当前课程知识点：石油工业概论 > 第一章 绪论 > 1.4 化石能源与新能源 > 拓展阅读|从百慕大“杀手”到未来能源之星——可燃冰
在浩瀚的大西洋，有一处被称为“百慕大三角”的海域，自1945年以来，有数以百计的飞机船只在这里神秘消失、石沉大海……
△百慕大群岛、波多黎各和美国佛罗里达州之间神秘的三角地带
近期有科学家从可燃冰“分解”的角度解释了百慕大三角之谜：海底猛烈的地震活动“翻”出了深埋的可燃冰，压力减小，可燃冰迅速气化，气流上升导致海水密度降低，浮力减弱，过往的船只瞬间被海水吞没；飞机经过，发动机产生的火花导致天然气爆炸、机毁人亡。
可燃冰也许就是百慕大的神秘“杀手”，但人类看重它清洁、高效的特点，认为它就是可以倚重的未来能源。耳熟能详的可燃冰，你是否真的了解？今天让我们共同走进可燃冰的世界。
< 背景知识 >
一、什么是可燃冰？
可燃冰，即天然气水合物（Natural Gas Hydrate），水和天然气在一定条件下形成的结晶化合物，其外观像冰，但遇火可以燃烧。
二、可燃冰的形成和结构
海底的动植物残骸被细菌分解释放出天然气(以甲烷为主)；板块运动导致地壳深部的天然气上涌，在高压低温的海底环境下，与水结合，形成了可燃冰。
甲烷气体分子被包围在水分子搭建的“笼子”中形成可燃冰。
这些“笼子”结构不同，形态各异，总体而言可以分为三类：Ⅰ型（气体为甲烷、CO2等）、Ⅱ型（丙烷、异丁烷等）和H型（H2、丁烷等）。
< 可燃冰在哪里？ >
全球大约27%的陆地和30%的海底具备形成天然气水合物的地质条件（海底、海岛斜坡带、大陆与海洋边缘带、极地大陆架及陆地冻土带）。可燃冰能量密度高、环保无污染，前景被广泛看好。
一、分布广储量大
保守估计，全球海洋中可燃冰储藏的碳含量约为1.2万亿吨；而陆地上已探明储量约有0.5万亿吨，相当于所有探明化石能源碳总和的2倍。什么概念？足够人类使用1000年！(⊙o⊙)…
二、能量密度高
1立方米可燃冰能释放160-180立方米的天然气，也就是1立方米就可以满足3口之家半年的天然气使用需求。
可燃冰燃烧后基本没有污染物质，是一种更为清洁的能源。
此外，可燃冰还具有便于储存运输，可迅速再生等优点，被誉为“上帝带给人类的礼物”。
< “礼物”or“陷阱”？>
可燃冰是好东西，但对于可燃冰的开发，科学家们还是持有种种顾虑。因为可燃冰的开采过程很容易改变其赖以赋存的低温高压条件，导致其分解。如果在开发中不能有效控制温压条件和后续气体采集，就会给环境带来一系列问题。
可燃冰的主要成分是甲烷，而甲烷是一种强效的温室气体，其温室效应是二氧化碳的10倍，全球海底可燃冰中甲烷的总量约为大气中的3000倍。人为的开采和自然扰动，都极可能造成甲烷气体逸散，后果难以想象。
二、海底滑坡
开采可燃冰的过程会打破地层原有的应力平衡状态，引发海底滑坡、地震等事件，甚至还会导致海水汽化和海啸。
可燃冰是一把双刃剑，只有具备高超的技艺才有可能驾驭它，长期以来世界各国投入大量资金进行相关技术的研发。
< 可燃冰勘探 >
一、地球物理勘探法
地震勘探技术被广泛应用于识别油气藏位置，对于可燃冰勘探也同样适用，其本质是发现BSR（海底模拟反射层），进而确定大面积分布的可燃冰矿藏。
地震勘探技术详见石油课堂012期文章：你所不知道的石油勘探“黑”科技
稳定的天然气水合物层具有较高的纵波速度，而下方可能存在的游离气体则具有较低的纵波速度和泊松比，可利用这一特殊物理参数确定可燃冰的分布范围，半定量计算其储量。
二、地球化学勘探法
地化勘探法主要利用可燃冰极易随温度、压力的变化而变化，在海底浅部沉积物中形成特定的化学异常，探测这些异常就可以获得天然气水合物可能存在的位置。
海洋可控源电磁技术是一种通过在近海底或海底人工激发并接收电磁场信号，测量海底地层电阻率的方法。利用可燃冰电阻率偏高这一特点，可以测得可燃冰的埋藏范围、深度和厚度。
此外，还可以利用矿物学、遥感卫星以及各种新型技术手段来判断可燃冰储层位置，准确识别储层位置是油气藏开发的前提条件。
< 可燃冰的开采方式 >
目前，可燃冰的开采方式尚处于试验阶段。具体可分为两类：一是与传统油气开采方式相结合，通过注热、降压、注化学药剂以及注二氧化碳等方式改变可燃冰的赋存条件，使其在海底分解，采集生成的气体。
一、传统方式
1. 加热法
加热法又称热激发法，是将蒸汽、热水或表层常温海水泵入地层，利用电磁或微波加热，促使地层温度上升，水合物分解。
2. 减压法
减压的途径有两种：一是采用低密度泥浆钻井；二是泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力。这种方法不需要连续激发，开采成本低，适合大面积开采。
3.综合开采法
综合利用降压法和加热法。步骤为先用加热法分解天然气水合物，再用降压法提取游离气体。
4. 注化学试剂法
从井孔向水合物层注入化学试剂，例如盐水、甲醇等，破坏其化学平衡，促使天然气水合物分解。
5. CO2置换法
相同温度下，CO2水合物保持稳定所需要的压力比可燃冰小。因此向储层注入CO2气体，促使可燃冰分解，分解产生的水与CO2气体生成更稳定的CO2水合物，释放的热量还可以维持分解作用。
二、固态开采
将可燃冰以固体形式开采至海底，初步处理后再输送到海面设施，然后利用海面的高温海水对其进行分解。
总体而言，目前的开采技术尚未成熟，成本较高，无法实现商业化开采。美国和日本发布的数据显示可燃冰目前的开采成本高达200美元/立方米，折合成天然气为1美元/立方米，而目前北京民用天然气的价格为3元/立方米，显然不具备经济性。
< 可燃冰研究进程 >
可燃冰并不是从天而降。早在1810年，在实验室里就发现了可燃冰。20世纪30年代，可燃冰作为堵塞高压输气管道的“不速之客”被广泛认识。1965年，自从前苏联在西伯利亚永久冻土带发现了可燃冰矿藏后，全球掀起了研究、勘探可燃冰的热潮，其神秘面纱正被一点点揭开。
