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可燃冰能代替石油吗?何时用上?南海开采用这些技术装备

2017-05-19 17:36 | 中新网 | 手机看国搜 | 打印 | 收藏 |评论 | 扫描到手机
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核心提示:近日,“我国海域天然气水合物(又称可燃冰) 试采成功”的消息引燃网络,我国可燃冰开采成功具有何种里程碑的意义?可燃冰到底是什么、长啥样?它有哪些用?能代替石油吗?我们多久以后可用上可燃冰?记者为你一一科普。

18日“我国海域天然气水合物(又称可燃冰) 试采成功”的消息引燃网络,我国可燃冰开采成功具有何种里程碑的意义?可燃冰到底是什么、长啥样?它有哪些用?能代替石油吗?我们多久以后可用上可燃冰?记者为你一一科普。

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可燃冰是啥?

5月18日,由国土资源部中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物试采在南海神狐海域实现连续8天稳定产气,试采取得圆满成功,实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。这是我国、也是世界首次海域天然气水合物试采成功。

对于一些人来说,可能会问“可燃冰到底是什么”?

可燃冰的学名是天然气水合物,大多分布于陆地冻土区或距海面900到1200米的深海沉积物中,是由石油天然气与水分子在高压低温条件下结合形成一种固态结晶物质,多呈白色或浅灰色,外观像冰且点火即可燃烧,故又称可燃冰、气冰、固体瓦斯。

来自初中化学课本介绍显示,可燃冰主要含有甲烷水合物,还含有少量二氧化碳等其他气体。一体积可燃冰可储载100-200倍体积的甲烷气体,能量高,燃烧值大。

可燃冰的学名是天然气水合物,长这样子。截图自中国地质调查局网站

可燃冰的学名是天然气水合物,长这样子。截图自中国地质调查局网站

可燃冰有啥用?

目前发现的可燃冰储量大约是化石燃料综合的2倍,在全球被科学家公认为石油、天然气的接替能源。与石油、天然气相比,可燃冰具有使用方便、燃烧值高、清洁无污染等优点,燃烧后仅会生成少量的二氧化碳和水。

未来,可燃冰成功商用后,我们目前日常家里灶台、热水器都将可用可燃冰替代天然气。甚至可燃冰还可替代目前的汽油、柴油、天然气为汽车提供动力能源。但加满同样体积的油箱后,可燃冰汽车可跑得更远,燃烧后排放的污染也小得多,可减少对大气污染。

据央视报道,若一辆使用天然气为燃料的汽车一次加100升天然气能跑300公里,加入相同体积的可燃冰能跑5万公里。

可燃冰有多少可供大家未来使用?

目前可燃冰常规开采方法主要有:热激发化学试剂法、二氧化碳置换法、降压法等。我国试采使用深水半潜式平台通过降压进行开采。此次中国成功试采可燃冰的“蓝鲸1号”,是全球最先进超深水双钻塔半潜式钻井平台,由中集集团旗下中集来福士自主设计建造。

我国海域天然气水合物试采成功。图片来自中国地质调查局网站

我国海域天然气水合物试采成功。图片来自中国地质调查局网站

中国地质调查局官网资料显示,据估算全球可燃冰蕴藏的天然气资源总量约为21000万亿方,可满足人类使用1000年的需求。

我国是可燃冰资源储量最多的国家之一,可燃冰资源主要分布在南海海域和青藏高原冻土带,通过先后15年的调查和评级,南海海域预计有740多亿吨油当量的可燃冰,青藏地区又发现了350亿吨油当量的可燃冰,未来探明的可燃冰可能还很多。

保守估计,我国可燃冰的总资源约是常规天然气、页岩气等资源量总和的两倍,按当前的消耗水平,可满足我国近200年的能源需求。

我们多少年后可用上可燃冰?

