中華石化網(wǎng)訊 海底沉積層中埋藏的“冰”卻可以燃燒——天然氣水合物點(diǎn)亮了一條未來(lái)的能源之路。但在驚呼其儲(chǔ)量巨大的同時(shí)不得不面對(duì)更為嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)——其埋藏之深和特殊的物理特性決定了勘探和開采的艱難。我國(guó)正在發(fā)展先進(jìn)的海洋科技為可燃冰利用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

近日，關(guān)于可燃冰的報(bào)道不斷，如我國(guó)“天然氣水合物(可燃冰)成礦預(yù)測(cè)技術(shù)研究”為可燃冰成礦預(yù)測(cè)提供了較完整的解決方案，通過國(guó)家“863”計(jì)劃專家驗(yàn)收。而日本也在著手調(diào)查日本海一帶可燃冰蘊(yùn)藏?cái)?shù)量。如何認(rèn)識(shí)可燃冰這個(gè)巨大的能源庫(kù)？在我國(guó)建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的道路上將扮演怎樣的角色？可燃冰的開采技術(shù)是否成熟？我們請(qǐng)專家講解。

海底“可燃冰”儲(chǔ)量豐富 甲烷水合物能量驚人

遼寧日?qǐng)?bào)：從上世紀(jì)90年代以來(lái)可燃冰逐漸受到重視，被認(rèn)為是一種未來(lái)能源的新來(lái)源，各國(guó)也加大了研究力度。那么作為能源本身，可能一些讀者還不是很了解，可燃冰的學(xué)名叫天然氣水合物，為什么叫這個(gè)名稱，作為能源有何典型特征？

欒錫武：天然氣水合物，顧名思義，它是氣和水的結(jié)合體。怎樣結(jié)合的呢？先說(shuō)說(shuō)它的最小結(jié)構(gòu)體：水分子以化學(xué)鍵的形式構(gòu)成一個(gè)多面體的籠子，籠子中圈閉一個(gè)氣體分子。多個(gè)這樣的最小結(jié)構(gòu)體結(jié)合再聚合在一起形成水合物。氫氣、硫化氫、氯氣、二氧化碳、甲烷等多種氣體分子都可以這樣與水結(jié)合，但在自然界中，最為常見的是甲烷水合物，形成類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)，外貌像冰雪，可以像酒精塊一樣被點(diǎn)燃，故俗稱為“可燃冰”。

遼寧日?qǐng)?bào)：它的能量值如何估量？據(jù)有關(guān)報(bào)道稱，科學(xué)家認(rèn)為全球可燃冰資源儲(chǔ)量巨大，超過了石油和煤的總量，是這樣嗎？

欒錫武：甲烷水合物在分解時(shí)可以釋放出甲烷氣，而甲烷氣是天然氣的主要成分。一個(gè)單位體積的甲烷水合物可以釋放出160多倍體積的甲烷氣，美國(guó)科學(xué)家在上個(gè)世紀(jì)估計(jì)，自然界中甲烷水合物的資源儲(chǔ)量可能是地球上所有化石燃料的2倍。在這種情況下，甲烷水合物被確定為人類在21世紀(jì)可以替代石油和天然氣的一種新資源。隨著勘探程度的增大，現(xiàn)在一般認(rèn)為，這個(gè)估計(jì)可能是過高了。甲烷水合物在新能源排行中，位列煤層氣、頁(yè)巖氣等之后，排在第九位。

遼寧日?qǐng)?bào)：為什么海底會(huì)有大量的甲烷水合物？

欒錫武：水合物形成的必備條件是低溫、高壓。如在零度的溫度條件下，壓力條件增加到5MPa(相當(dāng)于500米水深所能提供的壓力)以上時(shí)，水和氣體混合在一起可以開始形成水合物。海底往往容易形成這樣的條件。上世紀(jì)80年代人類首次在海洋中發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物的存在。其實(shí)不僅在海底，兩極地區(qū)、高原地區(qū)等的永凍土帶也存在天然氣水合物。

遼寧日?qǐng)?bào)：那么，天然氣水合物在海底的存在和分布有什么規(guī)律嗎？茫茫大海如何找到可燃冰？

欒錫武：水合物發(fā)育的最小水深一般為500米。在海底以下，隨著深度的增大，沉積層的溫度不斷升高，當(dāng)溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，水合物也不會(huì)存在。海底以下400米至800米通常為水合物層的底界，海底以下幾米至100米通常為水合物層的頂界。

