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后发先至,从跟跑到领跑的激情跨越

发布时间:2017年06月14日 08:42:00

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【内容摘要】 中国在南海试采可燃冰成功的消息让世界沸腾了。  可燃冰,从字面上理解,就是可燃烧的冰块,这是一个通俗易懂的百姓化理解方式。没错,从

中国在南海试采可燃冰成功的消息让世界沸腾了。

  可燃冰,从字面上理解,就是可燃烧的冰块,这是一个通俗易懂的百姓化理解方式。没错,从老百姓的角度,这个东西能跑车、能生火做饭就行了。

  但专业人士更愿意称之为“天然气水合物”,因为从采出到提取,再送到老百姓的灶台,这中间还有一个非常繁杂的技术攻关过程。

  从“中国贫油论”开始,在一些西方所谓代表国际前沿的科技权威眼里,中国的地质科技总被他们低看一眼。美、英、德、加、日等国家从上世纪就开始着手可燃冰的研究和开采,他们曾断言“中国可燃冰只能埋在海里”,但那些所谓的西方权威又一次被中国科学家用事实打脸。

  据了解,自上世纪60年代被发现以来,可燃冰一直被认为具有巨大的潜在价值。虽然多个国家努力研究,但是因为技术原因,大规模开采可燃冰尚不可行。本次在南海神狐海域试采成功,意味着中国已经抢占了未来全球能源发展的制高点。

  国土资源部部长姜大明5月18日在广州表示,海域天然气水合物试采取得圆满成功,实现了由跟跑到领跑的历史性突破。在掌握深海进入、深海探测、深海开发等关键技术方面取得的重大成果,是中国人民勇攀世界科技高峰的又一标志性成就。

  “冰”冻三尺非一日之寒

  常言道:冰冻三尺非一日之寒。可燃冰的形成,是必须在多方因素的长期作用下才能形成。那么,“可燃冰”到底是怎么形成的呢?

  事实上,自1811年英国科学家在实验室合成了氯气水合物以来,人类就从未停止过对天然气水合物的研究和探索。

  20世纪60年代,特别是80年代末以来,由于其巨大的能源潜力和环境效应,世界各国开始对天然气水合物展开了全方位研究,掀起了天然气水合物研究与勘查的一个又一个高潮。

  19世纪70年代,美国地质工作者在海洋中钻探时,发现了一种看上去像普通干冰的东西,当它从海底被捞上来后,那些“冰”很快就成为冒着气泡的泥水,而那些气泡却意外地被点着了,这些气泡就是甲烷。

  据研究测试,这些像干冰一样的灰白色物质,是由天然气与水在高压低温条件下形成的结晶物质。科研考察结果表明,它一般存在于海底或陆地冻土带内。纯净的天然气水合物是白色,形似冰雪,可以像固体酒精一样直接点燃,因此,人们通俗而形象地称其为“可燃冰”。

  天然气水合物的形成条件主要包括物源条件和温压条件。物源条件要求有大量的天然气(主要是甲烷气)和水,它们是可燃冰形成的物质基础,没有它们将是“无米之炊”;环境条件则要求低温和高压,一般需要低于10℃的温度和大于100个大气压的压力(水深1000米以下),因为只有在这种低温和高压条件下,含有大量天然气的水溶液才能形成可燃冰,缺少这个条件“生米就不能煮成熟饭”。

  天然气水合物的生成过程实际上是水合物-溶液-气体三相平衡变化的过程,任何能影响相平衡的因素都能影响水合物的生成/分解过程,如温度升高或压力降低,水合物就分解成天然气和水,即由固相变为气相和液相。反之,天然气和水又可生成水合物,现在科学家们已经可以通过试验数据获得水合物稳定性的平衡温压曲线,并根据该曲线对比陆地或海底地层的实际温度和压力求出水合物形成带的厚度与深度,这个水合物形成带被称为“水合物稳定带”。

  理论上讲,在水合物稳定带内只要同时具有充足的天然气和水就可以形成天然气水合物。目前,地球上符合天然气水合物形成温压条件的地区主要在大陆边缘的海底(水深>300米)及陆地冻土区浅表地层(深度>几十米)。

  国际勘探“可燃冰”动态 

  在现有的能源中,可燃冰是很少的可以代替煤、石油的能源。

  目前,国际上对可燃冰勘探开发技术的研发步伐呈你追我赶之势,世界上至少有30多个国家和地区正在进行可燃冰的研究与调查勘探,但论及研发力度,世界上很少有国家能与日本相提并论。

  1960年,前苏联在西伯利亚发现了可燃冰,并于1969年投入开发;美国于1969年开始实施可燃冰调查,1998年把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划;日本开始关注可燃冰是在1992年,已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价。但最先挖出可燃冰的是德国。

  2000年开始,可燃冰的研究与勘探进入高峰期,世界上至少有30多个国家和地区参与其中。其中以美国的计划最为完善——总统科学技术委员会建议研究开发可燃冰,参、众两院有许多人提出议案,支持可燃冰开发研究。美国每年用于可燃冰研究的财政拨款达上千万美元。

  为开发这种新能源,国际上成立了由19个国家参与的地层深处海洋地质取样研究联合机构,有50个科技人员驾驶着一艘装备有先进实验设施的轮船从美国东海岸出发进行海底可燃冰勘探。

