2017年10月23日 星期一
中国矿业报订阅

冰中之火 魅力无限

——关于天然气水合物的那些事儿

2017-5-25 19:36:47 来源:中国矿业报

编者按:5月10日起,中国地质调查局从我国南海神狐海域水深1266米海底以下203~277米的天然气水合物矿藏开采出天然气。经试气点火,实现连续产气,最高产量3.5万立方米/天,平均日产超1.6万立方米,累计产气超12万立方米,天然气产量稳定,甲烷含量最高达99.5%,实现了预定目标。这是我国首次、也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。这次试采成功,为实现天然气水合物商业性开发利用提供了技术储备、积累了宝贵经验,打破了我国在能源勘查开发领域长期跟跑的局面,取得了理论、技术、工程和装备的完全自主创新,实现了在这一领域由“跟跑”到“领跑”的历史性跨越,对保障国家能源安全、推动绿色发展、建设海洋强国具有重要而深远的意义。今天,我们就来聊聊有关可燃冰的那些事儿。

A.可燃冰的发现之旅

冰生历程:上世纪30年代,为了输送天然气,人们铺设了输气管道,但一些输气管道经常被奇怪的“冰块”堵塞,为了解决这个难题,科学家对这些“冰块”的结构和成份进行了分析,1934年,美国科学家发现这些冰块是天然气和水混合而成的,称天然气水合物,就这样可燃冰被人们意外地发现了。

油气管道里的可燃冰:本来水和气是不相溶的,但在管道里100个左右的大气压和小于10摄氏度的低温把水和天然气生挤在一起。其实早在1810年,英国科学家汉佛莱.戴维(Sir Humphry Davy )在实验室合成了气体水合物,但却没引起重视,人类舍近求难,轰轰烈烈地开始了一个世纪寻找和争夺石油的大战。然而,1965年,也就是人类在石油供应逐渐陷入枯竭的时候,前苏联科学家Makogon等人在西伯利亚的永久冻土带上发现了天然气水合物的矿藏,这次人类是真的重视了,因此这一发现证实了天然气水合物在自然界确有存在。

全球天然气水合物分布图(截至2012年)

B.可燃冰分布在哪里?

可燃冰在陆域和海域均有分布,而海底可燃冰的分布范围要比陆地大很多,据科学家大致估计,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结岩,以及90%的大洋水域是可燃冰的潜在区。陆地可燃冰分布较少是因为除了永久冻土层,其他地方很少像海底一样具备可燃冰形成的条件,而在海底300-500米的沉积物中都可能具备。

已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基和海沟中。主要分布区域如下:

(1)西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、日本四国海槽、日本南海海槽、印尼苏拉威西海、澳大利亚西北海域及新西兰北岛外海;

(2)东太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亚-俄勒冈滨外、秘鲁海槽;

(3)大西洋海域的美国东海岸外布莱克海脊、墨西哥湾、加勒比海、南美东海岸外陆缘、非洲西海岸海域;

(4)印度洋的阿曼海湾;

(5)深水湖泊,如内陆的里海和黑海;

(6)极地地区,如北极的巴伦支海和波弗特海,南极的罗斯海和威德尔海;

(7)大陆永久冻土带地区,如俄罗斯的西伯利亚,中国青藏高原等。

地震模拟海底反射(BSR)

据最新资料,迄今在全球116个地区发现了天然气水合物。其中,陆地38处(永久冻土带)、海洋78处:含美国12处;日本12处;俄罗斯8处;加拿大5处;挪威、中国、墨西哥各3处;秘鲁、智利、巴拿马、阿根廷、印度、澳大利亚、新西兰、哥伦比亚各2处;巴西、巴巴多斯、尼加拉瓜、危地马拉、委内瑞拉、哥斯达黎加、乌克兰、巴基斯坦、阿曼、南非、韩国各1处;南极永冻带5处。这些发现大多数是通过对地球物理资料的解释确定的(如获得地震拟海底反射(BSR)标志),主要是由国际大洋钻探(ODP)和国际深海钻探(DSOP)的成果予以证实的。其中15处通过钻井取样确认;8处通过钻井测井发现;8处应用活塞取心和重力取心器发现。

C.可燃冰的储量

目前在世界海底发现近60种的天然气水合物产地,主要是大西洋东岸,太平洋东岸、西岸。如美国东部的布莱克海台面积2.4万平方千米,其可蕴藏量70万亿立方米,按美国目前年消耗量计算能够满足未来100年的需要,不仅如此,能量密度高得惊人,是常规天然气的2—5倍,是煤的10倍,1个单位体积分解后可释放164个单位体积的甲烷气体。

海底甲烷渗漏(即冷泉)

根据天然气水合物的成矿理论分析,对我国的南海陆坡、东海陆坡均有天然气水合物的地质构造条件。据初步测算,我国仅南海发现的可燃冰带能源总量相当于全国石油总量的一半。

我国是世界上第一个在中低纬度冻土区发现可燃冰的国家,也是可燃冰资源储量最多的国家之一。据专家预测,我国南海西沙海槽、台湾西南陆坡等海底可能存在大量可燃冰资源,储量为803.44亿吨油当量,接近于我国已知的常规石油资源量,约是我国常规天然气资源的两倍,可以满足我国今后数百年的需求。同时据国土资源部专家估计,我国陆域可燃冰远景资源量至少有350亿吨油当量,可供我国使用近90年。

D.可燃冰的存在条件

可燃冰的形成必须具备四个条件,而且这四个条件缺一不可:

一是温度,生成可燃冰的温度不能太高,也不能太低,适宜温度是0-10℃之间,最高限是20℃;

二是压力,形成可燃冰需要足够的压力,但也不能太大, 在零度时,30个大气压以上就可;

三是气源,“巧妇难为无米之炊”,丰富的天然气是可燃冰的重要组成部分;

四是适量的水,这也是形成可燃冰不可或缺的成分。

E.如何寻找可燃冰?

目前,国际上确定天然气水合物的技术手段主要一是通过对地球物理资料的解释确定,如获得地震模拟海底反射(BSR)标志,BSR是一种声反射面,指的是含气水合物的沉积物和其下伏不含气水合物之间的声反射界面,而在海洋环境中气水合物是稳定的,所以分析这种反射界面是判断是否存在天然气水合物的一个重要标志。

第二种标志是典型的海底甲烷渗漏(即冷泉)反射特征,由于天然气水合物的主要成分就是甲烷,所以在海底监测到大量甲烷气体渗漏也是判断天然气水合物存在的重要标志。

矿业报官方微博

返回新闻