“冰火”試采催生中國能源變革 可燃冰形成產業鏈

作者:nicole    發表日期:2019-06-14 09:51:28

  新華社發

  在“藍鯨一號”鑽探平台上,工作人員慶祝天然氣水合物試采成功(資料圖片)新華社記者 梁旭攝

  開采可燃冰方法的示意圖

  中共十九大報告提出了“加快生態文明體製改革,建設美麗中國”的偉大目標,並把“構建清潔低碳、安全高效的能源體係”作為實現這一目標的重要手段之一。這無疑高度契合了中國當前環境保護和可持續發展麵臨的真實狀況,抓住了問題症結所在。多年來,中國受困於以煤炭為主的能源結構。根據相關分析報告,2016年,中國經過艱苦努力,雖然實現了煤炭消費量占能源消費總量比前一年下降了4.7%,但比重仍然高達62%。這種長期形成的“以煤為主”的能源結構,使得煤炭在開采、運輸和燃燒過程中的汙染日益累積,在很大程度上造成了以“霧霾鎖城”為代表的一係列環境問題。

  隻有在加強環境治理的同時,積極開發利用環保、高效的替代能源,大幅降低煤炭的使用量,從根本上變革中國能源結構,才能確保“打贏藍天保衛戰”,切實增強民眾的獲得感。而能量密度高、儲量極其豐富的清潔能源天然氣水合物“可燃冰”為推進中國能源結構的變革帶來了潛在機遇。而要把潛在機遇轉化為現實,就需要突破可燃冰開采技術並大幅降低開采成本,盡早實現可燃冰的商業化開發。

  困難重重 開采麵臨瓶頸

  自20世紀60年代以來,人們陸續在凍土帶和海洋深處發現了可燃冰,對其物理和化學性質,特別是能量密度高、綠色環保等特點有了深入的認知,對其龐大的儲量進行了準確預測和成功勘查、驗證。在國際上,可燃冰早已被公認是煤、石油等的替代能源,是世界重要的戰略資源。然而40多年過去了,今天,世界各國並沒有開采利用可燃冰,甚至進行試開采的國家也屈指可數,這究竟是為什麽呢?

  難,可燃冰開采是一項世界性難題,這是由其成礦原理和物理、化學性質決定的。天然氣水合物是在高壓、低溫的條件下形成的。一旦失壓,或者溫度升高,就會變成氣體,體積急劇增大160多倍。在海底,天然氣水合物賦存於泥質粉砂中。一旦鑽孔密封不好,大量海水灌入,可能造成更大範圍內的失穩,大量的溫室氣體逸出,甚至引發海底滑坡和更大的災害。在凍土、泥砂中,天然氣水合物因為混合了砂礫,開采過程中一旦出砂將很難處理。天然氣水合物一旦開采出來,如果管道密封保護不好,甲烷氣體就會逸出。可燃冰開采的核心難點在於有序、可控,不發生地質等次生災害。實踐上也印證了這一點。2013年,日本在其南海海槽進行了海上可燃冰試采,但因出砂等技術問題而失敗。2017年,日本在同一海域進行第二次試采,很快又因出砂問題而再次中止產氣。

  即使解決了開采技術性問題,可燃冰作為新型綠色能源,其成本的相對競爭力也是製約開發利用的重要因素,就是說,相對於煤炭、石油、天然氣等傳統化石能源,可燃冰隻有在解決了“大規模開采得出來”的基礎上,將開采、運輸等綜合成本降到與傳統化石能源相當,才具有進入現有能源體係,實現能源結構變革。

  後來居上 試采圓滿成功

  5月中旬,中國南海神狐海域,碧海藍天下,橙黃色的藍鯨一號鑽井平台高大的身姿巍然聳立,向海上伸出的一個塔架末端跳動著熊熊燃燒的火焰。這火焰通過電視新聞畫麵既點燃了全國人們的熱情,又吸引了全世界的目光。經過20多年的努力,中國能源科技工作者和工程人員,不僅實現了可燃冰勘查技術的一個又一個突破,成功進行了海域和陸域可燃冰的取樣,而且初步攻克海域可燃冰的開采難關,在南海上,將這種“沉睡”上萬年的綠色能源用中國自主研發的技術和裝備安全試開采出來。

  此次試開采經過60天持續產氣和現場測試,累計產氣量近31萬立方米,平均日產超5000立方米,甲烷含量最高達99.5%,創下了產氣時長和總量的兩項世界紀錄。特別值得一提的是,試開采經受住了今年第2號台風“苗柏”的嚴峻考驗,在台風中心最大風力11級、浪高6.5米的惡劣環境下,試采團隊采取有力措施積極應對,生產過程未受影響,產氣過程平穩。試采的成功一舉把中國可燃冰開采技術和能力推向當今世界最先進水平。在本次南海可燃冰試采成功之際,中共中央、國務院向全體參研參試單位和人員發去賀電,稱讚我國在可燃冰領域實現了曆史性突破,試開采成功是中國人民勇攀世界科技高峰的又一標誌性成就,對推動能源生產和消費革命具有重要而深遠的影響。