可燃冰试采项目作为实施国家能源战略的一个重点项目备受瞩目,但其勘探开发仍需要攻克巨大的技术障碍和环境障碍,如果技术不成熟,可能导致海底地质灾害、海底大量温室气体涌入大气等问题,引发环境危机。

此次成功试采可燃冰,中集集团发文认为,标志着我国在该领域取得了重大技术突破,为可燃冰的商业化开发铺路。

中国地质调查局的资料显示,预计可能在2020年前后突破可燃冰的开发技术,实现能够适应工业化开发规模的工艺、技术和设备完善。大约再经过10年左右的提升,到2030年前后实现可燃冰的商业开发,那时可能我们就能使用“燃冰汽车”了。

可燃冰试采成功对中国有多大意义?

可燃冰用处那么大,具有巨大的经济价值和重要的战略意义,引起全球各主要资源国的高度关注。目前已有40多个国家相继开展了天然气水合物的研究和勘查,其中加拿大在陆地永久冻土区、日本在海域进行了试开采。

 全球主要国家在可燃冰方面的研究进展。截图自中国地质调查局官网。

全球主要国家在可燃冰方面的研究进展。截图自中国地质调查局官网。

《中国国民经济和社会发展十三五规划纲要》明确将推进天然气水合物资源勘查与商业试采列入能源发展重大工程。

5月18日,国土资源部部长姜大明试采现场会上表示,这次试采成功是我国首次、也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采,为实现天然气水合物商业性开发利用提供了技术储备,积累了宝贵经验,打破了我国在能源勘查开发领域长期跟跑的局面,取得了理论、技术、工程和装备的完全自主创新,实现了在这一领域由“跟跑”到“领跑”的历史性跨越,对保障国家能源安全、推动绿色发展、建设海洋强国具有重要而深远的影响。

中国南海采“冰”记:技术、装备完全自主创新

5月18日,中国南海神狐海域可燃冰试采实现连续187个小时的稳定产气。这是中国首次实现海域可燃冰试采成功,是“中国理论”“中国技术”“中国装备”凝结而成的突出成就,将对全球能源生产和消费革命产生深远影响。

● 神狐海域可燃冰储量只是中国储量的“冰山一角”

直升机从珠海九州机场起飞,飞行约90分钟,远远就见到蔚蓝的海面中巍然伫立着的高高的钻井平台,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。

“对于海洋可燃冰的研究,我国是从1995年开始的,并于2007年5月成功获取了可燃冰实物样品,成为世界上第四个通过国家级开发项目发现可燃冰的国家。”试采现场指挥部总指挥叶建良介绍说。

2010年底,由广州海洋地质调查局完成的《南海北部神狐海域天然气水合物钻探成果报告》通过终审,科考人员在我国南海北部神狐海域钻探目标区内圈定11个可燃冰矿体,显现出良好的资源潜力。“海洋六号”入列后,再次深入南海北部区域进行新一轮精确调查,调查海域包括琼东南海域、西沙海域、神狐海域和东沙海域等区域,调查的重点是在南海北部前期勘探的基础上圈定重点勘探区域。南海北部神狐海域作为可燃冰富集区,是调查重点之一。

据了解,研究人员在140平方公里的钻探目标区内圈定出11个可燃冰矿体,含矿区总面积约22平方公里,矿层平均有效厚度约20米,预测储量约194亿立方米;钻探区水合物富集层位气体主要为甲烷,其平均含量高达98.1%,主要为微生物成因气。

神狐海域可燃冰储量还只是我国可燃冰蕴藏量的“冰山一角”。在西沙海槽,科考人员已初步圈出可燃冰分布面积5242平方公里,其资源估算达4.1万亿立方米;在南海其他海域,同样也有天然气水合物存在的必备条件……

● 实现了勘查开发理论、技术、工程、装备完全自主创新

可燃冰储量丰富,但是如果一直躺在南海海底,就发挥不了其价值。但可燃冰开采难度巨大,迄今鲜有国家尝试。

全球天然气水合物研发活跃的国家主要有中国、美国、日本、加拿大、韩国和印度等。其中,美国、加拿大在陆地上进行过试采,但效果不理想。日本于2013年在其南海海槽进行了海上试采,但因出砂等技术问题失败。2017年4月,日本在同一海域进行第二次试采,第一口试采井累计产气3.5万立方米,5月15日,再次因出砂问题而中止产气。

