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青藏陆域“可燃冰”:期待国家层面的推进

2011年01月20日09:16    来源:《经济参考报》     留言 0 条     手机看新闻

  
青藏高原多年冻土区是天然气水合物重要资源远景区。新华社发


  天然气水合物具有污染小、储量大、分布广、能量密度高等独特的资源优势,被誉为未来的战略接替能源,引起了世界各国的高度重视。虽然我国已分别在南海和青藏高原多年冻土区钻获了天然气水合物实物样品,但与天然气水合物开发研究强国相比技术差距仍然很大。由于陆域天然气水合物比海域天然气水合物勘查成本低、开采安全系数高、开采对生态环境影响小,因此当前我国应选择青藏高原多年冻土区重点部署天然气水合物的开发研究,并采取制定国家规划、加大投入力度、建立研发基地等措施加强其开发研究。

  天然气水合物:吸引全球目光

  俄美加日处于开发研究前沿

  1965年,在俄罗斯西伯利亚多年冻土区麦索雅哈气田首次发现天然气水合物。1972—1974年,美国、加拿大也分别在阿拉斯加、麦肯齐三角洲冻土带的油气田区发现大规模的水合物矿藏。1979年,国际深海钻探计划(D SD P)第66、67航次在中美洲海槽危地马拉的钻孔岩芯中首次发现了海底天然气水合物。20世纪90年代以来,随着对天然气水合物的资源前景和环境效应的逐步认识,美国、日本、俄罗斯、加拿大等国都把天然气水合物的勘查、开发作为国家资源产业计划的一部分,目前均已取得重大发现。印度、韩国也把天然气水合物资源的勘查提到国家战略计划中。

  目前,世界上至少已有30多个国家和地区开展了天然气水合物的研究与勘查评价工作,在世界各地发现多处海域和陆域天然气水合物矿藏。由于天然气水合物巨大的开采难度,目前实际开展试开采的只有俄罗斯西伯利亚麦索雅哈、美国阿拉斯加北坡和加拿大麦肯齐三角洲三个极地冻土区矿藏,尚无真正商业开采案例。此外,美国还在墨西哥湾成功进行了钻井实验。日本除参加加拿大麦肯齐三角洲多年冻土区天然气水合物试开采外,还成功进行了南海海槽的钻井实验。

  俄罗斯、美国、加拿大、日本等国处于天然气水合物开发研究前沿,基本完成第一阶段实验室模拟开采,进入第二阶段矿区试验开采研究阶段,美国和日本分别制定了2015年和2016年进行商业开采的时间表。

  迄今,世界上天然气水合物试开采最成功的案例当属俄罗斯西伯利亚麦索雅哈气田。该气田于1969年开始试开采天然气水合物,到1990年最终停产,目前已成功地半连续生产了17年,从麦索雅哈天然气田开采出的天然气中约36%(约51.7亿立方米)的气体产自于天然气水合物。俄罗斯麦索雅哈的开采实践表明,与常规天然气资源相比,无论是开采年限、布井密度,还是开采成本,天然气水合物均具极强的竞争力。

  战略意义抓牢各国眼球

  1998年5月,美国参议院能源委员会一致通过了1418号议案———“天然气水合物研究与资源开发计划”,将天然气水合物资源作为国家发展的战略能源列入长远计划,该议案批准天然气水合物资源研究开发年投入经费2000万美元,要求能源部制订统一的研究规划,组织国内科研单位进行联合研究,并于2015年实施商业性开采。

  1994年,日本成立天然气水合物开发促进委员会,先后启动了“天然气水合物研究及开发推进初步计划”和“开发利用天然气水合物”国家计划。由日本通产省协调,日本地质调查局加上10家石油公司共同组织进行早期调查勘探、钻探,其研究开发国家五年计划投入经费6400万美元。

  韩国在郁龙盆地局部地区完成了天然气水合物地球物理调查后,商业、工业和能源部制定了天然气水合物长期规划蓝图,从2000年开始,韩国稳定地执行该规划调查和研究三阶段第一阶段五年计划的年度任务。印度对天然气水合物的投入相当于9000万元人民币/年,目前分别在其东、西部近海的孟加拉湾与阿拉伯海开展了天然气水合物调查研究工作。尽管没有天然气水合物资源,但德国投入9000万马克设立了国家天然气水合物调查研究专项,组织实施了德、美、加、俄四国合作项目,德国“太阳号”科学调查船的活动和成果在全球最为引人注目。

