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可燃冰,走在绿色开发的大路上

湖南省有色地质勘查局  时间:2017-06-06 【字体:

  62日,国土资源部召开南海神狐海域天然气水合物试采成功新闻发布会,介绍了我国海域天然气水合物试采最新进展及取得的重大成果,并回答了记者有关天然气水合物(俗称“可燃冰”)开发等问题。如何更好地开发天然气水合物这一新型能源,一直是社会关注的焦点——

  我国可燃冰试采获得圆满成功

  我国本次的试采作业区位于珠海市东南320千米的神狐海域,开采的是水深1266米海底以下203277米的天然气水合物矿藏。

  328日,第一口试采井开钻。从510日下午1452分点火成功至526日,试采井连续产气16天,平均日产超过1万立方米。到518日上午10时,连续产气近8天,平均日产超过1.6万立方米,超额完成“日产万方、持续一周”的预定目标。国土资源部部长姜大明在现场宣布我国海域天然气水合物首次试采成功,中共中央、国务院发来贺电。

  527日开始,按照施工方案开展温度、压力变化对储层、井底、井筒、气体流量等影响的科学测试研究工作。截至目前,已连续产气超过22天,平均日产8350立方米,气压气流稳定,井底状态良好。

  试采安全评估和环境监测结果显示,钻井作业安全,海底地层稳定,大气和海水甲烷含量无异常变化。

  20世纪80年代以来,一些国家有计划地实施深海可燃冰战略性绿色能源调查,发现海底可燃冰资源潜力极其巨大。2011年美国能源部国家能源实验室《天然气水合物能源资源潜力》研究报告发布,全球可燃冰资源量相当于20万亿吨油当量,是当前已发现的煤、石油、天然气等常规化石能源碳总量的两倍。目前,结合我国调查最新结果,估算我国海域可燃冰资源量达800亿吨油当量。

  为提前做好未来战略性资源开发利用的技术储备,2002年、2007年、2008年、2012年,美国、加拿大、日本等国家联合在加拿大的马更些三角洲、美国阿拉斯加等陆地冻土区进行可燃冰试采。

  日本在总结陆地可燃冰试采经验的基础上,于2013312日首次在其海域水深约1000米的海底进行可燃冰试采,利用深潜泵将井底从最初的13.5兆帕降低到4.5兆帕,致使可燃冰失压分解,在产生甲烷气体过程,由可燃冰分解水从储层中带出大量的砂子,堵塞了井壁网孔,迫使试采于318日终止,6天共产出天然气约12万立方米,平均日产天然气2万立方米;201754日,日本在其相同海域水深约1000米海底以下350米的含可燃冰储层,使用降压法和具有记忆功能的不锈钢防砂网(GeoFORM防砂系统)进行试采,又因出砂堵塞防砂系统于515日中止,共产出天然气约3.5万立方米。

  高度重视可燃冰开采的环境影响

  此前,一直有个别专家和学者以及社会各界的部分同志,对可燃冰可能引发重大环境恶变表示担忧。有的人认为,如果开采方法不当,或引起甲烷气体泄漏造成严重的温室效应,或导致海底大型塌陷、滑坡、崩塌等地质灾害,引发地震、海啸等灾害。还有人认为,全球变暖或海面下降,将引起可燃冰分解并释放大量甲烷气体,产生大气污染,加剧全球温室效应,甚至导致生物大灭绝。

  事实并非如此。

  通过海洋可燃冰试采案例,我们可进一步了解到,当钻头抵达赋存于水深1000米、1266米海底沉积物中的可燃冰时,井底大气压处于13~14个兆帕(130~140个大气压),需要采取深潜泵抽取降压技术,方可使可燃冰失压分解。而不是人们凭空想象的那样可燃冰一旦被钻探触及,立即引起降压分解甚至难于控制其流量。

  对于海底地层失衡出现塌陷等灾害,人们也不必过于担忧。其一,目前试采可燃冰的最大日产量仅3.5万立方米天然气,产气量很少,不会引起海底塌陷,滑坡、崩塌等地质灾害;其二,即使未来大规模开发,由于可燃冰储层厚度相对较小,产气周期长,海底地形变化的速度将非常缓慢,期间可通过填充二氧化碳气体,将其转化为二氧化碳水合物,从而占据可燃冰曾经赋存的空间,更好地维护海底沉积层的稳定。