“此次试采实现了中国可燃冰勘查开发理论、技术、工程、装备的完全自主创新,在这一领域实现了从‘跟跑’到‘领跑’的跨越。” 叶建良说。

“通过这次试采,中国实现了可燃冰全流程试采核心技术的重大突破,形成了国际领先的新型试采工艺。”试采现场指挥部办公室副主任谢文卫说。

南海神狐海域的天然气水合物泥质粉砂型储层类型,资源量在世界上占比超过90%,是我国主要的储集类型。这是我国首次,也是世界第一次成功实现该类型资源安全可控开采,为天然气水合物广泛开发利用提供了技术储备,积累了宝贵经验,“我们提出‘地层流体抽取试采法’,有效解决了储层流体控制与可燃冰稳定持续分解难题。我们成功研发了储层改造增产、可燃冰二次生成预防、防砂排砂等开采测试关键技术,其中很多技术都超出了石油工业的防砂极限。”谢文卫说。

此次水合物试采作业,大量国产化装备成功投入应用,充分表明“中国制造”已走在世界的前列。首先,必须要点赞的是试采作业最重要的“大国重器”——我国最新研制成功的世界最大、钻井深度最深的海上钻井平台“蓝鲸一号”,这个净重超过4.3万吨、37层楼高的庞然大物今年2月刚“诞生”,就从中国烟台起航,于3月28日抵达神狐海域实施试采。该平台是目前全球最先进的双井架半潜式钻井平台,可适用于全球任何深海作业。

● 监测结果显示,试采整个过程安全、友好、可控、环保

试采可燃冰,外界一直有一个声音,就是会不会对周边海域的环境造成影响。

由于甲烷是比二氧化碳更高效的温室气体,因此天然气水合物的环境问题一直是人们关心的一个重要问题。我国海域天然气水合物试采,同样非常重视环境问题,为此投入人力物力进行了研究。

2011年6月至2017年3月,南海水合物环评项目组在神狐水合物区先后共组织了10个航次的野外调查工作,对南海神狐水合物试采区进行了系统的多年度的调查,调查内容包括海底工程地质特征、地质灾害特征、海底环境监测、海洋生物特征、海水溶解甲烷含量、海水物理化学及水文特征、海表大气甲烷含量特征等,基本查明了水合物试采区的海洋环境特征,同时,发展了一系列我国自主知识产权的水合物环境评价技术,为水合物试采、开发提供了良好基础。

水合物试采的环境问题,主要是试采过程中是否发生不可控的水合物分解,导致甲烷泄漏,从而引起海底滑坡等地质灾害,甚至是甲烷泄漏到海洋或者大气中而引起环境问题。针对这些问题,在试采过程中,一方面根据水合物区海底地形地貌特征、工程地质特征、水合物储层特征,通过合理设计井位及降压方案,从工程设计上避免发生甲烷泄漏所引发的环境问题和灾害问题,另一方面通过布设海底地形、气体渗漏等监测设备,构建了海水—海底—井下一体化环境安全监测体系,实现对温度、压力、甲烷浓度及海底稳定性参数的实时、全过程监测。监测结果显示试采未对周边大气和海洋环境造成影响,整个过程安全、友好、可控、环保。

本次开采试验为后续研究提出了很多课题。下一步重点是研究如何解决本次试验当中发现的一些问题,并在之后3—5年内开展第二次试采,进一步为商业化开采打好技术铺垫。如,试采过程中,由于地层复杂而导致施工困难很大,测井数据采集需要面对高排量与低排量钻进之间的矛盾;泥浆比重配值、钻井安全及地层防漏失问题的协调;地层可动水含量少对测试过程控制造成的困难,以及如何解决长期开采防砂、稳产等难题,都是本次试采遇到的需要通过后续研究来解决的问题。

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