  中国的起步与差距

  中国天然气水合物研究工作始于20世纪90年代初,比美国、俄罗斯、加拿大、日本、德国等发达国家晚了近20年。1998年,国土资源部把天然气水合物勘探目标锁定在南海北部陆坡。1999年,南海首次发现天然气水合物存在的各项重要标志,初步确认天然气水合物的存在。2002年起,由中国地质调查局主持的国家专项,开展了中国海域天然气水合物调查。2007年5月,中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品,从而成为继美国、日本、印度之后第四个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。2009年9月,中国又在青藏高原多年冻土区获得天然气水合物实物样品,由此成为世界上首次在中低纬度地区发现天然气水合物的国家。

  中国天然气水合物资源勘查已经形成由国家调查专项、国家“863”计划项目、“973”项目及三大石油公司的勘查项目组成的立体、多层次的勘查投入体系。

  目前,中国对天然气水合物的研究还处在调查评价前期阶段,开采研究刚刚起步,尚未开展试开采研究。虽已初步掌握其研究方法,并取得一些重要进展,但与发达国家相比,中国天然气水合物研究在实验室模拟、基础理论、调查评价研究、钻探技术和钻探装备、实验区选择、工业化开采和新技术开发等多方面还有很大差距。

  青藏高原天然气水合物开发:期待企业成为创新主体

  制定开发研究的国家规划

  在全球能源竞争日趋激烈的格局下,天然气水合物的开发利用已经成为各国能源科学实验和技术创新的重要战场,更是各国竞相攻关的战略制高点。历史表明,任何一个世界大国发展能源、推进能源转型都必须对天然气水合物有国家层面的战略部署和长期安排,美国和日本就是通过国家规划的实施使其天然气水合物研究水平走到了世界的前列。

  尽管中国天然气水合物的研究已经得到了科技部、中国地质调查局、国家自然科学基金委员会等部委的广泛 关 注 , 并 通 过 国 家 调 查 专 项 、“863”计划、“973”计划、自然科学基金等进行支持或资助,但目前,中国还没有一个全面的天然气水合物产业的国家级综合规划,这就导致各部委之间、各科技计划之间缺乏有效的沟通协调机制,资助渠道各自为战的结果使中国天然气水合物的研究缺乏系统性、资源配置无法达到最优化,制约了中国天然气水合物开发利用的进程。

  因此,在后续的天然气水合物资源勘查评价和商业性开发研究方面,亟须从国家战略层面制定中国青藏高原多年冻土区天然气水合物开发研究的国家规划,发挥国家集中力量办大事的优势,统筹谋划、系统布局青藏高原多年冻土区天然气水合物的开发研究,尽早制定中国青藏高原多年冻土区天然气水合物试验性开采和商业开采的时间表。应借鉴国外经验,在国家规划的指引下,走联合攻关、协同作战之路,采取新型举国体制,设立科技重大专项,合理有序地推进青藏高原多年冻土区天然气水合物的开发研究。

  加大开发研究投入力度

  国外天然气水合物开发利用的经验表明,天然气水合物的开发利用是一项长期的科技攻关,必须保证足够多的经费投入和足够长的科研周期才能成功。

  目前,中国天然气水合物的研究在国家调查专项、“863”计划、“973”计划、自然科学基金等项目的支持下已经开展了卓有成效的工作,但经费投入力度与天然气水合物开发强国相比仍存在很大差距。

  要在青藏高原天然气水合物开发研究国家规划框架下,成立专门基金用以加大中国天然气水合物开发研究投入力度,充分发挥财政资金引导作用,采取税收优惠等手段吸引民间资本和社会企业向天然气水合物研究投资。推进中国各主要能源企业开展天然气水合物的商业研究,使企业成为青藏高原天然气水合物开发研究的创新主体。

  建立国家级研发基地

  目前,中国天然气水合物研究通过分散在全国各地的研究力量进行,数据、样品、研究成果难以共享,增加了各自研究的难度并造成研究工作的重复和低效。另外,天然气水合物开发研究是一个庞大的系统工程,涉及工程热物理、化工、化学、物理、地质、地球物理、环境等多门学科,需要不同学术背景的科研人员、技术人员和管理人员协同作战。

