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厲害了,我的國!我國全球首次海域試開采可燃冰成功
[來源:本站 | 作者: | 日期:2017年5月19日 | 瀏覽1255 次] 字體:[ ]

出品:科普中國

制作:中國地質圖書館(中國地質調查局科普辦公室)徐夢華 劉瀾 章茵

監制:中國科學院計算機網絡信息中心

國土資源部中國地質調查局今天(5月18日)在南海宣布,我國正在南海北部神狐海域進行的可燃冰試采獲得成功,這也標志著我國成為全球第一個實現了在海域可燃冰試開采中獲得連續穩定產氣的國家。隨后,新華社受權發布了《中共中央國務院對海域天然氣水合物試采成功的賀電》。

此次可燃冰試采成功使我國勘察和開采的核心技術得到驗證,也標志著中國在這領域的綜合實力達到世界頂尖水平。

可燃冰身為何物

20世紀30年代,天然氣作為一種燃料開始被廣泛使用,人們鋪設了輸氣管道,但管道經常被奇怪的“冰塊”堵塞,科學家為了解決這一難題,對這些“冰塊”的結構和成份進行了分析,在1934年,由前蘇聯科學家發現這些冰塊是天然氣和水混合而成的,并稱之為天然氣水合物,就這樣,可燃冰被人們意外地發現了。

可燃冰是由天然氣和水在高壓低溫狀態下形成的固體結晶物質,學名是天然氣水合物,英文名為Natural Gas Hydrate,簡稱Gas Hydrate。其化學方程式為CH4·8H2O,外貌多為白色、淡黃色、琥珀色和暗褐色。純凈的天然氣水合物呈白色,形似冰雪,能被直接點燃,故形象地稱之為“可燃冰”。純凈的天然氣水合物呈白色,形似冰雪,能被直接點燃,故形象地稱之為“可燃冰”。

其分子結構非常復雜,但這其中超過99%的都是甲烷分子,因而易被點燃,也可以說可燃冰就像一個天然氣的壓縮包,包含數量巨大的天然氣。據理論計算,1立方米的可燃冰可釋放出164立方米的甲烷氣和0.8立方米的水。而且燃燒后僅會生成少量的二氧化碳和水,不會像煤炭和石油產品燃燒時釋放出粉塵、硫化物、氮氧化物等環境污染物,所以被譽為21世紀最理想的清潔能源。

籠狀結構

可燃冰身在何處

可燃冰的形成必須具備四個條件。一是溫度,生成可燃冰的溫度不能太高,也不能太低,適宜溫度是0—10℃之間,最高限是20℃。二是壓力,形成可燃冰需要足夠的壓力,但也不能太大,在零度時,30個大氣壓以上就可。三是氣源,“巧婦難為無米之炊”,豐富的天然氣是可燃冰的重要組成部分。四是適量的水,這也是形成可燃冰不可或缺的成分。四個條件缺一不可。

可燃冰在陸域和海域均有分布,而海底可燃冰的分布范圍要比陸地大很多,據科學家大致估計,可燃冰分布的陸海比例為1:100,大約27%的陸地,包括極地冰川凍土帶和冰雪高山凍結巖,以及90%的大洋水域是可燃冰的潛在區。陸地可燃冰分布較少是因為除了永久凍土層,其他地方很少像海底一樣具備可燃冰形成的條件,而在海底300-500米的沉積物中都可能具備。

可燃冰發展歷程

我國海域可燃冰探尋闊步向前

目前,國際上確定天然氣水合物的技術手段第一種是通過對地球物理資料的解釋確定,如獲得地震擬海底反射(BSR)標志,BSR是一種聲反射面,指的是含氣水合物的沉積物和其下伏不含氣水合物之間的聲反射界面,而在海洋環境中氣水合物是穩定的,所以分析這種反射界面是判斷是否存在天然氣水合物的一個重要標志。第二種標志是典型的海底甲烷滲漏(即冷泉)反射特征,由于天然氣水合物的主要成分就是甲烷,所以在海底監測到大量甲烷氣體滲漏也是判斷天然氣水合物存在的重要標志。

