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外能源
第4期
SINO-GLOBAL ENERGY
天然气水合物开发利用面临的问题及应对策略
樊栓狮
华南理工大学化工与能源学院,广东广州510640)
摘要为了使天然气水合物成为我国的后续替代能源,提出了需要认真对待和考虑解决的四个问题:究分认识天然气水合
物的本质;科学评价我国天然气水合物资源量;积极开发自主知识产权的开采技术;兼顾天然气水合物相关技术的
开发。同时还阐述了解决这些问题的策略。
关键词天然气水合物资源量开采应用问题策略
1前言
冰状的可燃固体(见图1)。天然气水合物是一种主
煤、石油、天然气是当今世界各国的主要矿物客体化合物,水分子形成一种点阵结构,天然气分
能源。然而据估计,再有40余年,人类就要面临这子则填充于点阵间的空穴,形成点阵的水分子之间
些矿物能源枯竭的局面。于是,一种被称为“可燃以较强的氢键结合,天然气分子与水分子之间则以
冰”的可持续发展绿色能源一一天然气水合物的开较弱的范德华力相互吸引。
发和利用,开始进入众多国家的视线川。近年来,我
国能源供需矛盾日益突出,传统化石燃料已不能满
足我国经济发展、环境保护的要求,仅2002年进口
原油和成品油就近亿吨,2010年石油缺口预计为
1.2×10%。我国今后对能源的需求将随着经济的快
速发展而急剧增加,对国外石油、天然气资源的依
赖程度不断加大,如何保证我国能源安全和后续能
源供应,直接关系到我国经济、社会的可持续发展,
战略意义重大。
日前,媒体竞相报道了“我国在南海北部成功
?1我国合成的“可燃冰”在燃烧
钻获天然气水合物实物样品”的消息,引起了大众
对于这一未来能源的广泛兴趣。在地球上矿物能源
从能源的角度看,“可燃冰”可视为被高度压缩
日益短缺的今天,天然气水合物将为人类提供替代的天然气资源,每立方米能分解释放出160~180m
能源带来新的希望。那么,如何开发天然气水合物,使
标准)的天然气。据估算,全球天然气水合物中蕴藏
之成为真正的后续能源?我国从20世纪90年代初的天然气总量约为1.8x10°-2.1x10m2,相当于全
才开始天然气水合物研究和开发,比美、日等发达球已探明传统化石燃料总碳量的2倍。为有效开发
国家晚了近20年,研究力量比较分散,而且缺乏学天然气水合物资源并使其转变为可利用的能源,所
科交叉。如何尽快缩短我国与国际先进国家的差需的研究工作可分为上游、中游、下游3个过程,其
距?笔者认为必须认真对待和考虑解决以下问题。
研究开发链见图2。
2充分认识天然气水合物的本质和意义
天然气水合物俗称“可燃冰”,是近20年来在
作者简介:樊栓狮,教機,1996年毕业于大连理エ大学化工学院
海洋和冻土带发现的新型洁净资源,是天然气和水化学工程专业,菽博士学位,从事天然气水合物研究工作12年,
在一定的温度、压力条件下相互作用而形成的貌似
发表论文150多篇,出版专著2部。E-mail:ssan@scu.edu,cn
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中外能源
?10
SINO-GLOBAL ENERGY
2007年第12卷
勘測技术(地物、地化)
资源量估算
实验区选
沉积物物性、平衡
开采
国家需求
基本物性
条件、分解动力学
模拟
试开采
商业开采
环境影响推测泑
完善检测技术手段
灾害控制
?2天然气水合物的研究开发链
基于天然气水合物的资源前景和环境效应,国
影响天然气水合物稳定带厚度和底界深度的
际上许多国家,如美国、日本、印度、韩国、俄罗斯、主要因素包括:海平面变化、构造抬升、地温梯度变
加拿大、德国、墨西哥等,从国家能源安全角度将天化、大气或海水温度变化和沉积物加积等。一般认
然气水合物列入国家重点发展战略,先后制订了天为,漏失油气盆地、板块汇聚边缘流体释放区、陆坡
然气水合物的研究和发展计划以及建立相应的研区和底劈发育区等是有利于天然气水合物富集的
究机构。例如美国由国家能源部制订统一的研究规地区。经过世界各国政府和科学家的努力,一个世
划,组织国内科研单位进行联合研究;日本由通产界范围内的勘査海底天然气水合物的战役已经打
省制订研究计划,由石油工闭(JNOC)和工业技术研响,发现矿区与日俱增,1980年仅9处,到2003年
究院(AIST)联合成立研究中心负责实施。
已猛增到130处,其中取心40处(见图3)。
借鉴国外经验,我国应该走联合攻关、协同作
战之路进行天然气水合物的勘探与开发。急需采取
像对石油和常规天然气“会战”、“科研攻关”一样的
形式,进行统一规划和有效组织。针对南海天然气
水合物勘探和开采,国土资源部对我国海域的天然
气水合物资源进行了大量的调査工作,中国科学院
也成立了广州天然气水合物研究中心,中国海洋石
油公司也对天然气水合物给予了较大的关注,目前
三方正在积极探讨合作开发事宜。相信在党和政府
的领导下,我们一定会减少重复,少走弯路,早日合
图3已发现的天然气水合物沉积物分布图
理开发利用天然气水合物能源。
中国工程院院士金庆焕在中国科协2004年学
3科学评价我国天然气水合物资源量
术年会上透露,我国已在南海北部陆歧、南沙海槽
天然气水合物的形成至少要满足三方面的条和东海陆坡3处发现天然气水合物存在的证据。金
件:第一是温度不能太高,海底的温度是2~4℃,适庆焕说,与发达国家相比,我国对天然气水合物的
合“可燃冰”的形成,高于20℃就分解。第二是压力
调查研究晚了30年,尚有许多新的领域没有突破。
要足够大,在0C时,只需要30个大气压就可形成
中国科学院知识创新项目对天然气水合物的成藏
“可燃冰”。海深每增加10m,压力就增大1个大气模式提出了新认识,探讨了海洋沉积物中水合物的
压,因此海深300m就可达到30个大气压,越深压两种生成模式(渗漏系统与扩散系统);提出了预测
力越大,“可燃冰”就越稳定。第三是要有甲烷气源,含水合物层的导热系数的模型,通过含水合物多孔
海底古生物尸体的沉积物,被细菌分解会产生甲介质的导热系数数据,可以为资源评价提供科学依
烷,或者天然气在地球深处产生并不断进人地壳。
据。2007年6月,我国钻探第一口天然气水合物探
为了充分了解水合物的形成过程及对其资源量进井取得成功,得到3个水合物实物样
行比较精确的评估,国内外目前利用计算机模拟技
但是,我国到底有多少天然气水合物资源?专
术和合成实验开展了相平衡热力学机制的研究。
家们至今还很难回答。因为,我们的基础地质研究