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“可燃冰”位居新能源榜单第九

发布时间:2019-11-01 10:20 来源:澳门新濠天地

  海底沉积层中埋藏的“冰”却可以燃烧——天然气水合物点亮了一条未来的能源之路。但在惊呼其储量巨大的同时不得不面对更为严峻的现实——其埋藏之深和特殊的物理特性决定了勘探和开采的艰难。我国正在发展先进的海洋科技为可燃冰利用打下坚实基础。

  近日,关于可燃冰的报道不断,如我国“天然气水合物(可燃冰)成矿预测技术研究”为可燃冰成矿预测提供了较完整的解决方案,通过国家“863”计划专家验收。而日本也在着手调查日本海一带可燃冰蕴藏数量。如何认识可燃冰这个巨大的能源库?在我国建设海洋强国的道路上将扮演怎样的角色?可燃冰的开采技术是否成熟?我们请专家讲解。

  记者:从上世纪90年代以来可燃冰逐渐受到重视,被认为是一种未来能源的新来源,各国也加大了研究力度。那么作为能源本身,可能一些读者还不是很了解,可燃冰的学名叫天然气水合物,为什么叫这个名称,作为能源有何典型特征?

  栾锡武:天然气水合物,顾名思义,它是气和水的结合体。怎样结合的呢?先说说它的最小结构体:水分子以化学键的形式构成一个多面体的笼子,笼子中圈闭一个气体分子。多个这样的最小结构体结合再聚合在一起形成水合物。氢气、硫化氢、氯气、二氧化碳、甲烷等多种气体分子都可以这样与水结合,但在自然界中,最为常见的是甲烷水合物,形成类冰状的结晶物质,外貌像冰雪,可以像酒精块一样被点燃,故俗称为“可燃冰”。

  记者:它的能量值如何估量?据有关报道称,科学家认为全球可燃冰资源储量巨大,超过了石油和煤的总量,是这样吗?

  栾锡武:甲烷水合物在分解时可以释放出甲烷气,而甲烷气是天然气的主要成分。一个单位体积的甲烷水合物可以释放出160多倍体积的甲烷气,美国科学家在上个世纪估计,自然界中甲烷水合物的资源储量可能是地球上所有化石燃料的2倍。在这种情况下,甲烷水合物被确定为人类在21世纪可以替代石油和天然气的一种新资源。随着勘探程度的增大,现在一般认为,这个估计可能是过高了。甲烷水合物在新能源排行中,位列煤层气、页岩气等之后,排在第九位。

  栾锡武:水合物形成的必备条件是低温、高压。如在零度的温度条件下,压力条件增加到5MPa (相当于500米水深所能提供的压力)以上时,水和气体混合在一起可以开始形成水合物。海底往往容易形成这样的条件。上世纪80年代人类首次在海洋中发现了天然气水合物的存在。其实不仅在海底,两极地区、高原地区等的永冻土带也存在天然气水合物。

  记者:那么,天然气水合物在海底的存在和分布有什么规律吗?茫茫大海如何找到可燃冰?

  栾锡武:水合物发育的最小水深一般为500米。在海底以下,随着深度的增大,沉积层的温度不断升高,当温度升高到一定数值时,水合物也不会存在。海底以下400米至800米通常为水合物层的底界,海底以下几米至100米通常为水合物层的顶界。

  寻找水合物首先要找到水深大于500米的陆坡盆地,水合物发育区在海底一般还具有一些特有的地貌特征,如麻坑地形、海底冷泉发育、泥火山等。沉积层中发育水合物后,其地球物理特征如波速等会发生变化,根据这一特征,可以设计一些针对性的地球物理方法,开展水合物的地球物理勘探工作。目前,水合物标志性的地球物理特征是拟海底反射——当在地震剖面上发现拟海底反射存在时,通常会怀疑水合物的存在。

  栾锡武:是的。想一想茫茫大海,广阔海域,要找到埋在海底的可燃冰,必须得有先进的海底探测技术和设备,我国从上世纪80年代开始,研究海底可燃冰的勘探,但2000年以后才进行技术的跟踪,主要原因就是是技术条件的限制。很多海洋技术,我国还很欠缺,而国外对我们采取技术封锁。所以,发展自主创新的先进的海洋技术是勘探可燃冰的必要之路。

  栾锡武:世界上水合物主要分布在主动大陆边缘的增生楔、被动大陆边缘的大陆斜坡带、内陆海和内陆湖泊等。海洋范围主要位于加拿大、美国和南美洲西部的大陆坡地区、鄂霍次克海、日本海、日本南部的南海海槽、印度大陆边缘、墨西哥湾等区域。我国有证据发育水合物的地区包括东海的冲绳海槽、中国南海。

