理性看待可燃冰試采成功

本文節選自：吳時國, 王吉亮. 南海神狐海域天然氣水合物試采成功後的思考. 2018. 科學通報

doi: 10.1360/N972017-00645

2017 年 5 月 18 日, 國土資源部部長姜大明宣布, 中國首次海域天然氣水合物(即可燃冰)試采成功.

一石激起千層浪, 試采成功的消息立即霸屏式佔據各大新聞傳媒頭條, 各種消息觀點甚囂塵上.

有觀點認為, 這將會改變中國的能源結構, 引發新的能源革命, 推動整個世界能源格局的改變.

不少業內人士也指出, 可燃冰試采成功可喜可賀, 而要達到大規模商業性開採的程度還有很長的一段路要走.

更有人擔心試采成功的宣傳言過其實, 有炒作嫌疑.

如何正確看待中國水合物的試采成功以及其背後的水合物研究, 的確需要審慎的樂觀?縝密的思考.

天然氣水合物, 俗稱可燃冰, 是在低溫高壓條件下水分子通過氫鍵建構成籠子, 小分子氣體如甲烷?二氧化碳?硫化氫等充填在籠子內部使得晶體結構穩定後形成的似冰狀固態物質.

自然界中, 水合物廣泛分布在陸上凍土帶和水深超過 300 m 的海底淺層沉積物中, 其中 99%以上為甲烷水合物.

水合物貯存了約 1.5×10^4 億噸的碳, 佔到全球陸地-海洋-大氣系統中可移動有機碳量的25%. 如此儲量豐富的水合物資源有潛力成為未來常規化石燃料的替代能源.

神狐海域水合物試採的成功極大地振奮了國人大眾愛國之心, 但在信息傳播過程中我們注意到一些報道為搏眼球, 肆意誇大, 有違科學根本, 反而為此有歷史性意義的突破帶來負面影響.

這些報道的著眼點在於天然氣水合物的能源前景, 因此, 正確認識其現實能源意義和經濟價值有助於大眾全面了解天然氣水合物.

1. 水合物是一種非常規的天然氣資源

由其開採過程可以看出, 在現有技術條件下, 一般是通過降壓或者注熱等方法使水合物發生相變, 抽取到地面的是分解後的天然氣.

作為能源, 水合物具有高能量密度的特點, 在標準狀況下, 1 體積的甲烷水合物可以釋放出 164 體積的甲烷氣體.

與常規油氣相比, 天然氣水合物資源分布範圍更廣, 在水深超過 300 m 的海底沉積物和陸上凍土帶都有發育.

全球的水合物資源總量尚難確定, 據估計, 僅海域中水合物含有的甲烷量可達 2.5×10^15立方米, 這個資源量不容小覷, 這也是國際上許多國家投入水合物調查研究的主要驅動力.

從經濟角度看, 全球有多少水合物資源量並不重要, 重要的是有多少天然氣水合物能被開發利用.

例如美國目前正在對墨西哥灣開展水合物的儲層評價, 關注的是技術可開採資源量和經濟可開採資源量, 這無疑會將全球資源量大為降低, 讓水合物資源量回歸到更為合理?更為可信的可采資源量, 便於政府和科學家制定更為切實可行的水合物開發「路線圖」.

2. 試采成功並非商業開採, 不會立即轉化為經濟效益

試采成功意味著在現有技術條件下可以成功開採出水合物, 但距離商業開採或者普通居民的使用還有很長的路要走.

中國地質調查局公布的水合物研究計劃, 規劃最快於 2030 年前後實現水合物的商業化開採.

儘管常規化石燃料已經開採了近一個世紀, 不時有專家提出石油的枯竭問題, 但不可否認未來一段時間內, 常規油氣仍然佔據世界能源格局的重心.

即使如此, 對非常規油氣或者新能源的研究仍是一項戰略性投入.

美國最早在 20 世紀 20 年代已經開始頁岩氣的開發, 但在相當長時間內開採成本高?發展緩慢, 得益於長期的技術研發投入, 水平井技術和壓裂技術逐漸成熟, 截至 2014 年, 美國頁岩氣產量達到3400 億立方米, 相當於中國同期天然氣產量的 3 倍多, 美國也一躍成為全球最大能源生產國.

