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“可燃冰革命”,或将改变能源格局

——我国海域天然气水合物成功试采的前因后果深度透视之一

2017-6-3 8:17:26 来源:中国矿业报 本报记者:刘晓慧

“截至目前,已连续产气超过22天,平均日产8350立方米,气压气流稳定,井底状态良好。”

6月2日,国土资源部在京举行南海神狐海域天然气水合物试采成功新闻发布会。会上,中国地质调查局副局长、天然气水合物试采协调领导小组副组长李金发在介绍试采最新进展、自主创新成果及有关情况时如是说。

2016年10月21日,国土资源部党组书记、部长、国家土地总督察姜大明赴青岛调研青岛海洋地质调查研发平台。

正如李金发所言,本次位于珠海市东南320千米的神狐海域天然气水合物的试开采成功,是优先抢占了领跑的技术高地,实现了我国在天然气水合物开发上的领跑。它将会是继美国引领页岩气革命之后的,由我国引领的天然气水合物革命,将会推动整个世界能源利用格局的改变。

独一无二,资源量大分布广

天然气水合物被国际公认为煤、石油等的替代能源,是世界重要的战略资源,对我国能源安全及经济发展意义重大。

目前的研究结果显示,在地球上大约有27%的陆地是可以形成天然气水合物的潜在地区,而在世界大洋水域中约有90%的面积也属这样的潜在区域。目前世界上已有79个国家和地区发现了天然气水合物矿藏。

而全球范围内天然气水合物资源量问题,一直是科学界讨论的热点。

目前被国际科学界广泛引用的观点是,1988年美国科学家科温沃登(Kvenvolden)预测全球天然气水合物资源量为2.1×1016立方米,相当于21万亿吨油当量,是全球已发现煤、石油和天然气等化石能源的两倍。2011年,美国能源部发布天然气水合物资源潜力研究报告,预测全球天然气水合物资源量为2.0×1016立方米,相当于20万亿吨油当量,与科温沃登(Kvenvolden)预测大致相当。

据中国地质调查局基础调查部副主任、天然气水合物试采现场指挥部办公室主任邱海峻介绍,如果依照天然气水合物资源类型及赋存状态,结合我国海域地质条件作出预测,我国海域天然气水合物资源量约为800亿吨油当量。目前,通过重点地区普查,已经圈定11个有利远景区,19个成矿区带,经过钻探验证圈定了两个千亿方级的矿藏。

据科学家估算,全球天然气水合物仅海底储量就够人类使用1000年,也被誉为“21世纪的绿色能源”。除了储量巨大,天然气水合物还具有埋藏比较浅、能量密度高、高效清洁等特点。被视为高度压缩天然气的天然气水合物,其甲烷含量达80%~99.9%。在标准状况下,1单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体。

邱海峻介绍说,天然气水合物在全球主要分布在两类地区:一类是水深300米~3000米的海底,在海底以下0米~1500米的沉积物中产出;另一类是陆上冻土区,尤其是南北极冻土区。目前已发现的海底水合物多分布于环太平洋周边、大西洋西岸、印度洋北部、南极近海及北冰洋周边,地中海、黑海、里海等内陆海以及贝加尔湖等湖底也有零星分布。陆上水合物则主要分布于环北冰洋的高纬度冻土区和我国青藏高原冻土区。

“这次南海神狐海域试采成功是我国首次、也是世界第一次成功实现资源量全球占比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产业化提供了技术储备,积累了宝贵经验。”李金发表示。

“我国海域天然气水合物资源潜力巨大。天然气水合物开发利用将会大大提升我国能源安全保障程度,降低对外依存度,进一步优化能源消费结构。”国土资源部地勘司司长于海峰如是说。

接二连三,开采难题不断破解

怕“失压”、怕“海底滑坡”、怕“出砂”、怕“分解”,这是天然气水合物开采过程中必须要面临的难题。

众所周知,天然气水合物是在高压、低温的条件下形成的。一旦失压,或者温度升高,就会变成气体,体积急剧增大160多倍。在海底,天然气水合物赋存于泥质粉砂中。一旦钻孔密封不好,大量海水灌入,可能造成更大范围内的失稳,大量的温室气体逸出,甚至引发海底滑坡和更大的灾害。在冻土、泥砂中,天然气水合物因为混合了砂砾,开采过程中一旦出砂将很难处理。天然气水合物一旦开采出来,如果管道密封保护不好,甲烷气体就会逸出。所以,其开采的难点,不在于从海底或冻土中把它们采出来,难点在于有序、可控,不发生地质等次生灾害。

目前,全球天然气水合物研发活跃的国家主要有美国、日本、加拿大、韩国和印度等,各国竞相投入巨资开展天然气水合物试采,竞争异常激烈。但都因种种原因未能实现或未达到连续产气的预定目标。

我国天然气水合物室内研究及海上和陆地调查方面起步较晚,20世纪90年初才开始关注国外有关的报道和研究成果。

1995年,在中国大洋协会、原地质矿产部和国家科委的支持下,中国地质科学院矿产资源研究所曾先后在南海和太平洋国际海底开展了天然气水合物的调查研究工作,并发现了一系列与天然气水合物有关的地球化学和自生矿物异常标志。1999年,中国地质调查局广州海洋地质调查局开始积极跟踪国际天然气水合物研究进展并在南海北部西沙海域开展了天然气水合物前期调查,发现了存在天然气水合物的重要地震标志——似海底反射面(BSR)。这一重大发现反馈到国土资源部、中国地质调查局后,引起国家高度重视。2002年,以广州海洋地质调查局为主,广泛吸收高等院校、科研院所、国家石油公司等参与的国家专项正式实施。

