可燃冰-白色固体燃料

中科院研究可燃冰开发的基础性工作

2009年10月09日10:33  来源:人民网-《人民日报海外版》
 

中科院广州天然气水合物研究中心正在完善可燃冰开发的基础性工作。因技术性原因,原定于12月完成的模拟开发模型,将推往明年2月份。
  可燃冰,又名天然气水合物,是甲烷和水在海底高压低温下形成的白色固体燃料,可以被直接点燃。1立方米可燃冰可释放出160-180立方米的天然气,能量比同当量煤、石油、天然气要多出数十倍,而且燃烧后不产生任何残渣和废气。

  “南海天然气水合物富集规律与开采基础研究”项目已通过了国家重大基础研究发展计划(973计划)组织的审查。项目将于2009年1月正式启动,一直到2013年结束。

  这个基础科研项目要实现民用化,尚需解决开采技术和环境评价、安全控制等问题。


  可燃冰的密度稍低于冰,可在0℃以上生成,超过20℃便会分解。它依赖巨厚水层的压力来维持其固体状态,主要分布在海底之下1000米的范围以内。

  中国已在南海北部圈定了四个可燃冰有利远景区,2007年成功实施了钻探,在三个站位获得了含天然气水合物的沉积物样品,这是一个实质性突破。初步确定钻探区水合物分布面积约为15平方公里,水合物天然气储量为160亿立方米


  2001年广州海洋地质调查局实施“南海北部天然气水合物资源调查评价”项目,综合调查后发现水合物存在的标志。

  从2002年开始,中国科学院、国土资源部一直在推动水合物973立项。直到2008年1月,科技部采取了中科院的建议,将相关研究内容列入了2008年973计划项目申请指南。中国科学院广州天然气水合物研究中心决定联合国土资源部相关部门申请2008年天然气水合物973项目,最终在今年8月份通过了科技部的审批。

  中国海洋石油总公司、教育部系统的若干所大学以及国家海洋局也参与了项目的研究。

  项目研究,包括可燃冰成藏的基础条件;演化的动力学过程;成藏机制及富集规律;地球物理、地球化学异常机理;开发中的多相流动机理和相关理论。

  开发技术探索

  可燃冰全球总资源量估计可达1018m3,为目前已知煤炭和油气资源量总和的两倍。包括中国、美国、加拿大、印度、韩国、挪威和日本在内,世界上至少有30多个国家和地区进行着“可燃冰”的研究与调查勘探。

  目前西伯利亚Messoyakha是世界上唯一一个水合物商业化开采井,目前钻了大约70口井。

  国内外常见开采技术主要包括:注热开采法,降压开采法,化学剂开采法以及几种开采方式相结合的开采方法。

  从各国进行的试验性开采看,这些方法要么技术复杂成本高昂,化学剂开采法最大的缺点是速度慢、费用高,且由于海洋中水合物的压力较高,回采气体较困难。

  此外,固结在海底沉积物中的水合物,一旦条件变化使甲烷气从水合物中释出,还会极大地降低海底沉积物的工程力学特性,出现大规模的海底滑坡,毁坏海底输电或通讯电缆和海洋石油钻井平台等。

  可燃冰中的甲烷温室效应为二氧化碳的13倍,全球海底可燃冰中的甲烷总量为地球大气中甲烷总量的3000倍。
  美、日、加等国家水合物开采试验都采用国家和企业(石油公司)共同出资的办法。从国内情况来看,中海油和中石化对可燃冰比较关注。
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青藏高原发现“可燃冰”

  青海省天峻县木里镇祁连山南麓“可燃冰”钻探现场。
  冀业/摄

  可燃冰

  从发现岩心涌气现象到钻获“可燃冰”实物样品,青海煤炭地质105勘探队全体职工整整努力了五年。
  龙腾飞/摄

  近日,青藏高原发现“可燃冰”的消息备受各方关注。这种“冰与火”奇妙结合的新型能源,是如何被发现的?为何在海拔高、自然环境严酷的青藏高原得以发现?它的发现经历了怎样的艰辛和曲折?又将带给人们怎样的希望和梦想?记者对此进行了深入的采访。