1971年，美国学者Stoll等人在深海钻探岩心中首次发现海洋天然气水合物，并正式提出“天然气水合物”的概念。1979年在墨西哥湾实施深海钻探，首次验证了海底天然气水合物矿藏的存在。2012年，在阿拉斯加北坡试采可燃冰，获得了稳定的天然气流。
日本于1992年开始关注可燃冰，2008年完成周边海域可燃冰的调查与评价，2013年成功在南海海槽可燃冰气田分离出天然气。
目前，全球有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏，30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。
< 中国可燃冰战略 >
我国的可燃冰主要分布在南海和东海海域、青藏高原及东北冻土带。南海北部陆坡的可燃冰预测储量高达194亿立方米，相当于南海深水已探明油气储量的6倍。西沙海槽可燃冰的分布面积为5000多平方公里，资源储量达到4.1亿立方米。
有中国地质调查局牵头，国家从1999年起开始开展对可燃冰的调查和研究。
2007年，在南海北部神狐海域成功钻探，获得了天然气水合物的实物样品。
2009年9月底，在青海省祁连山一带钻获可燃冰样品，成为世界首个在中低纬度冻土区发现可燃冰的国家。初略估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。
2008至2020年，完成对中国海域可燃冰的勘探评估、开采技术等前期准备工作；
2021至2035年，进行海上商业化试采；
2036至2050年，开展海上大规模商业化开采。
美国借助“页岩气”革命不仅实现了“能源独立”的目标，影响了全球能源供需格局，也推动了全球能源格局向更为清洁环保、低碳排放方向转型。而可燃冰作为一种分布广储量大、环保无污染的资源，若能实现经济有效开发，必将缓解我国能源安全、环境保护和降低排放等多重压力。
虽然可燃冰的开发是一把“双刃剑”，目前仍可望而不可及，但相信在广大科学工作者坚持不懈的努力和持之以恒的坚守下，可燃冰的大规模商业开采会逐渐成熟。在不远的将来，可燃冰作为地球上储量丰富的清洁能源，一定会照亮人类文明！
转自石油课堂
-1.1 石油的基本性质及用途
--1.1.1视频
--1.1.2作业
-1.2 石油工业发展
--1.2.1视频
--1.2.2作业
-1.3 石油资源与可持续发展
--1.3.1视频
--1.3.2作业
-1.4 化石能源与新能源
--1.4.1视频
--1.4.2作业
-讨论2 请结合教材，讨论世界石油工业的发展历程和重要历史节点。
-考试|第一章
-2.1 岩石与地层
--2.1.1视频
--2.1.3作业
-2.2 沉积岩与沉积相
--2.2.1视频
--2.2.2作业
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--2.3.1视频
--2.3.2作业
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--2.4.1视频
--2.4.3作业
-2.5 油气藏的形成
--2.5.1视频
--2.5.3作业
-讨论1 从油气藏类型来看，涠西南凹陷大中型油气藏类型主要为背斜油气藏、断层油气藏以及构造-岩性油气藏（图）。试问按照地质圈闭不同，背斜油气藏、断层油气藏以及构造-岩性油气藏分别属于什么类型油气藏？
-考试|第二章
-3.1 石油勘探简介
--3.1.1视频
--3.1节作业
-3.2 地球物理勘探技术
--3.2.1视频
--3.2.3作业
-3.3 地球物理测井技术
--3.3.1视频
--3.3节作业
-3.4 测试及录井技术
--3.4.1视频
--3.4.3作业
-讨论2|结合实例说明为什么要一个区域一个区域的勘探，而且要先区域勘探，然后圈闭勘探、油气藏评价勘探？
-考试|第三章
-4.1 钻井技术概况
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--4.1.3作业
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-4.2 旋转钻井系统基本构成及工艺过程
--4.2.1视频
--4.2.3作业
-4.3 特殊钻井工艺工程
--4.3.1视频
--4.3节作业
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--4.4.1视频
-讨论1|请思考本井采用较高的钻井液密度仍然发生井喷的原因？
-考试|第四章
-5.1 储层物理性质基本概念
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--5.4.3作业
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--5.6.3作业
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--5.7.3作业
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--5.8视频
-第五章 考试
-6.1 矿场油气集输系统
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--6.1.3作业
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--6.2.1视频
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-第六章 考试
-7.1 石油炼制与石油产品
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--7.1.3作业
-7.2 石油化工与石油化工品
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-第七章 考试
-结业考试
