中国可燃冰开发现状及应用前景_王智明

中国可燃冰开发现状及应用前景

王智明1,曲海乐2,菅志军1

(11中海油服技术中心,北京101149;21吉林大学机械学院,吉林长春130025)

摘要:解释新型能源可燃冰的物理特性、分布特点及其形成条件。研究国外可燃冰的勘探和开发方法。讨论中国可燃冰的研究历史及分布规律,分析中国可燃冰的开发现状。指出可燃冰作为重要能源对于缓解全球性能源危机的意义及其广泛的应用前景。

关键词:可燃冰;分布;开发现状;应用前景

中图分类号:TE13211+1文献标识码:B文章编号:1004-7948(2010)05-0004-02

引言

可燃冰学名天然气水合物,主要成分是甲烷,又称气冰或固体瓦斯,是一种白色或浅灰色结晶。作为燃料能源,可燃冰清洁无污染,燃烧放热量大, 1m3可燃冰相当于164m3的天然气燃烧释放的热量。可燃冰分布广储量大,可作为石油及天然气等的替代能源[1]。

可燃冰分子中,甲烷分子与水分子间通过范德瓦耳斯力形成稳定结构(见图1),在点燃条件下甲烷分子被释放。

图1可燃冰的外形、分子构成及燃烧状况

1可燃冰的形成条件及国外开发状况

可燃冰的形成条件较苛刻,温度要求在0~ 10e,20e以上易分解;压力要求在10M Pa以上,但不能太高;0e时,需要30个大气压才能生成;地底要有气源。

可燃冰全球远景总资源量约10万亿t油当量,相当于全球已知煤、石油和天然气储量的2倍,可供人类使用614万年。可燃冰海底分布相当于4000万平方公里,足够人类使用1000年。

可燃冰主要分布在北半球的东、西太平洋和大西洋西部边缘(水深300~4000m)海底处及其下约650m沉积层内,以及大洋水深100~250m以下的极地海陆架和高纬度陆地永久冻土区。

20世纪后期,发达国家加快了勘探和研究开发。目前全世界确认了200多处可燃冰成矿区。1995年美国在东部布莱克海台发现储量180亿t 油当量,可供使用105年。2009年,在墨西哥湾中部的W alker R i d ge、G reen Canyon地区发现天然气水合物砂岩储集层。2008年,英国挪威斯瓦尔巴群岛西部海床、俄罗斯西伯利亚沿海大陆架底部都有水合物融气化现象。日本已圈定12块矿区,钻了7口探井。其中静冈县御前崎岖近海约714亿m3,可供全国使用140年,在南海海槽的深海沟又发现可燃冰矿藏,2009年4月成立天然气水合物实验室。韩国于2007年6月在其东海海底发现近6亿t油当量可燃冰,并进行了取样。印度投入5600万美元于2005年在印度洋成功取样,在克里希纳戈达瓦里海底盆地勘测到储量巨大的天然气水合物资源。

2中国可燃冰分布及开采技术现状

1999年开始,根据可燃冰形成的温压条件、甲烷气源条件、构造和沉积条件,中国对可燃冰进行了调查和研究。2008年中国专家预测,可燃冰远景资源量2000亿t油当量以上。其中南海海域储

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节能

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量约700亿t油当量,青藏高原和黑龙江省冻土区储量约为1400多亿t油当量。

211中国可燃冰分布情况

南海北部坡陆(水深550~600m)可燃冰储量约185亿t油当量,相当于南海深水勘探已探明的油气地质储备的6倍。其中东沙群岛以东,海底坡陆430万平方公里的天然气水合物/冷泉0巨型碳酸盐岩喷溢区)))九龙甲烷礁,目前为世界最大/冷泉0湓溢区。西沙海槽圈定的可燃冰区域分布面积为5242平方公里,储量约411亿m3。东海冲绳海槽附近、东海盆地、南沙海槽已发现可燃冰存在的证据;东沙群岛西南部、黄海的大陆架及其深海可能存在可燃冰,目前正在研究中。