尋找水合物首先要找到水深大于500米的陸坡盆地，水合物發(fā)育區(qū)在海底一般還具有一些特有的地貌特征，如麻坑地形、海底冷泉發(fā)育、泥火山等。沉積層中發(fā)育水合物后，其地球物理特征如波速等會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)這一特征，可以設(shè)計(jì)一些針對(duì)性的地球物理方法，開展水合物的地球物理勘探工作。目前，水合物標(biāo)志性的地球物理特征是擬海底反射——當(dāng)在地震剖面上發(fā)現(xiàn)擬海底反射存在時(shí)，通常會(huì)懷疑水合物的存在。

開采利用技術(shù)要求高 勘探之路充滿艱辛

遼寧日?qǐng)?bào)：說(shuō)起來(lái)容易，實(shí)際尋找和勘探可燃冰是一件很艱巨的事吧？

欒錫武：是的。想一想茫茫大海，廣闊海域，要找到埋在海底的可燃冰，必須得有先進(jìn)的海底探測(cè)技術(shù)和設(shè)備，我國(guó)從上世紀(jì)80年代開始，研究海底可燃冰的勘探，但2000年以后才進(jìn)行技術(shù)的跟蹤，主要原因就是是技術(shù)條件的限制。很多海洋技術(shù)，我國(guó)還很欠缺，而國(guó)外對(duì)我們采取技術(shù)封鎖。所以，發(fā)展自主創(chuàng)新的先進(jìn)的海洋技術(shù)是勘探可燃冰的必要之路。

遼寧日?qǐng)?bào)：目前已經(jīng)探測(cè)到世界哪些海域富含天然氣水合物？

欒錫武：世界上水合物主要分布在主動(dòng)大陸邊緣的增生楔、被動(dòng)大陸邊緣的大陸斜坡帶、內(nèi)陸海和內(nèi)陸湖泊等。海洋范圍主要位于加拿大、美國(guó)和南美洲西部的大陸坡地區(qū)、鄂霍次克海、日本海、日本南部的南海海槽、印度大陸邊緣、墨西哥灣等區(qū)域。我國(guó)有證據(jù)發(fā)育水合物的地區(qū)包括東海的沖繩海槽、中國(guó)南海。

遼寧日?qǐng)?bào)：可燃冰的開采類似于海上油氣的開采嗎？復(fù)雜性在哪？

欒錫武：水合物的開采比油氣的開采具有不同的特點(diǎn)，這主要是因?yàn)樗衔镌诤５滓韵鲁练e層中是以固體形式存在的。同時(shí)，水合物對(duì)溫度、壓力條件非常敏感，溫度、壓力條件改變以后很容易氣化，不像煤、原油那樣具有很好的穩(wěn)定性，如遇減壓會(huì)迅速分解，極易造成井噴，甚至形成海洋地質(zhì)災(zāi)害；所以很難采用挖煤的方法對(duì)水合物進(jìn)行開采，其難度比常規(guī)海上油氣鉆探要大得多；另外，甲烷水合物開采面臨的一個(gè)巨大問題就是甲烷氣體的釋放。甲烷屬于溫室氣體，如果開采不當(dāng)，甲烷氣從水合物中溢出而不能被很好收集利用，那么它就可能會(huì)擴(kuò)散到大氣中，增強(qiáng)溫室效應(yīng)，影響氣候變化。

遼寧日?qǐng)?bào)：看來(lái)開采技術(shù)十分關(guān)鍵，那么目前有沒有好的開采技術(shù)？

欒錫武：想“透”過很深海水在海底的沉積層中把氣體采集收集起來(lái)必須得有一些先進(jìn)的辦法，在理論上，水合物開采是首先對(duì)水合物進(jìn)行原位氣化，然后進(jìn)行天然氣的開采。一些實(shí)際的開采試驗(yàn)正在進(jìn)行中，最有名的就是加拿大馬利克水合物開采試驗(yàn)項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目共完成三口間距40米的鉆井。中間為生產(chǎn)井，用于水合物的生產(chǎn)試驗(yàn)，兩側(cè)為觀測(cè)井。在生產(chǎn)井中使用減壓法、熱激發(fā)法以及兩者組合進(jìn)行了水合物的短期生產(chǎn)開采試驗(yàn)。它也首次證實(shí)從水合物儲(chǔ)層進(jìn)行天然氣體生產(chǎn)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都是可行的。試驗(yàn)證明，在氣體采收過程中減壓比單純加溫能更快地產(chǎn)生氣體，而加溫和減壓組合則能高效率地從水合物儲(chǔ)層中產(chǎn)生氣體。

