安全可控。尤其是对海洋可燃冰而言，挖掘式开采一旦失控，可能带来工程、地质、环境的多重灾难。

　　原位分解法方法？YES!

　　这是目前被大家公认的一种可燃冰开采方法，该方法是在地层原位条件下使可燃冰分解为可以流动的气体和水，然后促使气水进入管道，然后采用类似于开采石油或天然气的方法，将可燃冰分解产生的流体开采到地面上。

　　也就是说，在当前技术条件下，可燃冰分解为流体（天然气和水）是可燃冰开采的第一步。所以可燃冰分解的基本原理也就是可燃冰开采的“根之所在”。那么，可燃冰分解为流体的基本原理是什么呢？这就得从图1说起。

　　图1是一个由温度和压力值构成的直角坐标系。图中的三条曲线a、b、c分别将温度-压力坐标区间分成了两个区域，即位于其左下方的“高压低温区”和位于其右上方的“低压高温区”。比如：曲线a将温度-压力坐标区间分为D区域和（A+B）区域，曲线a就叫做可燃冰稳定存在的相平衡边界条件。当地层温度压力条件O处于（A+B）区域区间时，可燃冰处于稳定状态，以固态稳定填充于地层空隙中。反之，当通过一定的手段，使地层温度压力条件达到D区间时，则可以导致可燃冰的分解。简言之，迫使可燃冰分解的基础条件就是促进地层温压条件向D区域转化，转化的动力可以是降低储层压力，也可以是通过一定的手段储层进行加热这两种手段对应的可燃冰分解方法称为降压法或热激发法。那么，如果同时对地层进行降压与升温刺激，是不是更有利于地层温压条件D区域移动呢？基于上面的分析读者不难发现，两种刺激联合作用，肯定是更有助于可燃冰分解，这种方法被称为“降压+热激发联合法”。

　　接下来，请大家联想一个常见的物理现象：在寒冷的冬天，室外温度是-3℃，路面结冰了。这个时候如果向冰面上撒很多盐，是不是冰就能够融化呢？其实质是不改变外界的温压条件，改变水分子本身的“活度”。同样的道理，如果能够找到适当的化学剂，注入可燃冰地层，则可以改变原始地层中可燃冰的“结冰点”，导致可燃冰稳定存在的临界压力条件降低（或临界温度条件升高）。如此，可燃冰相平衡边界（a线）就会发生移动，当原始地层的温压条件不足以维持可燃冰稳定（b线）存在时，自然会发生分解。这种可燃冰分解方法称为注抑制剂法。

　　另外，科学家通过研究发现，二氧化碳（CO2）气体在一定温压条件下也可以生成水合物（不叫“可燃冰”），而且其稳定条件没有可燃冰那么苛刻。因此，从理论上讲，二氧化碳（CO2）水合物的相平衡边界（c线）与可燃冰的相平衡边界（a线）存在交叉（C区域）。同时，二氧化碳（CO2）还是主要的温室气体，二氧化碳（CO2）埋存是有效处理该温室气体的有效途径之一。因此科学家们提出了一个似乎“两全其美”的解决方案：将地层温压条件控制在C区域，使可燃冰分解，与此同时向地层中注入二氧化碳（CO2），这样经过一定的循环，就能使地层中原有的可燃冰分解产生天然气，又能埋存温室气体二氧化碳（CO2）。基于这种假设提出的可燃冰开采方法即为二氧化碳（CO2）置换法。

　　当然，可燃冰分解只是可燃冰开采万里长征的第一步。可燃冰的开采利用是一个系统工程，要实现可燃冰的开采，首先必须攻克万里长征第一步所面临的难题。即如何提高可燃冰分解的效率。笔者认为，提高可燃冰分解效率的方法主要有两种途径：第一种是在单位时间内尽可能扩大分解面积，即保证足够多的可燃冰同时在地层中发生分解；第二种是尽可能促进单位体积地层中可燃冰的分解速度。围绕以上两种基本“提效”原理，目前已经发展了很多开采新方法。如山字型水平对接井开采方法、水平井开采方法、大尺寸主井眼多分支孔开采方法、直井水力射流割缝开采方法、群井开发法等都是以扩大分解面积为目的的开采方法；微波加热开采方法、强制地层流体抽取法、降压+热盐水联合开采法、蒸汽吞吐开采法等都是以提高可燃冰分解速度为基础的开采方法。

　　当然，为了降低可燃冰开采成本，科学家也提出了一些低成本开发的理论方法，如深部地热循环开采方法、太阳能直接加热开采方法、太阳能转电能加热法等。虽然这些方法都目前只停留在理论阶段，但这都是科学家为了早日应用可燃冰能源做出的不懈努力。相信随着技术的进步，还会有更多更高效的开采方法被提出，可燃冰开发利用的步伐正在提速。