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可燃冰能代替石油嗎?何時用上?南海開採用這些技術裝備

2017-05-19 17:36 | 中新網 | 手機看國搜 | 列印 | 收藏 |評論 | 掃描到手機
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核心提示:近日,“我國海域天然氣水合物(又稱可燃冰) 試採成功”的消息引燃網路,我國可燃冰開採成功具有何種里程碑的意義?可燃冰到底是什麼、長啥樣?它有哪些用?能代替石油嗎?我們多久以後可用上可燃冰?記者為你一一科普。

18日“我國海域天然氣水合物(又稱可燃冰) 試採成功”的消息引燃網路,我國可燃冰開採成功具有何種里程碑的意義?可燃冰到底是什麼、長啥樣?它有哪些用?能代替石油嗎?我們多久以後可用上可燃冰?記者為你一一科普。

冰火不容?這觀念得改!13年後你開的汽車或燒冰不燒油

可燃冰是啥?

5月18日,由國土資源部中國地質調查局組織實施的我國海域天然氣水合物試採在南海神狐海域實現連續8天穩定産氣,試採取得圓滿成功,實現了我國天然氣水合物開發的歷史性突破。這是我國、也是世界首次海域天然氣水合物試採成功。

對於一些人來説,可能會問“可燃冰到底是什麼”?

可燃冰的學名是天然氣水合物,大多分佈于陸地凍土區或距海面900到1200米的深海沉積物中,是由石油天然氣與水分子在高壓低溫條件下結合形成一種固態結晶物質,多呈白色或淺灰色,外觀像冰且點火即可燃燒,故又稱可燃冰、氣冰、固體瓦斯。

來自初中化學課本介紹顯示,可燃冰主要含有甲烷水合物,還含有少量二氧化碳等其他氣體。一體積可燃冰可儲載100-200倍體積的甲烷氣體,能量高,燃燒值大。

可燃冰的學名是天然氣水合物,長這樣子。截圖自中國地質調查局網站

可燃冰的學名是天然氣水合物,長這樣子。截圖自中國地質調查局網站

可燃冰有啥用?

目前發現的可燃冰儲量大約是化石燃料綜合的2倍,在全球被科學家公認為石油、天然氣的接替能源。與石油、天然氣相比,可燃冰具有使用方便、燃燒值高、清潔無污染等優點,燃燒後僅會生成少量的二氧化碳和水。

未來,可燃冰成功商用後,我們目前日常家裏灶臺、熱水器都將可用可燃冰替代天然氣。甚至可燃冰還可替代目前的汽油、柴油、天然氣為汽車提供動力能源。但加滿同樣體積的油箱後,可燃冰汽車可跑得更遠,燃燒後排放的污染也小得多,可減少對大氣污染。

據央視報道,若一輛使用天然氣為燃料的汽車一次加100升天然氣能跑300公里,加入相同體積的可燃冰能跑5萬公里。

可燃冰有多少可供大家未來使用?

目前可燃冰常規開採方法主要有:熱激發化學試劑法、二氧化碳置換法、降壓法等。我國試採使用深水半潛式平臺通過降壓進行開採。此次中國成功試採可燃冰的“藍鯨1號”,是全球最先進超深水雙鑽塔半潛式鑽井平臺,由中集集團旗下中集來福士自主設計建造。

我國海域天然氣水合物試採成功。圖片來自中國地質調查局網站

我國海域天然氣水合物試採成功。圖片來自中國地質調查局網站

中國地質調查局官網資料顯示,據估算全球可燃冰蘊藏的天然氣資源總量約為21000萬億方,可滿足人類使用1000年的需求。

我國是可燃冰資源儲量最多的國家之一,可燃冰資源主要分佈在南海海域和青藏高原凍土帶,通過先後15年的調查和評級,南海海域預計有740多億噸油當量的可燃冰,青藏地區又發現了350億噸油當量的可燃冰,未來探明的可燃冰可能還很多。

保守估計,我國可燃冰的總資源約是常規天然氣、頁巖氣等資源量總和的兩倍,按當前的消耗水準,可滿足我國近200年的能源需求。

我們多少年後可用上可燃冰?