世界多國(guó)加大研發(fā)投入 準(zhǔn)備喚醒海底能源

遼寧日?qǐng)?bào)：我國(guó)海域廣闊，一份材料上說(shuō)，據(jù)估計(jì)我國(guó)可燃冰資源儲(chǔ)量豐富，約為800億噸油當(dāng)量，是否有這么多？

欒錫武：說(shuō)儲(chǔ)量800億噸油當(dāng)量，這只是前幾年一個(gè)樂觀的理論估計(jì)，而且這里面有一部分是不可控的。而具體的我國(guó)海域可燃冰的儲(chǔ)量，現(xiàn)在還不能確定。只是在幾萬(wàn)平方公里的海域上存在有“可燃冰”氣藏的理論可能，有的區(qū)域在勘探過程中也有所印證，顯示出了巨大的資源前景。其中南海北部坡陸據(jù)估算有可燃冰儲(chǔ)量約百億噸油當(dāng)量。東海也有豐富的儲(chǔ)量。

遼寧日?qǐng)?bào)：我國(guó)對(duì)海底天然氣水合物研究、開發(fā)的情況如何？

欒錫武：我國(guó)可燃冰開發(fā)目前仍處于調(diào)查實(shí)驗(yàn)階段，已形成由國(guó)家調(diào)查專項(xiàng)、國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目、“973”項(xiàng)目的可燃冰勘查投入體系，中國(guó)科學(xué)院于2004年組建了“廣州天然氣水合物研究中心”，研究?jī)?nèi)容涉及天然氣水合物合成、物性測(cè)試、開采模擬、成藏機(jī)理、資源評(píng)價(jià)等領(lǐng)域。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于2007年5月在南海北部神狐海域?qū)嵤┝撕５足@探，采集到了天然氣水合物實(shí)物樣品，成為繼美國(guó)、日本、印度之后第4個(gè)采集到海洋天然氣水合物實(shí)物樣品的國(guó)家，這意味著我國(guó)天然氣水合物調(diào)查研究水平已步入世界先進(jìn)行列，展示了我國(guó)南海北部巨大的天然氣水合物資源前景。

遼寧日?qǐng)?bào)：許多發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視“可燃冰”吧？今年春天，日本宣布從日本近海地層蘊(yùn)藏的可燃冰中成功分離出甲烷氣體，這是否意味著在可燃冰開采商業(yè)化進(jìn)程中邁出了關(guān)鍵一步？

欒錫武：日本陸上資源匱乏，其中天然氣消費(fèi)幾乎依賴進(jìn)口，并要為此付出很高的價(jià)格成本，那么日本近海的天然氣水合物就成為“關(guān)注”的對(duì)象，開采本土天然氣資源需求旺盛。早在上世紀(jì)90年代日本就開始了對(duì)可燃冰的研究，政府重視、大量投入，目前勘探、開采試驗(yàn)等都取得了重要進(jìn)展，已處于世界領(lǐng)先地位。從可燃冰中成功分離出甲烷氣體是技術(shù)上的突破，但說(shuō)到商業(yè)化開采，還有很大的距離。

美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、德國(guó)、加拿大、印度、韓國(guó)、巴西等國(guó)都從能源儲(chǔ)備戰(zhàn)略角度重視天然氣水合物的調(diào)查研究工作。它們將此作為政府行為，投入巨資，相繼開展了本國(guó)專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)和國(guó)際海底區(qū)域內(nèi)的調(diào)查研究和資源評(píng)價(jià)。但加拿大政府以及美國(guó)政府對(duì)水合物投入力度在近幾年有所下降。

遼寧日?qǐng)?bào)：為何有所下降？

欒錫武：美、加可能根據(jù)本國(guó)國(guó)情對(duì)新能源類型開發(fā)的側(cè)重點(diǎn)有所變化。可以說(shuō)天然氣水合物作為能源本身來(lái)說(shuō)，海底儲(chǔ)量巨大，是尚未開發(fā)的大型能源庫(kù)，而且其本身使用方便、燃燒值高，這是大自然賜予的又一大筆來(lái)自海洋的資源。但是，它的開采難度大，成本高，開采環(huán)保的要求很高，目前距離商業(yè)化開采還有很大距離，十年內(nèi)都不一定成熟；所以，面對(duì)這樣的海洋寶藏，對(duì)于它的開發(fā)利用，我國(guó)不應(yīng)操之過急，目前要合理安排勘探投入，技術(shù)堅(jiān)持自主創(chuàng)新，適時(shí)推進(jìn)研究和勘查工作，為子孫、為未來(lái)留下一筆寶貴的勘探、開發(fā)技術(shù)和海洋能源財(cái)富。

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