1999年,廣州海洋局派出“奮斗五號”船實施了首次針對水合物的高分辨多道地震調查,由此掀開了我國海域水合物調查的序幕。通過調查,在南海北部陸坡西沙海域首次發現了水合物存在的重要標志——似海底反射(BSR)。成果報送國務院后,時任國務院副總理溫家寶批示“在南海發現天然氣水合物存在的似海底反射波,意味著這類新資源在我國零的突破(2000年)”。我國于2002年正式批準設立天然氣水合物資源勘查專項。從此,我國正式踏上了大規模、多學科、多手段開展天然氣水合物資源調查的艱辛歷程。

2002-2015年間,我國相繼在南海北部陸坡的西沙、東沙、神狐和瓊東南海域開展了天然氣水合物資源調查及研究工作,并取得了一系列勘探成果和理論突破。

2007年4-6月,廣州海洋地質調查局首次在南海北部神狐海域成功實施8個站位鉆探,其中3個站位獲得了天然氣水合物實物樣品,所獲得的樣品甲烷含量高達99.7%以上,點火即可燃燒。這一發現是我國首次在南海海域獲取天然氣水合物實物樣品,證實了南海存在良好的水合物資源前景。

這是一次戰略性的突破,使我國成為繼美國、日本、印度之后第4個通過國家級研發計劃在海底鉆探獲得天然氣水合物實物樣品的國家,也意味著我國海域天然氣水合物資源調查正式躋身國際水合物勘探的先進行列。

2013年6月1日~9月8日,廣州海洋地質調查局在珠江口盆地實施了第二次天然氣水合物鉆探。此次鉆獲了大量高純度的新類型天然氣水合物實物樣品,樣品中甲烷含量最高達到99%,呈塊狀、脈狀、分散狀等多種類型,主要賦存于水深600-1100米的海底以下220米以內的兩個礦層中,具有埋藏淺、厚度大、類型多、含礦率高、甲烷純度高等五大特點,在國際上罕見。該發現首次在我國南海獲取了可視的塊狀天然氣水合物實物樣品。這一新發現,填補了我國海域可視水合物的空白,極大地豐富了我國海域水合物的賦存類型,是繼2007年鉆探航次后發現的新的水合物賦存類型,具有重大勘探實踐意義和重要的科學研究價值,是我國海域水合物資源調查勘探一個里程碑式的重大突破。

2015年6月~9月,廣州海洋地質調查局再次在神狐海域實施23口天然氣水合物鉆探井,這次的命中率達到了100%,23口井全部發現天然氣水合物,水合物礦體厚度大、儲量大,呈高飽和度特征。鉆井控制礦藏面積128平方千米,控制資源量超過1500億立方米,圈出10個規模較大的礦體,其中通過鉆探取芯落實的2個大型礦體,此次鉆探還首次發現Ⅱ型天然氣水合物,與深部油氣密切相關,對指導油氣勘探具有重要意義。這次鉆探為海域天然氣水合物實驗性開采提供了重要參考靶區,標志著我國海域天然氣水合物資源調查已達到世界先進水平。

同年,廣州海洋地質調查局利用地球物理資料在神狐鄰近海域發現了典型的海底甲烷滲漏(即冷泉)反射特征,繼而利用我國自主研發的“海馬號”水下機器人(ROV)進行海底觀測和實時甲烷測定,發現了大量化能自養的冷泉生物——菌席、貽貝類、管狀蠕蟲、蟹等組成的大型冷泉生態系統和大量沉淀于高堿度環境的冷泉碳酸鹽巖,證實了巨型冷泉群——海馬冷泉區的存在。同時,在海馬冷泉區進行了目標精準的大型重力活塞取樣,直接在海底淺表層采獲滲漏型天然氣水合物實物樣品。海底觀測和取樣的結果驗證了前期勘查研究中對海底滲漏型水合物分布預測的正確性,在南海海域水合物資源富集規律及與冷泉有關的海底生態系統認識上取得新突破,對后續鉆探部署具有重要的指導意義。

2017年5月18日,我國南海神狐海域天然氣水合物試采實現連續超過7天的穩定產氣,取得天然氣水合物試開采的歷史性突破。

試采成功

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