  據中國地質調查局副總工程師、南海可燃冰試采現場指揮部指揮長葉建良介紹,為保障試采可燃冰成功,試采團隊實現了6大技術體係、20項關鍵技術自主創新。其中,“地層流體抽取法”是最重要的創新技術之一,該技術由本次可燃冰試采工程首席科學家盧海龍在國際上提出並實施。地層流體抽取法以可燃冰的物性和在自然界的產出特征為基礎,針對可燃冰開發麵臨的儲層沉積物易出砂、低滲等問題提出,在儲層和井壁穩定允許的降壓幅度下,通過儲層改造等方法,加大儲層流體抽取量,從而達到長期、高效、安全開采可燃冰的目的。

  綠色能源還須綠色開采。南海可燃冰試開采的曆程同時也是全麵實施環境檢測的過程,試采團隊針對可燃冰開采開發了相應的海洋環境監測技術,包括多學科多手段環境評價、立體環境監測和井下原位實時測量技術。此外,在試采環境安全防控方麵,團隊建立了可燃冰環境效應評價技術方法,獲得試采前環境本底數據;構建了大氣、海水、海底、井下“四位一體”的立體環境監測網,實現了對溫度、壓力、甲烷濃度及海底穩定性參數實時監測及安全預警。

  瞄準目標 形成產業鏈條

  試采成功,國產裝備功不可沒。據葉建良介紹,由於可燃冰開采的特殊性,常規海洋開發裝備材料無法直接應用,這就要求試采團隊自主研發可燃冰專用的裝備、管材、特殊材料等。據國土資源部中國地質調查局副局長李金發介紹,此次試采實現了諸多重大技術裝備自主創新,包括適合試采儲層特點的防砂篩管及適用於實時監測海底形變的地震監測儀,還研發了可燃冰保溫保壓取樣器、海底可控源電磁探測係統、天然氣水合物試采大型模擬實驗裝置。其中特別值得一提的是自主設計建造的超深水半潛式鑽井平台藍鯨一號,它是中國研製成功的世界最大、鑽井深度最深的海上鑽井平台之一,擁有高效的雙鑽塔係統。該平台當仁不讓地承擔了中國可燃冰首次試采重擔,並表現出優異的性能,尤其在對抗台風等海上惡劣氣象條件的環境下。

  在李金發看來,試采成功表明,中國實現了海域可燃冰開發理論、技術、工程和裝備的自主創新,但這隻是一個新的開始。下一步,不同類型天然氣水合物試采工作將逐步展開,這就要求研發適應不同類型特點的試采工藝和技術裝備,建立適合中國資源特點的開發技術體係。

  試采成功之後,中國可燃冰開發呈現加快發展勢頭。就在南海可燃冰試采焰火緩緩熄滅,第一口試開采井封井之後約1個月,藍鯨一號姊妹船藍鯨二號建造完成,並成功進行了首航。該船刷新了藍鯨一號保持的多項性能紀錄,無疑將成為中國可燃冰開發的又一利器。近日,國務院批準可燃冰為我國第173個獨立礦種。國土資源部礦產資源儲量司司長鞠建華表示,此舉將極大地促使中國天然氣水合物勘探開發工作進入新的發展階段。國土資源部將研究製定可燃冰資源勘查開發規劃,建立技術標準規範體係,加強資源管理和政策支持,推動可燃冰資源勘查開采工作快速發展。

  值得注意的是,鞠建華透露的政策方向直指可燃冰商業化開發。比如,將可燃冰開發納入戰略新興產業目錄,會同有關部門在稅收優惠、價格補貼等方麵製定出台扶持政策,提升企業積極性,鼓勵和引導企業有序進入天然氣水合物勘查開發領域。此舉將增強可燃冰作為新能源的市場競爭能力,增強市場主體進入該領域的商業動力。再比如,加強與可燃冰有關的重大科學問題研究和技術裝備研發,此舉有利於推動鑽采裝備製造、管網建設、工程施工、液化天然氣船、非常規天然氣勘探開發特種技術及裝備製造,形成上遊勘探開發、中遊運輸儲備、下遊綜合利用的完整產業鏈。

  “依靠科技進步,保護海洋生態,促進天然氣水合物勘查開采產業化進程,為推進綠色發展、保障國家能源安全作出新的更大貢獻。”中共中央、國務院對海域可燃冰試采成功的賀電指明了我國可燃冰事業發展的方向。隻要我們瞄準這一方向,久久為功,就一定能率先實現可燃冰的開發利用,實現能源結構的根本變革,走出一條綠色能源之路。


本文來源:http://news.cctv.com/2017/11/29/ARTIn1BUSMo6lclEERaj6dol171129.shtml




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