  能源危机下的“新希望”

  2009年6月,在海拔4000多米的祁连山南缘,一簇火苗的燃烧,成为一个足以令亿万国人为之沸腾的消息:地质工作者在此成功钻获“可燃冰”样品,我国成为世界上第一个在中低纬度冻土区发现“可燃冰”的国家。

  “可燃冰”,又叫“可燃水”、“气冰”、“固体瓦斯”,学名叫天然气水合物。它外表像冰,却遇火即燃,比人们平时使用的天然气更为纯净,使用方便、清洁无污染,是一种名副其实的绿色能源,全球公认的尚未开发的最大新型能源。

  “可燃冰”在世界范围内分布广,资源量大。据科学家预测,“可燃冰”储量是现有天然气、煤炭、石油全球储量的两倍,是常规天然气的50倍。有科学家估计,海底“可燃冰”的储量够人类使用1000年。

  据推算,目前已经发现的石油储备量还可用40年,天然气还可用70年,煤炭还可用190年,也正是如此,“后石油时代”用什么作为能源成了各国致力研究和勘探的问题。“可燃冰”的发现让陷入能源危机的人类看到了希望。

  早在19世纪30年代,“可燃冰”即进入人类视野。1965年,苏联首次在西西伯利亚永久冻土带发现“可燃冰”矿藏,并引起多国科学家关注。率先开始勘测研究的是日本,如今,已拥有7口钻井,属于领先水平。美国则从2000年起将“可燃冰”作为政府项目,与各大学和私营公司合作,进行勘测和实地研究。据称到目前为止,美国政府已花费超过1500万美元。另外,加拿大、印度、韩国、挪威等国也纷纷开始投入勘探项目。

  目前,世界上已经有30多个国家和地区开展“可燃冰”的研究勘探。我国于2002年同时启动海域和陆域“可燃冰”的研究和勘探,于2007年在南海发现了“可燃冰”。

  据介绍,我国“可燃冰”的资源潜力为803.44亿吨油当量,仅占全球资源量的0.4%。接近于我国常规石油资源量,约是我国常规天然气的2倍。

  “不放过任何一个地质信息”

  事实上,“可燃冰”在我国陆域的“现身”可以追溯到40多年前,但由于种种原因,这种神奇能源在过去很长时间里与人们擦肩而过。

  青海省木里地区地势高耸,群山连绵。这里海拔4100米左右,高寒缺氧、气候恶劣,然而却蕴藏着丰富的煤炭资源。据了解,有多家地勘单位自上世纪60年代以来在这一带冻土区从事勘查时,就多次发现不明气体,但均未做进一步研究。

  据“可燃冰”项目负责人之一——中国煤炭地质总局青海煤炭地质105队队长、总工程师、教授级高工文怀军介绍,这一带“可燃冰”的发现最早可以追溯到2004年。这年11月,105队在这里进行煤炭勘查时,钻孔内开始涌出不明气体,点火燃烧,由于气体涌出量很大,影响到钻探施工,迫使这个钻孔因未见到可采煤层而报废。

  但是地质人员并没有放过这一现象,那一瞬间,“可燃冰”这一名词在他们脑海中如灵光闪过。他们采集了这种气体进行分析,对涌气的孔段做了详实的记录,积累了可靠的原始地质资料。

  地质工作者思考的是:这种气体和过去多次遇到的煤层气是否一样?抑或,它是一种新的尚不了解的物质?或者,它就是传说中的“可燃冰”?!他们期待着再次与这种神秘气体的相遇。

  2006年5月,105队再次在这一地区进行煤炭勘查,又发现类似不明气体。地质人员细心观察发现,这种气体的涌出孔段不在煤层中,可以确定不是煤层气。那么它是什么呢?他们采样化验发现,这次发现气体的成分与前次大致接近。