美國頁岩氣的成功是建立在數十年的開採技術研究之上, 對於水合物的研究亦是如此, 隨著研究深入和技術革新成熟, 未來開採水合物成本必定下降, 屆時, 水合物的商業開採可能會改變世界能源格局.

3. 如何實現商業開採水合物, 未來需要克服更多挑戰, 需紮實推進後續工作

首先, 一定要注重環境研究,這可能是制約水合物能不能利用的關鍵.

由於甲烷是一種溫室效應非常強烈的溫室氣體, 大氣中甲烷含量的增加勢必導致全球氣候變化.

研究結果表明, 天然氣水合物釋放的甲烷在古新世末氣候變暖時間中起到重要作用. 因此要持續開展海洋環境調查與檢測, 評價水合物開發的環境效應, 確保實現水合物綠色開採.

其次, 目前的水合物開採成本太高, 需要開展不同類型天然氣水合物儲層研究和試采技術研究, 研發不同類型水合物的儲層評價技術和試采工藝.

水平井和水力壓裂技術的發明, 不僅極大地提高了頁岩氣的開採速率, 還提高了單井最終採收率, 大部分生產井的極限採收率提高到 15%~35%之間, 降低了單位體積頁岩氣的生產成本, 最終促成了頁岩氣的產業化.

因此, 水合物的最終產業化之路必然依賴於技術創新降低生產成本.

最後, 建議在水合物調查研究中,調動能源企業的積極性, 為未來實現商業化開採鋪好路.

4. 在宣傳水合物的試采成果時, 確保科學性和真實性, 讓普通老百姓獲得準確的消息

在人類嘗試開採水合物的短暫歷史中, 有幾個事件需要特別銘記.

早在 20 世紀 70 年代, 蘇聯在西伯利亞採用注熱?化學劑等方法成功地開發了世界上第一個天然氣水合物礦藏.

2002 年, 日本與加拿大等國在加拿大北部凍土帶試驗開發天然氣水合物取得成功.

2013 年, 日本在南海海槽成功在海域水合物中試採獲得天然氣, 並申請了相當多的發明專利.

2017 年,中國在南海神狐海域試采只能是實現海域細粒沉積物中水合物的試采成功, 但在專利申請和海洋資源探采核心技術方面與世界強國相比還有差距.

總結與展望

中國正處在經濟高速發展時期, 對能源的需求持續增長, 目前對油氣需求量的一半依賴進口, 能源短缺與能源安全成為經濟發展的瓶頸, 尋找新的後續能源是實現我國未來可持續發展和保障國家能源安全的重要途徑.

天然氣水合物是常規化石燃料的重要後續能源, 儘快實現天然氣水合物勘探開發的產業化, 使其服務國家經濟發展和人民生活需要, 具有重要的戰略意義.

中國水合物研究起步晚, 因為有國家的大力支持, 有廣大調查研究一線專家學者的辛勤付出, 15 年時間實現了海域水合物的成功試采, 成果值得祝賀. 但要實現商業開採仍需攻堅克難, 再接再厲, 爭取儘早實現天然氣水合物的經濟?安全?綠色開採.

海域天然氣水合物試采成功只是萬里長征邁出的關鍵一步, 後續仍任重道遠.

作者簡介：

吳時國

中國科學院深海科學與工程研究所研究員, 博士生導師.1993 年獲中國地質大學博士學位,2001 年獲德國漢堡大學博士學位.曾任中國科學院海洋地質與環境重點實驗室副主任、主任, 中國石油大學特聘教授, 山東省「泰山學者」, 中國科學院廣州天然氣水合物研究中心首席研究員、日本科技廳特別研究員. 目前主要研究方向: 海底構造學、深水油氣地質、天然氣水合物和海洋地震勘探.

王吉亮

中國科學院深海科學與工程研究所助理研究員. 2015 年獲得中國科學院海洋研究所博士學位. 目前主要研究方向: 海洋地球物理數據反演、海洋地震數據處理與解釋和天然氣水合物儲層研究.

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