  根据可燃冰地球化学调查结果,发现海底可燃冰受地质构造作用或深部热解气影响,导致温度升高时,出现可燃冰分解后天然气逃逸,主要呈现冷泉、泥火山、底劈构造等形式,但是在其逃逸过程中,会被与可燃冰有关的大量化学自养生物群落所吞噬,如细菌席、深海双壳类(包括贻贝、蛤类、管蠕虫、冰蠕虫等),甚至被海水氧化分解,几乎难以逃入距离海底500米以上的海水范围内。这表明,在可燃冰开采过程中,即使有微量的甲烷泄漏,同样会被海底大量的化学自养生物群落所吞噬,使其难以逃入大气中。

  更重要的是,当前的钻井技术、固井技术、井控技术、完井技术、监测技术等已相对成熟,且不断发展。开采前进行细致的井场工程地质调查,制定科学的开采技术方案,优化设备最佳组合,完善安全保障措施等,都可以有效避免因工程重大事故导致甲烷气体泄漏。

  如今,我国通过长期的室内试采模拟实验,已自主研制了试采技术装备、工艺流程和防砂堵塞等关键技术,在环境监测方面则实现了多学科多手段环境评价、立体环境监测和井下原位实时测量技术。

  据了解,中国地质调查局自组织实施可燃冰调查以来,直到试采前后,一直进行环境监测与对此分析,未发现空气、海面、表层海水有甲烷污染。

  据介绍,中国地质调查局始终把环境保护放在突出位置,此次试采,充分考虑了各种环境风险因素,制定了全流程的科学、安全、环保施工方案,并在施工过程中严格遵守。试采前,开展了多个航次的环境基线调查,获取了海洋地质、海洋生物、海水化学等本底数据以及海底地层力学参数等。

  试采过程中,按照国际通用的环境管理体系、工艺安全风险管理等标准,采取严格的环境保护措施。利用大气、海水、海底和井下四位一体监测体系,对甲烷、二氧化碳等参数及海底沉降进行实时监测,与本底数据对比显示,甲烷等参数无异常变化,海底地形无变化,没有环境污染,未发生地质灾害。

  据介绍,试采结束后,还将继续进行全方位的立体环境监测,,获取海洋环境参数,评价天然气水合物环境效应,为制定天然气水合物开采的环境保护方案提供科学依据。同时,围绕环境保护将进一步完善理论技术方法体系,为安全可控的资源开发创造条件;加强环境保护与安全生产技术研发,实现天然气水合物绿色开发。

  安全绿色开发可燃冰将造福人类

  另一个问题,全球气候变化与海平面上升能否引发海底可燃冰因环境失稳而大量泄漏?

  对于可燃冰,自然界可燃冰是在高压(3~30个兆帕)、低温(0~16℃)环境下,由天然气与水结合形成的似冰状物质,海底可燃冰主要赋存在陆坡水深800~3000米海底之下几米至500米厚(最大约1000米厚)的沉积物中,海底表面极少存在。当海底之下的可燃冰储层温度升高,或压力降低时,可引起可燃冰分解产生甲烷。

  海水温度在垂直分布上大致分为三个层,上层为混合层,由水面至水深50米,水层接近等温;中层为温度跃层,水深一般50~200(个别达350),水温随深度会急剧降低,温度梯度变化大;下层为冷水层,水深200米以下,水温随深度降低十分缓慢。水深200米以下(保守说法600米以下),其不同水深处的水温几乎长期保持相对稳定状态,表明不论太阳辐射能量和全球气候在昼夜、月度、年度甚至近百年如何变化,难于引起水深600米以下的水温变化。所以,即使全球变暖,其缓慢的温度升高,也难以影响到水深1000米及更深的海底表面温度升高,更难以引起海底之下可燃冰储层温度升高。

  据科学推测,如果现今地表冰体全部融化,则全球海平面将会上升80~90米,那么海底压力将会增大,更有助增加海底可燃冰的稳定性。

  假设地球现在马上进入新的冰期,海平面可能会降低100多米,海底压力会有所减小,但在可燃冰分布区域的海底远远大于3个兆帕(30个大气压),高压和低温环境完全满足可燃冰赋存条件,难以导致海底可燃冰环境失稳而大量泄漏。

  在当前试采和未来商业开发进程中,只要我们高度重视环境问题,加强开采安全与环境评价,建立相应的动态监测、灾害预警和控制技术,可燃冰将成为可大规模开发利用的清洁能源,从而造福人类。我们要更多地关心和支持我国可燃冰开采关键技术攻关事业,推进可燃冰高效快速分解技术发展,不断突破大规模商业化生产利用技术难关,进一步提高产量、降低成本,加快商业化开发进程,为经济社会可持续发展、海洋生态文明建设提供有利保障!