  之后,105队请中国地质科学院勘探技术研究所张永勤、中国科学院矿产资源研究所祝有海等权威专家就上述情况进行了交流、探讨,大家一致认为,该地区可能存在“可燃冰”。

  2008年开始,105队与中国地质科学院资源所、勘探所共同合作开展《青藏高原冻土带天然气水合物调查评价》项目。11月5日,首次发现含天然气水合物岩心段,这一成果得到了国内外专家的学术认定。

  在此基础上,国土资源部2009年又部署了一批钻探实验井,6月再次钻获“可燃冰”实物样品,经当今世界上最先进的激光拉曼光谱仪检测,显示出标准的“可燃冰”特征光谱曲线。此后施工中均发现“可燃冰”。

  从2004年发现疑似“可燃冰”,到2006年基本确定“可燃冰”的存在,再通过2008—2009年的工作,经钻探取得样品,通过测试证实了在高海拔冻土区存在“可燃冰”的事实。

  文怀军分析说:木里地区“可燃冰”是煤层气的水合物。其成矿机理大致是:煤层气向上溢散,而上面有冻土层的覆盖,在高压、低温的条件下二者形成“可燃冰”。它的成分除了甲烷,还有少量乙烷、丙烷等气体,是一种“新型可燃冰”,非常值得研究。

  “可燃冰”在青海的发现,为我国增加了一个重要的新矿种,对我国战略能源意义重大。更有专家认为,“可燃冰”的发现可媲美当年发现大庆油田。

  国土资源部总工程师张洪涛初略估算,我国陆域“可燃冰”远景资源量至少有350亿吨油当量,可供中国使用近90年,而青海省的储量约占其中的1/4。

  克服高原极端天气条件

  “在一定意义上,正是每一个地质工作人员在每一次的勘查中都坚持了‘对任何地质信息不放过’的认真工作态度,为‘可燃冰’发现奠定了基础。这一点来说,‘105队’木里项目组全体地质工作人员功不可没。”

  文怀军感慨地说:“‘可燃冰’项目之所以能取得重大突破,不仅是各级领导、各个部门关心支持的结果,更是项目组成员及各协作单位团结拼搏、共同努力的结果,是集体智慧的结晶。”

  自2003年以来,105队一直奋战在木里地区,克服了高寒缺氧、气候条件极端恶劣且装备落后、缺少后勤保障、生产条件差的不利因素。白天在风雪交加中紧张的卸车、立塔,晚间围着火炉卧雪观天,苦等黎明,头痛、胸闷、气短、腿肿各种高山反应对他们已成家常便饭……

  凭着战胜一切困难的信心和勇气,这些高原地勘人不仅战胜了自然,也战胜了自我,被誉为“特别能吃苦、特别能战斗,特别能团结、特别能忍耐、特别能奉献”的“高原铁军”。

  说起这个,105队的当家人——队长文怀军有一肚子的苦水:“七八月都下雪,把帐篷都压塌了。”但就是在这样艰苦的生产、生活条件下,来自各地的科学家、专业技术人员和施工人员,齐心协力、不辱使命,用“小米加步枪”的干法,仅用较少的资金投入,成功实现了我国陆域“可燃冰”的重大发现,是一个典型的投入少、产出大的项目。

  据了解,105队1950年建队,1965年从吉林省成建制调入青海。他们提交的各类煤炭资源储量高达38亿吨,占青海已探明储量的74%。长期的地质工作,使他们积累了大量的基础地质资料,掌握了该地区的地层沉积和构造规律,同时培养了一批具有专业水平的各类技术人员,为“可燃冰”的重大发现提供了技术资料和队伍等多方面的保障。

  青藏高原蕴藏神奇宝藏

  青海之所以成为我国陆域“可燃冰”的首个“现身地”,与这里独特的地理地貌环境有密切关系。

  首先,青海有着面积广、厚度较大的冻土带资源,为“可燃冰”的存在提供了地质条件。

  其次,青海木里有着丰富的煤炭资源,为“可燃冰”的形成提供了可能的资源条件。

  第三,青海木里的交通条件和后勤保障措施是我国大面积冻土带地区中条件较好的,这为“可燃冰”发现提供了有力支持。

  文怀军说,青海木里煤田含“可燃冰”岩层段埋藏浅,只有130-300多米,这为“可燃冰”开采带来很大有利条件。并且这里的冻土层较薄,只有80-120米,也为将来的工程和科研带来极大便利。“‘可燃冰’的开发有望在这里取得突破。” 