  青海省具有得天独厚的地理和区位优势,可以依托中国科学院、中国地质科学院、大学和企业的研究力量,在西宁组建青藏高原多年冻土区天然气水合物国家实验室,作为长期进行天然气水合物开发利用的研发基地。以“小核心、大网络”的组织形式,整合全国现有研发资源,汇聚全国天然气水合物研究的优秀人才,优势互补、资源共享,尽快完成天然气水合物勘探、开采、环境评价等工作的基础研究和应用基础研究,为以后商业开采奠定坚实基础。同时,在国家实验室框架下,培养一支国家级、具有国际竞争力的天然气水合物研究队伍,全面提高中国天然气水合物开发利用自主创新能力,保障中国后续能源的安全供给。

  天然气水合物:未来的战略接替能源

  天然气水合物(N aturalG asH ydrate)是由天然气(主要成分为甲烷)与水在高压、低温条件下形成的冰状固体物质,可以像固体酒精一样直接被点燃,因此又被形象地称为“可燃冰”。

  联合国政府间气候变化专门委员会的报告认为,天然气水合物可能的资源量约为地球上其他所有化石能源资源量总和的两倍,预计可开发部分也与油气资源总量相当。国际科学界普遍认为,天然气水合物是世界尚未开发的已知的最大的化石能源。

  污染小。天然气水合物是天然气和水组成的笼形包合物,释放的天然气中的甲烷纯度高,有害气体少,燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物,污染比煤、石油要小得多,是公认的人类21世纪可接替利用的新型洁净能源。

  储量大。许多研究者对全球天然气水合物中的甲烷蕴藏量进行了估计,据比较权威的陆上估计值和海底估计值,储量相当于在标准状态下,大约40米厚的甲烷气覆盖在整个地球表面,其资源量至少相当于迄今为止地球上所发现的全部煤炭、石油、天然气资源量总和的两倍。

  分布广。天然气水合物广泛存在于水深大于300米的海底沉积物和陆地多年冻土区中,大约27%的陆地(极地冻土区和高山冻土区)和90%的大洋水域是其潜在资源分布区,世界上已有79个国家和地区发现了天然气水合物气藏。

  能量密度高。从能源角度讲,天然气水合物可视为被高度压缩的非常规天然气资源。据估算,一立方米天然气水合物可以释放出160立方米的天然气,其能量密度是其它非传统能源的10倍,是常规天然气能量密度的二到五倍。

  天然气水合物的独特资源优势使得“谁掌握了天然气水合物,谁就主导了下一代全球能源”的论断成为共识,它将改变人类的能源信念,并将彻底改变世界各国的能源架构和全球竞争力。

  但天然气水合物的开发也有潜在风险,稍有不慎就可能给人类带来严重的环境灾难。天然气水合物具高能量密度,开采不当会导致大量甲烷气体的瞬间释放,引发海底滑坡、塌陷、海啸等地质灾害。此外,天然气水合物中绝大部分是甲烷这种反应快速、温室效应比二氧化碳强20倍的气体,如果开采时甲烷气体大量泄漏,造成的温室效应将灾难性地威胁人类生存环境。

  中国天然气水合物开发研究的战略选择

  不断加大的石油和煤炭对外依存度对中国能源安全提出了严峻的挑战,加强我国天然气水合物的开发研究迫在眉睫。

  青藏高原的诱惑

  现有经验证明,天然气水合物的勘探开发利用首先最有可能在陆地冻土区突破,然后再借鉴到海底勘探开发上。陆上多年冻土区中的天然气水合物勘查成本低、开采安全系数高,开采对生态环境影响小,被誉为海底天然气水合物开发利用的天然试验场。因此,陆域多年冻土区天然气水合物的开采较海域天然气水合物的开采便利,是天然气水合物开发研究的首选之地。

  中国是世界第三大冻土大国,青藏高原和大兴安岭地区存在着大片冻土区,多年冻土面积达215万平方公里,占国土总面积的22.4%。青藏高原多年冻土区是世界中低纬度区海拔最高、面积最大的冻土区,也是典型的高山冻土区,平均海拔高达4000米,面积达150万平方公里,约占全国冻土面积的70%,多年冻土区面积占世界多年冻土面积的7%,是天然气水合物一个重要的资源远景区。2009年9月25日,中国在青藏高原多年冻土区发现并成功钻探获取到“可燃冰”实物样品,这是世界上第一次在中低纬度冻土区发现天然气水合物。科学家粗略估算,其远景资源量至少有350亿吨油当量。

