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油气之光——日本天然气水合物的开发情况

2016-1-13 9:23:17 来源:中国矿业报 作者:张家政 陆程 黄霞

天然气水合物是由天然气与水在低温高压条件下形成的类冰状固体物质,因其外貌极像冰雪,点火即燃,俗称“可燃冰”, 主要分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。天然气水合物是一种规模巨大的新型潜在能源,其资源量相当于2.1×1016立方米的天然气,是全球煤炭、石油和天然气等化石能源资源量总和的两倍,同时它也是一种环保低碳的清洁能源,燃烧后几乎不产生任何环境污染物质,已成为世界各国调查研究的热点。

日本国内油气资源匮乏,对于“可燃冰”的开采非常重视。1992年,美国能源部的Krason教授于第29届国际地质大会上表示,日本南海海槽的BSR分布面积约有3.5万平方千米,天然气水合物资源量十分丰富。为此,日本投入巨资设立国家计划,组织石油公司、国立研究所、大学的研究与技术人员开展海洋天然气水合物研究、勘探工作,并积极开展国际合作,在“可燃冰”的探测、基础研究、先导钻探试验、水合物试采等诸多方面已处于世界领先地位。

调查历程

20世纪80年代晚期,日本地质调查所开展了小规模的甲烷水合物研究,目的是调查其在日本周围海域存在的可能性。在南海海槽的深海钻探(DSDP)31航次、87航次,大洋钻探(ODP)131航次,日本海大洋钻探(ODP)808航次,均钻取了水合物岩样,得到天然气水合物存在的依据。

1994年以后,日本开始实施5年计划(1995年~1999年),日本石油公司组织10家公司开展其东南海海槽调查与勘探工作。日本地质所与东京天然气公司、大阪天然气公司、日本石油勘探公司合作进行天然气水合物的基础研究。1997年~1999年,通产省的新能源-产业技术综合开发机构NEDO还设立了“天然气水合物资源化技术先导研究开发”项目,对西南海海槽与东南海海槽的天然气水合物进行勘探、钻探与研究,积累了丰富的地球物理、钻探、深潜器、地质与地球化学资料。

试开采计划

2000年6月,日本政府设立了“天然气水合物开发研究委员会”, 启动了规模宏大的《21世纪甲烷水合物研发计划(MH21)》,以2001年至2018年为期,致力实现“可燃冰”开发的6个目标:探明日本周边海域的天然气水合物赋存状况和分布特征,预测可能含有天然气水合物海域的天然气水合物资源量,优选天然气水合物气田并研讨开采的经济性,对优选的天然气水合物气田进行生产试验,完善天然气水合物的商业生产技术,建立环保的开发体系。

2013年12月,日本经济产业省围绕该年度《海洋基本计划》,重新修订了该国《海洋能源·矿产资源开发计划》,对日本海上天然气水合物资源的勘探开发工作进行了重新计划和部署。对于主要赋存于太平洋一侧的“砂层型”天然气水合物,开发计划指出:利用2014年至2018年4年时间,进行长期海上开采试验和更全面的验证工作,为商业化生产做好充足的准备;2018年至2028年间,实施以民营企业为主导的商业化开采;对于主要赋存于日本海一侧的“表层型”天然气水合物,将利用2013年至2015年3年时间,进行资源分布的区域地质调查,并从2014年开始实施水合物样品的地质取样工作。

主要进展

1998年,日本与加拿大合作,在加拿大北部Mackenzie三角洲试验钻探,包括2口深井、1口试验井,钻穿冻土层,获取水合物样品,评估工程技术,检验新研制的技术装备;通过高压装置,人工合成了甲烷水合物。1999年,在日本南海海槽东部进行地层钻探,对海洋天然气水合物的潜在资源进行全面评价。2000年1月下旬,在南海海槽水深950米处实施钻探,在日本静冈县御前崎近海发现了天然气水合物含量高达20%的砂岩层,证明那里存在丰富的天然气水合物资源。

2002年,日本在加拿大麦肯齐永久冻土带采用注热开采法,获得世界首次成功,得到甲烷470立方米。2007年,在加拿大麦肯齐永久冻土带首次采用减压法,成功开采出泥砂层中的甲烷,生产出的甲烷附带砂子,堵塞了生产泵,该试验只持续了12.5个小时,获得甲烷830立方米。2008年3月,对出砂现象采取特殊对策,第二次用减压法进行开采试验,连续生产了6天,累计产量13000立方米,在世界上首创减压法连续生产的成功纪录。

2013年3月12日~18日,日本在南海海槽进行了天然气水合物试采,首次在海域水合物中开采出甲烷,6天累计产量11.9万立方米,在世界上首次从海域天然气水合物藏中分离出甲烷气体,为人类利用这一新能源带来了新的曙光,再次加剧了世界各国对这种新型资源的勘探开发步伐。

2014年,日本在上越海域、日高海域等4个海域发现了746处天然气水合物矿点,加上2013年确定的上越海域和石川县能登半岛2个海域,有225处可能含有天然气水合物,日本掌握的天然气水合物矿点达到971处。

面临挑战

开采天然气水合物面临三大挑战:经济性:如果要实现天然气水合物的商业生产,进一步降低成本,提高生产效率是必须要实现的条件之一。环境问题:天然气水合物的开采会带来一些环境问题,例如二氧化碳的排放、甲烷气体的泄漏等。地质灾害问题:在大规模生产过程中,要避免产生地质灾害问题。

虽然日本的天然气水合物研究进展备受世界瞩目,被赋予的期望也很高,但要实现“美国页岩气革命”那样的影响还需时日。现在日本正在推行的2001年~2018年《日本天然气水合物的开发计划》的最终目标也只是为天然气水合物的商业生产做好技术准备。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

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