可燃冰試採項目作為實施國家能源戰略的一個重點項目備受矚目,但其勘探開發仍需要攻克巨大的技術障礙和環境障礙,如果技術不成熟,可能導致海底地質災害、海底大量溫室氣體涌入大氣等問題,引發環境危機。

此次成功試採可燃冰,中集集團發文認為,標誌著我國在該領域取得了重大技術突破,為可燃冰的商業化開發鋪路。

中國地質調查局的資料顯示,預計可能在2020年前後突破可燃冰的開發技術,實現能夠適應工業化開發規模的工藝、技術和設備完善。大約再經過10年左右的提升,到2030年前後實現可燃冰的商業開發,那時可能我們就能使用“燃冰汽車”了。

可燃冰試採成功對中國有多大意義?

可燃冰用處那麼大,具有巨大的經濟價值和重要的戰略意義,引起全球各主要資源國的高度關注。目前已有40多個國家相繼開展了天然氣水合物的研究和勘查,其中加拿大在陸地永久凍土區、日本在海域進行了試開採。

 全球主要國家在可燃冰方面的研究進展。截圖自中國地質調查局官網。

全球主要國家在可燃冰方面的研究進展。截圖自中國地質調查局官網。

《中國國民經濟和社會發展十三五規劃綱要》明確將推進天然氣水合物資源勘查與商業試採列入能源發展重大工程。

5月18日,國土資源部部長姜大明試採現場會上表示,這次試採成功是我國首次、也是世界首次成功實現資源量佔全球90%以上、開發難度最大的泥質粉砂型天然氣水合物安全可控開採,為實現天然氣水合物商業性開發利用提供了技術儲備,積累了寶貴經驗,打破了我國在能源勘查開發領域長期跟跑的局面,取得了理論、技術、工程和裝備的完全自主創新,實現了在這一領域由“跟跑”到“領跑”的歷史性跨越,對保障國家能源安全、推動綠色發展、建設海洋強國具有重要而深遠的影響。

中國南海採“冰”記:技術、裝備完全自主創新

5月18日,中國南海神狐海域可燃冰試採實現連續187個小時的穩定産氣。這是中國首次實現海域可燃冰試採成功,是“中國理論”“中國技術”“中國裝備”凝結而成的突出成就,將對全球能源生産和消費革命産生深遠影響。

● 神狐海域可燃冰儲量只是中國儲量的“冰山一角”

直升機從珠海九州機場起飛,飛行約90分鐘,遠遠就見到蔚藍的海面中巍然佇立著的高高的鑽井平臺,這裡就是我國首次完成可燃冰調查的神狐海域,也是我國首次進行可燃冰試採的海域。

“對於海洋可燃冰的研究,我國是從1995年開始的,並於2007年5月成功獲取了可燃冰實物樣品,成為世界上第四個通過國家級開發項目發現可燃冰的國家。”試採現場指揮部總指揮葉建良介紹説。

2010年底,由廣州海洋地質調查局完成的《南海北部神狐海域天然氣水合物鑽探成果報告》通過終審,科考人員在我國南海北部神狐海域鑽探目標區內圈定11個可燃冰礦體,顯現出良好的資源潛力。“海洋六號”入列後,再次深入南海北部區域進行新一輪精確調查,調查海域包括瓊東南海域、西沙海域、神狐海域和東沙海域等區域,調查的重點是在南海北部前期勘探的基礎上圈定重點勘探區域。南海北部神狐海域作為可燃冰富集區,是調查重點之一。

據了解,研究人員在140平方公里的鑽探目標區內圈定出11個可燃冰礦體,含礦區總面積約22平方公里,礦層平均有效厚度約20米,預測儲量約194億立方米;鑽探區水合物富集層位氣體主要為甲烷,其平均含量高達98.1%,主要為微生物成因氣。

神狐海域可燃冰儲量還只是我國可燃冰蘊藏量的“冰山一角”。在西沙海槽,科考人員已初步圈出可燃冰分佈面積5242平方公里,其資源估算達4.1萬億立方米;在南海其他海域,同樣也有天然氣水合物存在的必備條件……