2007年,中国地质调查局广州海洋局联合国内外先进调查勘探力量,在南海北部神狐海域实施了我国首次天然气水合物钻探工程,并成功获取天然气水合物实物样品,发现了矿层厚度大、饱和度高、甲烷含量高的分散型天然气水合物矿藏,进一步验证了我国调查评价方法技术可行、可靠。

2008年11月,我国在青藏高原祁连山脉木里地区永久冻土带钻获了天然气水合物实物样品。2011年,以加快南海北部水合物资源远景区勘查评价、选择重点靶区实施水合物试验性开采为目标的水合物钻探专项启动。2013年,在珠江口盆地东部海域钻获多种类型水合物样品,首次发现超千亿方级矿藏。2015年在神狐海域再次钻探发现超千亿方级水合物矿藏……数年的不懈努力,为今天试采成功奠定了坚实的基础。

与日本试采的天然气水合物海域成矿环境相比,我国海域主要属于泥质粉砂型储层,这也是占全球90%以上比例的储层类型。砂细导致渗透率更差,同时我国的可燃冰水深大、储层埋藏浅,施工难度更大。

针对社会高度关注的天然气水合物开采可能带来的环境安全问题。北京大学教授、天然气水合物试采工程首席科学家卢海龙表示,在此次试采前,已经开展了10余个航次的环境基线调查,获取了海洋地质、海洋生物、海水化学等本底数据,以及海底地层力学参数等。在试采过程中,按照国际标准的环境管理体系、工艺安全风险管理等,采取严格的环境保护措施。利用大气、海水、海底和井下四位一体监测体系,对甲烷、二氧化碳等参数及海底沉降进行实时监测,与本底数据对比显示,甲烷等参数无异常变化,海底地形无变化,没有环境污染,未发生地质灾害。试采结束后,围绕环境保护进一步完善理论技术方法体系,为安全可控的资源开发创造条件。持续开展环境调查与监测,获取海洋环境参数,评价天然气水合物环境效应,为制订天然气水合物开采的环境保护方案提供科学依据。加强环境保护与安全生产技术研发,实现天然气水合物绿色开发。

不可否定,我国在天然气水合物开采中取得的突破,对于全世界而言,无论从理论、技术还是安全层面,都更具有可参考和借鉴的价值。

大势所趋 低碳清洁能源是方向

当前,全球能源供需关系乃至整体格局正在发生着深刻变革。

中国社会科学院研究生院院长、国际能源安全研究中心主任黄小勇曾在全球能源安全论坛2016年会暨《世界能源发展报告2016》发布会上表示,全球能源格局正在进行深刻变迁,这对全球政治格局产生深远影响。

他认为,目前,“供给西进”和“需求东移”是当今全球能源的主导路径。从能源供给趋势看,以美国为代表的非常规油气产地大有替代中东、俄罗斯等传统油气产地之势。从能源需求趋势看,美欧发达国家的工业化进程已经逐步走出了依靠能源消耗换取各项发展的阶段,对能源的新增需求已经显著趋缓。与此同时,中国、印度等新兴市场国家对于能源的渴求正在与日俱增。而在当今世界的能源结构中,石油、煤炭和天然气牢牢占据前三名的位置。但未来,随着能源需求的不断变化,全球主要能源结构也将发生重大调整。总体趋势可以概括为:低碳化和可再生化。

据相关研究,在产生同等热量的情况下,天然气所产生的二氧化碳排放,仅相当于煤炭的40%。而从经济意义角度衡量,天然气价格的“亲民性”也在一定程度上推动能源成本有较大程度的降低。因此无论从经济角度还是可持续发展角度,清洁能源将逐步替代煤炭等高污染能源。

天然气水合物作为一种新型能源,燃烧后仅会生成少量的二氧化碳和水,比煤、石油、天然气污染小很多,但能量高于煤、石油、天然气十倍。储量巨大、高效清洁、燃烧值高等特点使得天然气水合物被誉为“21世纪最具商业开发前景的绿色清洁战略能源”,为各国竞相研究开发的热点。

就国内情况看,我国的煤炭需求年均增长一直保持高位。时至今日,中国已成为全球最大的煤炭需求国。但是,随着全社会环保意识的增强及国际上对减少碳排放的强烈呼吁,煤炭也将逐渐被天然气等更加清洁的能源所替代。

此次,就天然气水合物的试采成功,党中央国务院在贺电中提出了新的更高要求:要促进天然气水合物勘查开采产业化进程;依靠科技进步,保护海洋生态,推进绿色开发,保障国家能源安全。而中国地质调查局局长钟自然在就天然气水合物试采成功的重大意义做过专门的论述,提出天然气水合物的试采成功是向产业化勘探开发迈出的关键性一步。没有这一步绝对不行。这是产业化的开端,只有尽快实现产业化,才能巩固领跑地位,才有可能促进能源生产和效率提升,保障能源安全,优化能源结构,甚至重塑世界能源格局。

国土资源部地质勘查司司长于海峰在此次发布会上表示,天然气水合物是一种低碳清洁能源,甲烷含量高,且使用起来比常规天然气所含的杂质更少,燃烧后几乎不产生任何残渣,是未来理想的煤、石油等化石燃料的替代能源,进而能够有效服务于我国生态文明建设。同时,制定相关产业政策,引导企业进入天然气水合物勘探开发领域,可以进一步支撑油气体制改革,促进油气行业持续健康发展。

他还进一步透露,未来可能将参照页岩气的模式制定相关产业政策,鼓励和引导企业参与勘探开发,推动天然气水合物开发利用进程。□

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