  栾锡武:水合物的开采比油气的开采具有不同的特点,这主要是因为水合物在海底以下沉积层中是以固体形式存在的。同时,水合物对温度、压力条件非常敏感,温度、压力条件改变以后很容易气化,不像煤、原油那样具有很好的稳定性,如遇减压会迅速分解,极易造成井喷,甚至形成海洋地质灾害;所以很难采用挖煤的方法对水合物进行开采,其难度比常规海上油气钻探要大得多;另外,甲烷水合物开采面临的一个巨大问题就是甲烷气体的释放。甲烷属于温室气体,如果开采不当,甲烷气从水合物中溢出而不能被很好收集利用,那么它就可能会扩散到大气中,增强温室效应,影响气候变化。

  栾锡武:想“透”过很深海水在海底的沉积层中把气体采集收集起来必须得有一些先进的办法,在理论上,水合物开采是首先对水合物进行原位气化,然后进行天然气的开采。一些实际的开采试验正在进行中,最有名的就是加拿大马利克水合物开采试验项目。这个项目共完成三口间距40米的钻井。中间为生产井,用于水合物的生产试验,两侧为观测井。在生产井中使用减压法、热激发法以及两者组合进行了水合物的短期生产开采试验。它也首次证实从水合物储层进行天然气体生产在技术和经济上都是可行的。试验证明,在气体采收过程中减压比单纯加温能更快地产生气体,而加温和减压组合则能高效率地从水合物储层中产生气体。

  记者:我国海域广阔,一份材料上说,据估计我国可燃冰资源储量丰富,约为800亿吨油当量,是否有这么多?

  栾锡武:说储量800亿吨油当量,这只是前几年一个乐观的理论估计,而且这里面有一部分是不可控的。而具体的我国海域可燃冰的储量,现在还不能确定。只是在几万平方公里的海域上存在有 “可燃冰”气藏的理论可能,有的区域在勘探过程中也有所印证,显示出了巨大的资源前景。其中南海北部坡陆据估算有可燃冰储量约百亿吨油当量。东海也有丰富的储量。

  栾锡武:我国可燃冰开发目前仍处于调查实验阶段,已形成由国家调查专项、国家“863”计划项目、“973”项目的可燃冰勘查投入体系,中国科学院于2004年组建了 “广州天然气水合物研究中心”,研究内容涉及天然气水合物合成、物性测试、开采模拟、成藏机理、资源评价等领域。中国地质调查局于2007年5月在南海北部神狐海域实施了海底钻探,采集到了天然气水合物实物样品,成为继美国、日本、印度之后第4个采集到海洋天然气水合物实物样品的国家,这意味着我国天然气水合物调查研究水平已步入世界先进行列,展示了我国南海北部巨大的天然气水合物资源前景。

  记者:许多发达国家都很重视“可燃冰”吧?今年春天,日本宣布从日本近海地层蕴藏的可燃冰中成功分离出甲烷气体,这是否意味着在可燃冰开采商业化进程中迈出了关键一步?

  栾锡武:日本陆上资源匮乏,其中天然气消费几乎依赖进口,并要为此付出很高的价格成本,那么日本近海的天然气水合物就成为 “关注”的对象,开采本土天然气资源需求旺盛。早在上世纪90年代日本就开始了对可燃冰的研究,政府重视、大量投入,目前勘探、开采试验等都取得了重要进展,已处于世界领先地位。从可燃冰中成功分离出甲烷气体是技术上的突破,但说到商业化开采,还有很大的距离。

  美国、俄罗斯、英国、德国、加拿大、印度、韩国、巴西等国都从能源储备战略角度重视天然气水合物的调查研究工作。它们将此作为政府行为,投入巨资,相继开展了本国专属经济区和国际海底区域内的调查研究和资源评价。但加拿大政府以及美国政府对水合物投入力度在近几年有所下降。

  栾锡武:美、加可能根据本国国情对新能源类型开发的侧重点有所变化。可以说天然气水合物作为能源本身来说,海底储量巨大,是尚未开发的大型能源库,而且其本身使用方便、燃烧值高,这是大自然赐予的又一大笔来自海洋的资源。但是,它的开采难度大,成本高,开采环保的要求很高,目前距离商业化开采还有很大距离,十年内都不一定成熟;所以,面对这样的海洋宝藏,对于它的开发利用,我国不应操之过急,目前要合理安排勘探投入,技术坚持自主创新,适时推进研究和勘查工作,为子孙、为未来留下一笔宝贵的勘探、开发技术和海洋能源财富。

  栾锡武 博士,中国地质调查局青岛海洋地质研究所研究员,博士生导师,海洋油气与水合物资源室主任。主要从事海域天然气水合物、油气等海洋地震资料处理解释工作。发表第一作者论文100多篇。

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