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氦气:天然气中被忽视的“黄金”

2018-3-9 8:56:08 来源:中国矿业报社 作者:李玉宏 张文 韩伟 周俊林

氦(He)在整个宇宙中占23%,含量仅次于氢,但氦气浓度低,为一种稀有气体。目前,具有工业价值的氦(>0.1%)主要提取自天然气藏,含量最高可达7.5%。近年来,液化天然气(LNG)产业兴起,氦气可在LNG尾气中富集,可进一步降低氦气的工业标准。

目前,针对氦气藏形成的研究较为薄弱,一般认为,在漫长的地地质历史中,富铀钍的矿物和岩石可生成大量氦气并部分保存;在剧烈的地球活动中,氦气会集中释放并溶于地下水;如其能运移到天然气藏中,便可以形成富氦天然气藏;氦气分子半径小,需要封闭能力更强的盖层,如膏岩层等。

2001年~2016年世界氦气的年产量

随着科技的不断进步,氦气因其沸点低、分子小、化学惰性等性质越来越多地被应用到低温超导、核工业、航天、工业生产和科学研究等领域。其中,液氦的最大消费群体是医院的核磁共振(MRI)扫描仪,与人类健康息息相关。我国为贫氦国家,国内氦气消费主要依赖于进口,受制于人。另外,氦气的开采可大大提高富氦天然气的经济价值。现有资料表明,我国的渭河、四川、塔里木、柴达木、松辽、渤海湾、苏北、海拉尔等8个盆地发现有含氦天然气显示。

液氦的沸点极低(4.25K),使其成为高科技领域的宠儿:一是低温超导。液氦温度极低,可为超导磁体提供低温环境,其中应用最广的为磁共振成像(MRI)。医院核磁共振成像仪的核心大都是超导磁体,只有在液氦的低温下才能稳定运行,产生稳定的磁场,保证高分辨率成像。二是低温冷却。液氦广泛用于原子反应堆的冷却介质和清洗剂。三是测温。由于氦气的液化温度很低,接近于绝对零度,故其测温范围很广,多用于精密测量。

氦气具有化学惰性,常被用做半导体工业的保护气和科学实验中的载体气。氦气可以隔绝氧气,避免电焊工件、单质硅和氧气发生化学反应。目前,保护气已成为氦气的第二大应用领域。在气相色谱中,氦气作为载体气可运送被测气体且不与其发生反应。

氦气分子最小,使其穿透能力最强、密度最小,被用做管道检漏,可解决单纯依靠声波检测技术无法解决的问题,对深埋管道或拥有保温层防腐层的热力、输油、输气管道,特别是低压运行的管道,有明显的检测效果。此外,氦气在高真空装置、核反应堆、宇宙飞船中用作检漏剂和扫气。氦气密度比空气小很多,常被充入气球和飞艇,带人们在空中飞翔。氦气化学性质不活泼,使氦气热气球和飞艇比氢气热气球和飞艇更为安全。

氦气难溶于水,可以与氧气混合制成“人造空气”。空气中的氮气在高压环境下会溶解在血液中,当潜水员上浮的时候压力减小,血中的氮气便纷纷逸出,形成气泡堵塞血管,使潜水员患上极为难受的“减压症”。氦气在高压下溶解度低,所以用它来代替氮气就可以解决这一问题。

美国地质调查局的数据显示,目前已探测的全球氦气资源量约为519亿立方米。美国是世界上氦资源最丰富的国家,虽然已大规模开采60多年,但氦气资源量仍占世界总资源量的40%以上。根据美国地质调查局2016年的调查报告,美国、阿尔及利亚、卡塔尔和俄罗斯拥有世界88%的氦资源。全球氦气资源量分布如下:美国206亿立方米,卡塔尔101亿立方米,阿尔及利亚82亿立方米,俄罗斯68亿立方米,加拿大20亿立方米,中国11亿立方米,其他国家31亿立方米。

我国主要含油气盆地的含氦天然气资料显示,氦气分布广泛,层位众多,但研究程度低。目前,已知渭河、四川、塔里木、柴达木、松辽、渤海湾、苏北、海拉尔等8个盆地发现有含氦天然气显示。总体而言,西部大型叠合盆地、东部郯庐断裂带具有氦气资源前景。四川盆地威远气田是我国首个实现氦气商业化利用的气田,也是目前我国惟一进行工业开采的氦气田。

虽然我国部分油气藏、非烃气藏天然气组分中氦气含量较高,资源潜力较大,但长期以来并未给予重视,氦气并没有作为分析项目,以致氦气家底不清。因此,在油气藏勘探开发过程中,应重视对天然气组分中氦气的检测分析,开发先进提氦技术,充分分离天然气中的氦气资源,提高氦气资源开发与综合利用效率,重视和兼顾氦气藏勘探与研究,从理论上指导氦气藏勘探与开发。□

网站编辑:宫莉

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