● 實現了勘查開發理論、技術、工程、裝備完全自主創新

可燃冰儲量豐富,但是如果一直躺在南海海底,就發揮不了其價值。但可燃冰開採難度巨大,迄今鮮有國家嘗試。

全球天然氣水合物研發活躍的國家主要有中國、美國、日本、加拿大、南韓和印度等。其中,美國、加拿大在陸地上進行過試採,但效果不理想。日本于2013年在其南海海槽進行了海上試採,但因出砂等技術問題失敗。2017年4月,日本在同一海域進行第二次試採,第一口試採井累計産氣3.5萬立方米,5月15日,再次因出砂問題而中止産氣。

“此次試採實現了中國可燃冰勘查開發理論、技術、工程、裝備的完全自主創新,在這一領域實現了從‘跟跑’到‘領跑’的跨越。” 葉建良説。

“通過這次試採,中國實現了可燃冰全流程試採核心技術的重大突破,形成了國際領先的新型試採工藝。”試採現場指揮部辦公室副主任謝文衛説。

南海神狐海域的天然氣水合物泥質粉砂型儲層類型,資源量在世界上佔比超過90%,是我國主要的儲集類型。這是我國首次,也是世界第一次成功實現該類型資源安全可控開採,為天然氣水合物廣泛開發利用提供了技術儲備,積累了寶貴經驗,“我們提出‘地層流體抽取試採法’,有效解決了儲層流體控制與可燃冰穩定持續分解難題。我們成功研發了儲層改造增産、可燃冰二次生成預防、防砂排砂等開採測試關鍵技術,其中很多技術都超出了石油工業的防砂極限。”謝文衛説。

此次水合物試採作業,大量國産化裝備成功投入應用,充分表明“中國製造”已走在世界的前列。首先,必須要點讚的是試採作業最重要的“大國重器”——我國最新研製成功的世界最大、鑽井深度最深的海上鑽井平臺“藍鯨一號”,這個凈重超過4.3萬噸、37層樓高的龐然大物今年2月剛“誕生”,就從中國煙臺起航,于3月28日抵達神狐海域實施試採。該平臺是目前全球最先進的雙井架半潛式鑽井平臺,可適用於全球任何深海作業。

● 監測結果顯示,試採整個過程安全、友好、可控、環保

試採可燃冰,外界一直有一個聲音,就是會不會對周邊海域的環境造成影響。

由於甲烷是比二氧化碳更高效的溫室氣體,因此天然氣水合物的環境問題一直是人們關心的一個重要問題。我國海域天然氣水合物試採,同樣非常重視環境問題,為此投入人力物力進行了研究。

2011年6月至2017年3月,南海水合物環評項目組在神狐水合物區先後共組織了10個航次的野外調查工作,對南海神狐水合物試採區進行了系統的多年度的調查,調查內容包括海底工程地質特徵、地質災害特徵、海底環境監測、海洋生物特徵、海水溶解甲烷含量、海水物理化學及水文特徵、海表大氣甲烷含量特徵等,基本查明瞭水合物試採區的海洋環境特徵,同時,發展了一系列我國自主智慧財産權的水合物環境評價技術,為水合物試採、開發提供了良好基礎。

水合物試採的環境問題,主要是試採過程中是否發生不可控的水合物分解,導致甲烷泄漏,從而引起海底滑坡等地質災害,甚至是甲烷泄漏到海洋或者大氣中而引起環境問題。針對這些問題,在試採過程中,一方面根據水合物區海底地形地貌特徵、工程地質特徵、水合物儲層特徵,通過合理設計井位及降壓方案,從工程設計上避免發生甲烷泄漏所引發的環境問題和災害問題,另一方面通過布設海底地形、氣體滲漏等監測設備,構建了海水—海底—井下一體化環境安全監測體系,實現對溫度、壓力、甲烷濃度及海底穩定性參數的實時、全過程監測。監測結果顯示試採未對周邊大氣和海洋環境造成影響,整個過程安全、友好、可控、環保。

本次開採試驗為後續研究提出了很多課題。下一步重點是研究如何解決本次試驗當中發現的一些問題,並在之後3—5年內開展第二次試採,進一步為商業化開採打好技術鋪墊。如,試採過程中,由於地層複雜而導致施工困難很大,測井數據採集需要面對高排量與低排量鑽進之間的矛盾;泥漿比重配值、鑽井安全及地層防漏失問題的協調;地層可動水含量少對測試過程式控制製造成的困難,以及如何解決長期開採防砂、穩産等難題,都是本次試採遇到的需要通過後續研究來解決的問題。

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