  “不过,这将是一个比较漫长的过程。”文怀军说,因为“可燃冰”开采面临的环保问题较为严峻,需要研究探索如何既能开发利用,又不伤害环境。特别是在生态脆弱的青藏高原。

  神奇的大自然,蕴藏着奥秘无限,等待着人类的科学探索。探索无限,人类的希望也无限。

中国南海圈定194亿立方米可燃冰 能量密度是煤10倍

可燃冰预测储量约194亿立方米

南海神狐海域发现新能源“宝库”

近日,由国土资源部广州海洋地质调查局完成的《南海北部神狐海域天然气水合物钻探成果报告》通过终审。《报告》显示,科考人员在我国南海北部神狐海域钻探目标区内,圈定11个可燃冰矿体,预测储量约为194亿立方米。

含矿区总面积约22平方公里

记者从广州海洋地质调查局了解到,2007年5月,广州海洋地质调查局组织实施了我国首个可燃冰钻探航次,在南海北部神狐海域,历时52天,完成先导孔钻探8个、取心孔钻探5个,在其中3个钻孔发现并获取了可燃冰实物样品,实现了我国可燃冰勘探的重大突破。

在接下来的两年时间内,广州海洋地质调查局利用钻探现场成果、室内样品分析及地球物理处理成果资料,结合以往资料,通过测井评价、有井约束地震反演、矿体描述等,开展了可燃冰成矿地质条件和富集特征研究,计算了钻探区可燃冰资源量,提交了成果报告。

研究人员在140平方公里的钻探目标区内,圈定出11个可燃冰矿体,含矿区总面积约22平方公里,矿层平均有效厚度约20米,预测储量约194亿立方米。

这是一个令人振奋的数据,科考人员对含可燃冰样品气体组分及同位素分析表明,钻探区可燃冰富集层位气体主要为甲烷,其平均含量高达98.1%,主要为微生物成因气。

《报告》显示,获得可燃冰的三个站位的饱和度最高值分别为25.5%、46%和43%,是目前世界上已发现可燃冰地区中饱和度最高的地方。

“海洋六号”助力可燃冰勘探

去年10月,我国第一艘可燃冰综合调查船“海洋六号”,在广州海洋地质调查局仑头码头鸣笛,正式入列我国海洋地质调查船队建制。

广州海洋地质调查局局长马申达介绍说,“海洋六号”可燃冰综合调查船,是依据我国海域特点和海洋地质需要,由我国自主设计、建造的第一艘可燃冰综合调查船,它将以海底可燃冰资源调查为主,兼顾其他海洋地质、海洋矿产资源调查工作。它的入列,将加快我国海洋可燃冰调查步伐。

“海洋六号”船长106米、宽17.4米,最大吃水5.7米,设计排水量4600吨,续航力15000海里,调查船采用了电力推进系统、动力定位、全回转舵桨等国际先进技术及设备,配置了4000米级深海水下机器人[57.77 1.42%]“海狮号”、深水多波束测深系统、深水浅地层剖面系统等,总造价4亿元,装备条件在我国海洋地质调查队伍中首屈一指。

除此之外,相关部门着眼未来,积极探讨海底可燃冰安全环保开采方案的科学性与可行性,相信不久的将来,沉睡在海底千百万年的可燃冰终将浮出水面。

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可燃冰,又名天然气水合物,是甲烷和水在海底高压低温下形成的白色固体燃料,可以被直接点燃。

1立方米可燃冰可释放出160—180立方米的天然气,其能量密度是煤的10倍,而且燃烧后不产生任何残渣和废气。

可燃冰,被称为能满足人类使用1000年的新能源,是今后替代石油、煤等传统能源的首选。

编辑/发表时间:2010-12-31 21:33
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资料出处:2009年10月09日10:33  来源:人民网-《人民日报海外版》

2010年12月31日 06:43人民网-人民日报
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翟智高