可燃冰的分布特点及开发现状

可燃冰的分布特点及开发现状

作为燃料能源能源冰的学名是天然气水合物。主要成分是甲烷、气冰或固体气泡，即白色或平坦的结晶。作为燃料能源,可燃冰清洁无污染,燃烧放热量大,1m3可燃冰相当于164m3的天然气燃烧释放的热量。可燃冰分布广储量大,可作为石油及天然气等的替代能源。可燃冰分子中,甲烷分子与水分子间通过范德瓦耳斯力形成稳定结构(见图1),在点燃条件下甲烷分子被释放。1全球可燃冰资源概况可燃冰的形成条件较苛刻,温度要求在0～10℃,20℃以上易分解;压力要求在10MPa以上,但不能太高;0℃时,需要30个大气压才能生成;地底要有气源。可燃冰全球远景总资源量约10万亿t油当量,相当于全球已知煤、石油和天然气储量的2倍,可供人类使用6.4万年。可燃冰海底分布相当于4000万平方公里,足够人类使用1000年。可燃冰主要分布在北半球的东、西太平洋和大西洋西部边缘(水深300～4000m)海底处及其下约650m沉积层内,以及大洋水深100～250m以下的极地海陆架和高纬度陆地永久冻土区。20世纪后期,发达国家加快了勘探和研究开发。目前全世界确认了200多处可燃冰成矿区。1995年美国在东部布莱克海台发现储量180亿t油当量,可供使用105年。2009年,在墨西哥湾中部的WalkerRidge、GreenCanyon地区发现天然气水合物砂岩储集层。2008年,英国挪威斯瓦尔巴群岛西部海床、俄罗斯西伯利亚沿海大陆架底部都有水合物融气化现象。日本已圈定12块矿区,钻了7口探井。其中静冈县御前崎岖近海约7.4亿m3,可供全国使用140年,在南海海槽的深海沟又发现可燃冰矿藏,2009年4月成立天然气水合物实验室。韩国于2007年6月在其东海海底发现近6亿t油当量可燃冰,并进行了取样。印度投入5600万美元于2005年在印度洋成功取样,在克里希纳戈达瓦里海底盆地勘测到储量巨大的天然气水合物资源。2中国专家对可燃冰资源开发研究1999年开始,根据可燃冰形成的温压条件、甲烷气源条件、构造和沉积条件,中国对可燃冰进行了调查和研究。2008年中国专家预测,可燃冰远景资源量2000亿t油当量以上。其中南海海域储量约700亿t油当量,青藏高原和黑龙江省冻土区储量约为1400多亿t油当量。2.1区域分布及可燃冰地层及天然气资料研究南海北部坡陆(水深550～600m)可燃冰储量约185亿t油当量,相当于南海深水勘探已探明的油气地质储备的6倍。其中东沙群岛以东,海底坡陆430万平方公里的天然气水合物“冷泉”巨型碳酸盐岩喷溢区——九龙甲烷礁,目前为世界最大“冷泉”湓溢区。西沙海槽圈定的可燃冰区域分布面积为5242平方公里,储量约4.1亿m3。东海冲绳海槽附近、东海盆地、南沙海槽已发现可燃冰存在的证据;东沙群岛西南部、黄海的大陆架及其深海可能存在可燃冰,目前正在研究中。中国冻土区总面积215万平方公里,天然气水合物形成及储存前景广阔。2009年专家估计,青藏高原可燃冰远景储量350亿t油当量。其中青藏高原五道梁多年冻土区(海拔4700m)远景储量可供应90年。青海省祁连山南缘天俊县木里地区(海拔4062m)储量占陆域总储量的1/4。东北黑龙江省漠河盆地,西藏风火山、乌丽地区,青藏高原羌塘盆地等都在进一步探测研究。2.2中国可燃冰的开发与发展中国着手天然气水合物勘察研究较发达国家晚了近20年,目前仍有5～7年的技术差距。表1为中国可燃冰开发历程。2.3可燃冰火炬分解目前中国从事可燃冰研发单位主要有中国海洋石油总公司、石油大学、中科院广州天然气水合物研究中心、青岛能源所和北京地质地球物理研究所等。主要勘探方法有地震勘探法、地球化学法及地质勘探法,勘探方法日趋成熟。主要开采方法有3种:一是热激化法,即利用可燃冰加热时分解出甲烷气体的原理。二是降压法,专家提出将核废料埋入地底,利用核辐射效应使其分解出甲烷气体。三是注入剂法,向可燃冰层注入盐水、甲醇、乙醇等,破坏原平衡促使其分解。新型方法有二氧化碳置换开采法和固体开采法。二氧化碳置换法能把大量CO2送入深海,有助于减缓全球气候变暖。国外学者们专门采用数值方法研究CO2地质封存技术,辅助分析可燃冰的动力学特性、稳定性等,并对该方法的使用地域性进行了分析。目前开采方法技术复杂,速度慢,费用高,而且海洋中水合物的压力较高,实现管道合理布设、天然气的高效收集较困难。开采过程中保证海底稳定、使甲烷气体不泄露是关键,日本对此提出了“分子控制”方案,美国在2005年成功模拟生产海底可燃冰,目前各国尚无成熟的大规模商业开采方法。3可燃冰的应用前景(1)开发可燃冰的前景中国从1993年开始变为原油进口国,预计2020年原油进口将达2亿t,因此开发可燃冰迫在眉睫。目前已有30多个国家和地区正在勘测和试开采,预计2015年以后部分地区可能实现大规模的商业开采。中国可燃冰储量巨大,尽早实现其储量勘察及商业开采对于缓解能源危机具有重要意义。(2)天然气开采计划巨大经济社会效益和严重的资源短缺激发人们对可燃冰的强烈征服渴望,但开采输送设备投入资金是巨大的,目前中国南海开采费用达200美元/m3,折合成天然气达1美元/m3,而天然气本身开采只有1元/m3,因此计划由政府、企业及科研单位联合开发。专家建议先到青藏高原冻土区试验开采,青海省木里地区可燃冰冻土层80～120m,埋藏冰段130～300m,资源储量大,开采技术难度及成本会较低。专家提醒,青藏高原开采需要考虑其对周围环境影响。4人类对生物的追求将影响人类的生存可燃冰的开采也有负面影响。首先可能会加快温室效应,甲烷造成温室效应的能力是二氧化碳的26倍,海底可燃冰中甲烷含量为大气中的3000倍。可燃冰对温度和压力很敏感,输送过程中稍有不慎易使甲烷气体逸散到大气中加速温室效应,由此造成的异常气候和两极冰川融化将使海面上升,严重威胁地球上生物的生存。此外陆地和极地冻土带,输送过程中环境温压变化将引起的管道堵塞,将影响整个采气、输气流程。海域方面,脆弱的海洋生态系统中,机械钻探或化学试剂注入海底沉积物中,将改变其物理性质,使海底软化,出现大规模的海底滑坡,毁坏海底采气及输送设施。开采中产生的井喷,可能造成海啸、海底滑坡、海水毒化等后果。面对