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用蓝海视野开拓新领域
  新闻来源:石油商报 2017-09-05 10:05  

  创新思维 “弯道超车”

  我国对可燃冰领域的研究从20世纪80年代末开始,前期主要是文献资料调研工作。在2001年香山科学会议第160次学术讨论会上,35位专家学者围绕天然气水合物形成机制的前沿科学问题、相关技术、资源前景等议题进行了广泛深入的交流。这次会议在一定程度上影响了我国在可燃冰领域的研究,大规模的地质调查等科学工作奠定了今天取得试采成功的重要基础。

  据当时有关机构估算,世界范围内可燃冰储量很大,是化石能源总和的两倍。尽管全世界可燃冰资源量准确数据有待进一步研究确定,但其量巨大毋庸置疑。世界发达国家早在上个世纪80年代便开始制定可燃冰勘查开发国家计划。与之相比,我国可燃冰勘查起步相对较晚。而我国的近邻日本,早已开始可燃冰领域的研究,希望以此摆脱能源对外依存度过高的问题。2002年,日本在加拿大北部冻土区钻井试采可燃冰。2013年3月,日本在爱知和三重县海域海底连续生产作业6天,共产气12万立方米。

  我国虽然起步晚,但相关科研工作进展速度和成果还是非常喜人的,特别是这次神狐海域可燃冰试采成功,证明了可燃冰开采工艺技术上的可行性,安全性也是可控的。可以说,中国可燃冰开采技术从此由“跟跑”转向“领跑”,是我国蓝海战略实现“弯道超车”的直接体现,实现了中国能源技术从被动跟随向自主创新转变的又一大突破。

  在当前试采阶段,尤为需要解决的是两方面问题,即安全问题和技术问题。在具体工作上体现为一个问题,就是如何将可燃冰从海底拿出来还不破坏海洋环境。在工艺技术方面,我们成功研发了储层改造增产、可燃冰二次生成预防、防砂排砂等开采测试关键技术,其中很多技术都超出了石油工业的防砂极限。在安全方面,由于可燃冰赋存形状复杂,故开发难度大,如开采后如何不漏失比CO2多20倍温室效应的甲烷,对未成岩矿藏开采后如何防止水下电缆、工程受滑坡影响破坏等安全问题都要提前防范。目前整个试采期间海底没有甲烷气体泄漏,地层也没有发生改变,可以说安全性上也有了一定保证。

  工艺技术上可行仅是第一步,最终要想实现商业化开采,可燃冰开采还要解决经济性问题,要把开采成本降到商业价位。我国提出要在2030年实现商业化开采,我认为这一目标难度虽大但依然有望实现。现在到2030年还有10多年时间,科技进步的空间是很大的,页岩气革命就用了10年时间让美国的油气从进口变为出口。未来,随着科学技术的进步,可燃冰将不再遥不可及,随着其在能源消费结构中占比的不断扩大,可燃冰有望替代传统化石能源,前景可期。(中国科学院院士戴金星)

  ●何为可燃冰

  天然气水合物主要是由甲烷等气体和水在高压低温环境下(3兆帕至20兆帕,0至15摄氏度)形成的固态物质,在自然界广泛存在,外观像冰且点火即可燃烧,故又称可燃冰。

  目前,全球230余处发现可燃冰,分布在极地冻土区和各大洋的陆坡等区域。据估计,可燃冰分布的陆海比例为1:100。大约27%的陆地,包括极地冰川冻土带和冰雪高山冻土区,以及90%的大洋水域是可燃冰的潜在区。在海洋水深300米至500米以下的海底沉积物中都可能具备形成水合物的条件。北美和东亚是水合物调查研究热点地区,中国是目前天然气水合物勘查试采的领跑者。

  ●如何开采

  借鉴常规油气开发技术和经验,逐渐研究、试验了一系列新的技术方法用于天然气水合物开采。

  降压法。通过抽取水合物层下部气体/水等方法,降低储层压力,破坏水合物稳定条件,从而达到促使水合物分解的目的。2017年5月,我国在南海神狐海域试采天然气水合物获得成功,就是采用降压法。

  加热法。将热流体从地面泵入水合物地层,或采用开采重油时使用的火驱法,促使温度上升而使水合物分解的方法。

  二氧化碳置换法。向水合物地层中注入二氧化碳,将甲烷从水合物中置换出来的方法。

  ●开采难点

  勘探找矿选区难度大。海域水合物地震勘查识别的精度和准确性较低,冻土区水合物勘查识别仍缺乏有效方法。

  开采面临技术和成本问题。针对水合物特殊储层的井孔及储层保护等钻完井技术还不成熟。基于降压、加热及置换等原理的天然气水合物开采方法存在一些实际操作问题,如保证长期稳定开采、降低开采装备成本和提高单井产量等。

  天然气水合物开采存在安全环保问题。天然气水合物分解开采后,会造成含水合物储层力学性能改变、水合物逸散,可能引发海床滑塌、温室效应等地质环境灾害。

  ●前景如何

  据测算,1立方米的可燃冰,在常温常压下可释放164立方米甲烷气体和0.8立方米的淡水。可燃冰具有燃烧值高、能量密度大和清洁无污染等特点,被视为有望代替煤炭和石油的清洁、高效能源。可燃冰前景令人期待,但距离实现商业开采任重道远,面临三大挑战。

  第一,需要建立支撑寻找可燃冰富集区的勘探理论及技术体系,才能找到有商业开采价值的“可燃冰田”。

  第二,探索出有经济可行性的可燃冰开发技术体系及装备。

  第三,解决长期规模化开采可能产生的地质灾害、海洋设施破坏,以及温室效应、海啸等安全环保问题。

 
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