  伴随青藏铁路的全线贯通和商业运行,中国已经掌握大量多年冻土区的地质数据、气候数据,并有较好的施工基础和较为便利的交通,使青藏高原多年冻土区天然气水合物开发具有较强比较优势。

  当前,中国应选择青藏高原多年冻土区重点部署天然气水合物的开发研究,先从多年冻土区天然气水合物的开发研究入手,实施开采实验,同时积累开采经验和开采技术,成熟之后,再转向海域天然气水合物的开发利用。

  尽快探明资源储量

  目前,中国青藏高原多年冻土区天然气水合物的调查研究工作还显不足,对整个青藏高原多年冻土区天然气水合物的可能分布状况和资源潜力不够清楚。因此,准确评价青藏高原多年冻土区天然气水合物的储量分布十分必要。

  现在,世界上多年冻土区天然气水合物的开发研究主要集中在俄罗斯西伯利亚、美国阿拉斯加以及加拿大麦肯齐三角洲,这些地区的地理位置都在北极圈附近,属于极地多年冻土区。中国青藏高原多年冻土区都分布在中纬度地带,与极地多年冻土区的状态不完全相同,由此可能引起天然气水合物赋存条件和基本特征的差异,需要在借鉴国外经验的同时充分考虑我国青藏高原的特殊性。

  严酷的自然地理和气候条件阻碍了地质工作的进展,使青藏高原成为中国地质矿产调查程度最低的地区之一,基础地质数据缺乏,某些地区至今仍是地质矿产工作的空白区。尽管已在青藏高原冻土区开展了冻土、区域地质、油气资源等相关调查研究,但因地理条件限制,工作程度较低,且多集中在青藏铁路沿线,对冻土区腹地鲜有涉及。对天然气水合物,目前的工作集中在成矿条件研究,调查工作相对较少。

  鉴于青藏高原多年冻土区薄弱的地质工作基础,当前应首先开展实际地质、地球物理、地球化学、钻探调查,开展多年冻土区多孔介质体系中天然气水合物的成藏机理、多年冻土和天然气水合物的地球物理和地球化学等识别方法和技术、勘查技术方法和方案研究,力争在最短的时间内探明青藏高原天然气水合物的资源储量状况。

  创新自主开采技术

  开采天然气水合物是一柄“双刃剑”,在获得宝贵资源的同时,也可能给人类带来严重的环境灾难。世界各国的经验表明,天然气水合物开采过程中的最大难题就是保证井底稳定,防止因瞬间压力释放引发滑塌等地质灾害,同时更要防止所含甲烷气体释放加剧全球“温室效应”。因此,经济、高效、安全和可靠的开采技术成为实现天然气水合物开发利用的决定性因素。

  目前,已经提出的天然气水合物开采方法主要有热解法、减压法、化学试剂法、二氧化碳置换法和固体开采法等,从技术角度看,天然气水合物开采已具可行性,但迄今仍然没有真正实现经济、高效、安全、可靠的开采方法。因而,如何对现有的开采技术进行完善并开发新技术,寻找较为理想的开采方法将是一个非常重要的任务。

  面对各国对天然气水合物开采技术的严格封锁,中国在最大限度地加强国际合作,充分吸收借鉴国际上天然气水合物特别是冻土区天然气水合物开采经验的同时,更要立足自主创新,积极开发具有自主知识产权的开采技术,保持在未来能源格局中的战略地位。

  兼顾相关的新技术

  以气体水合物的形式储运气体是一项新兴技术,指在一定的压力和温度条件下,将气体和水进行水合反应,固化成水合物后进行储运的方法,包括气体水合物的生产、储运和分解气化过程。

  由于水合物法气体储运方式储气量高、成本较低、安全性好,必将产生巨大的经济和社会效益,可望对经济地解决西气东输问题提供支撑。水合物法气体分离技术是利用易生成水合物的气体组分发生相态转移,实现混合气体的分离,具有方法简单,操作条件低等特点,可用于电力、石化、钢铁等二氧化碳高排放工业中新型二氧化碳分离方法,并将二氧化碳分注入海洋中天然气水合物储层,不仅封存二氧化碳,同时置换开采天然气水合物,被认为是二氧化碳永久封存的很好选择。
(责任编辑:李彤)
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