中国冻土区总面积215万平方公里,天然气水合物形成及储存前景广阔。2009年专家估计,青藏高原可燃冰远景储量350亿t油当量[2]。其中青藏高原五道梁多年冻土区(海拔4700m)远景储量可供应90年。青海省祁连山南缘天俊县木里地区(海拔4062m)储量占陆域总储量的1/4。

东北黑龙江省漠河盆地,西藏风火山、乌丽地区,青藏高原羌塘盆地等都在进一步探测研究。212中国可燃冰开发历程

中国着手天然气水合物勘察研究较发达国家晚了近20年,目前仍有5~7年的技术差距。表1为中国可燃冰开发历程。

表1中国可燃冰开发历程

时间主要研究成绩

1999年南海首次发现了天然气水合物存在标志。

2002年勘测南海储量相当于700亿t油当量,在西沙海槽圈出天然气水合物矿区。

2004年成立中科院广州天然气水合物研究中心;中德联合在南海北部发现430万平方公里的/九龙甲烷礁0。

2005年成功研制可燃冰开采模拟系统。

2006年可燃冰保真取样器成功研制并试验;勘测南海北部东沙西南部海域天然气水合物发育区。

2007年开发了新型可燃冰组合抑制剂,加速了开采研究进度;

可燃冰钻探取心项目启动;可燃冰开采与运输关键技术

取得初步成绩;在南海北部神狐海域钻获可燃冰样品。2008年在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获可燃冰样品;

广州海洋地质调查局自主研制/海洋六号0调查船,并

在南海北部成功取样。

2009年勘测青藏高原五道沟永久冻土区、青海省祁连山南缘永久冻土带远景资源量有350亿t油当量以上。213国内外可燃冰开采技术现状

目前中国从事可燃冰研发单位主要有中国海

洋石油总公司、石油大学、中科院广州天然气水合

物研究中心、青岛能源所和北京地质地球物理研究

所等。主要勘探方法有地震勘探法、地球化学法及

地质勘探法,勘探方法日趋成熟。主要开采方法有

3种:一是热激化法,即利用可燃冰加热时分解出

甲烷气体的原理。二是降压法,专家提出将核废料

埋入地底,利用核辐射效应使其分解出甲烷气体。

三是注入剂法,向可燃冰层注入盐水、甲醇、乙醇

等,破坏原平衡促使其分解[3]。

新型方法有二氧化碳置换开采法和固体开采

法。二氧化碳置换法能把大量CO2送入深海,有

助于减缓全球气候变暖。国外学者们专门采用数

值方法研究CO2地质封存技术,辅助分析可燃冰

的动力学特性、稳定性等,并对该方法的使用地域

性进行了分析[3]。

目前开采方法技术复杂,速度慢,费用高,而且

海洋中水合物的压力较高,实现管道合理布设、天

然气的高效收集较困难。开采过程中保证海底稳

定、使甲烷气体不泄露是关键,日本对此提出了/分

子控制0方案,美国在2005年成功模拟生产海底可

燃冰,目前各国尚无成熟的大规模商业开采方法。

3可燃冰应用前景

(1)可燃冰能缓解能源危机。

中国从1993年开始变为原油进口国,预计

2020年原油进口将达2亿,t因此开发可燃冰迫在

眉睫。目前已有30多个国家和地区正在勘测和试

开采,预计2015年以后部分地区可能实现大规模的

商业开采。中国可燃冰储量巨大,尽早实现其储量

勘察及商业开采对于缓解能源危机具有重要意义。

(2)开采成本高。

巨大经济社会效益和严重的资源短缺激发人

们对可燃冰的强烈征服渴望,但开采输送设备投入

资金是巨大的,目前中国南海开采费用达200美

元/m3,折合成天然气达1美元/m3,而天然气本身

开采只有1元/m3,因此计划由政府、企业及科研

单位联合开发。专家建议先到青藏高原冻土区试

验开采,青海省木里地区可燃冰冻土层80~120m,

埋藏冰段130~300m,资源储量大,开采技术难度

及成本会较低。专家提醒,青藏高原开采需要考虑

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