  这艘可燃冰勘探专用轮船的7层船舱都装备着先进的实验设备,是当今世界上唯一的能从深海下岩石中取样的轮船,船上装备有能用于研究沉积层学、岩石学、地球化学、地球物理学等的实验设备。这艘专用轮船由得克萨斯州A·M大学主管,英、德、法、日、澳、美科学基金会及欧洲联合科学基金会为其提供经济援助。

  相较美国和俄罗斯,日本虽然起步较晚,但目前在可燃冰的探测与开发方面已处于世界领先的地位。对于可燃冰的研发,日本有着极为清晰的战略计划和发展框架。

  早在1990年,日本便已开始在太平洋勘探与试探性发掘可燃冰。2000年,日本经济产业省设立了可燃冰研究委员会,意味着日本正式开始着手可燃冰的开采。2016年,日本开始着力于可燃冰商业运用的技术开发。过去几年,日本一直是可燃冰的主要引领者。

  虽然日本、美国在“可燃冰”的探测、基础研究和先导钻探试验等诸多方面已处于世界领先地位,但日本、美国目前都未能实现“可燃冰”的大规模开采。

  中国可燃冰探采后发先至 

  1999年,国土资源部正式启动天然气水合物资源调查。

  尽管起步较晚,但我国海域天然气水合物试采相关的海洋工程装备正日臻完备。目前,海洋工程装备的主体,包括各类钻井平台、生产平台、浮式生产储油船、卸油船、起重船、铺管船、海底挖沟埋管船、潜水作业船等。

  当前,全球海洋石油工程装备建造商形成了三大阵营。处于第一阵营的公司主要在欧美,它们垄断着海洋工程装备开发、设计、工程总包及关键配套设备供货;第二阵营是韩国和新加坡,它们在总装建造领域快速发展,占据领先地位;我国还处于制造低端产品的第三阵营。

  尽管这样,经历短短十几年的时间,我国就已经取得令世界瞩目的成就。中国地质科技工作者不断推动水合物勘探理论和装备技术的进步,从无到有,逐渐摸索建立了适合我国南海天然气水合物调查的一整套勘探模式和技术方法体系,使我国已能立于可燃冰勘探强国之列。

  2017年3月28日,国土资源部中国地质调查局在南海神狐海域开钻第一口试采井。5月10日下午14时 52分点火成功,从水深1266米海底以下203-277米的天然气水合物矿藏开采出天然气。到5月18日上午10时,连续产气近8天,平均日产超过1.6万立方米,超额完成“日产万方、持续一周”的预定目标。

  至5月26日,试采井连续产气16天,平均日产超过1万立方米。5月27日开始,按照施工方案开展温度、压力变化对储层、井底、井筒、气体流量等影响的科学研究工作。截至目前,已连续产气超过二十多天,平均日产8350立方米,气压气流稳定,井底状态良好。

  中国地质调查局相关负责人向中国矿业报记者表示,试采安全评估和环境监测结果显示,钻井作业安全,海底地层稳定,大气和海水甲烷含量无异常变化,取得了持续产气时间长、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果。

  中国领跑世界可燃冰开发 

  5月18日,国土资源部部长姜大明在试采现场正式对外界宣布,中国在南海试采可燃冰取得圆满成功。消息一经公布,全球媒体立马沸腾起来。

  “与之前日本的研究成果相比,中国科学家成功开采出更多的天然气。从这个意义上来讲,中国的确实现了可燃冰开采的巨大进步。”英国广播公司引用专家的话指出,“这是第一次,人们终于开始相信大规模开采可燃冰前途光明。”

  “中国首次在南海成功试采可燃冰。”包括美国有线电视新闻网(CNN)在内的多家外媒对此事进行了报道。CNN引用中国官方媒体的报道称,中国实现了“历史性突破,将会推动整个世界能源利用格局的改变”。《印度快报》网站则重点关注“中国在当前试采阶段每日天然气开采量约为1.6万立方米。”

  中国是一个富煤、贫油、少气的国家,对进口石油依赖度高。中国海关总署的数据显示,今年3月,中国原油进口量升至近920万桶/日的纪录高位,远超预期。这一数据已经超越美国,使中国成为全球第一大原油进口国。因此,对中国而言,开采天然气水合物具有重要战略意义。

  除中国外,美国、日本、印度、韩国和加拿大等国也在实施可燃冰开采研究项目。今年5月似乎成为可燃冰的热门月。除中国宣布在南海试采可燃冰成功之外,美国、日本也宣布了有关可燃冰开采的消息。

  根据《海事执行》杂志报道,美国能源部下属的国家能源技术实验室5月12日宣布,正与得克萨斯大学奥斯汀分校等机构合作,于5月在墨西哥湾深水区开展可燃冰开采研究,5月11日已经开始了一次钻探。

  日本是最早进行可燃冰开采的国家之一。日本经济产业省资源能源厅5月4日宣布,日本石油天然气金属矿物资源机构成功从日本近海海底埋藏的可燃冰中提取出甲烷。此次试验开采海域位于爱知县和三重县附近的太平洋近海,估计该海域拥有的可燃冰储量达1.1万亿立方米,是日本天然气年消费量的约10倍。这是日本第二次开采可燃冰。

  其实早在2013年日本就尝试过开采海底可燃冰并提取了甲烷,但由于海底砂流入开采井,试验仅6天就被迫中断。本次试验持续12天后也因出砂问题中断,未能完成原计划连续三四周稳定生产的目标,12天产气量只有3.5万立方米。

  从世界的情况看,中国是目前全球第一个实现在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。


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