行业定位及前景意义重大

  “我国对天然气水合物的勘查开采起步晚,但进步快。”12月19日,在南海天然气水合物勘查与开发高端论坛上,中国地质调查局广州海洋地质调查局总工程师、首席科学家杨胜雄教授透露,目前他们正在建设开采先导实验区,已进行前期论证和实施方案准备等一系列工作,以加快海域试采进程,推进天然气水合物产业化。

  今年5月,我国国土资源部中国地质调查局宣布在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功。开采过程利用了“水、沙、气分离” “防砂排砂”等多项自主研发的核心技术,我国成为世界上第一个实现在海域可燃冰试开采中连续稳定产气的国家。11月3日,国务院正式批准将天然气水合物列为新矿种,天然气水合物也就是所说的可燃冰成为我国第173个矿种。

  可燃冰是非常规天然气的一种,其学名是天然气水合物,外形与冰相似,内含大量甲烷而极易燃烧。目前科学界一致认为全球可燃冰资源总量约为20兆立方米,蕴含的有机碳资源约为所有已探明的煤、石油、天然气中总含碳量的两倍。当前,常规化石能源短缺情况严重,且使用煤炭、石油等能源引发诸多环境问题;新能源的使用又因面临储能等技术瓶颈而发展放缓。可燃冰具有热值高、清洁等优点,被各界寄予很高的期望。讨论可燃冰在我国能源行业中的定位和未来前景具有非常重要的意义。

  改善能源消费结构值得期待

  在能源种类的划分中,可燃冰是一种非常规天然气矿种。非常规天然气是指由于各种原因在特定时期还不能进行盈利性开采的天然气,如煤层气、页岩气、密砂岩气等。对可燃冰的分析既要分析其作为天然气对中国能源消费的贡献度,又要考虑其在非常规天然气中的定位。

  开发天然气是应对气候变化、发展低碳经济的战略选择。天然气作为清洁能源对环境治理、生态改善等方面都有非常重要的作用。由于中国“富煤、少油、贫气”的格局,我国天然气消费一直存在较大的发展空间。根据《能源发展“十三五”规划》,到2020年,我国天然气消费比重力争达到10%,煤炭消费比重降至58%以下。因此,可燃冰作为清洁能源的一种,势必会得到政策支持。当然相较而言,常规天然气仍在天然气开发中处于统治地位。

  可燃冰是2017年继页岩气后技术又得到重大突破的非常规天然气。其他非常规天然气的发展对可燃冰产业起到指导作用。2012年我国致密气已进入大型商业化开发阶段,年产量为320亿立方米。中国煤层气储量和产量均较少,处在工作化和商业化开发的早期阶段。值得关注的是,页岩气在2011年被国务院批准为我国第172种矿产。经过6年的发展,我国页岩气的产量目前已高居世界第3位,中国石化重庆涪陵页岩气田已成为北美之外最大的页岩气田。页岩气既是可燃冰的替代品,其发展历程也为可燃冰的发展带来指导。2017年以前,可燃冰的商业化水平不及页岩气,资本更倾向于产业化更高的页岩气产业。但我国可燃冰开采已得到重大技术的突破,加之其巨大的资源总量,这将推动我国政府持续助力可燃冰开采技术的发展。有页岩气商业利用的经验在先,可燃冰未来的发展值得期待。

  面临生态环境风险不容小觑

  可燃冰成藏模式的特点和勘探开采技术有别于常规天然气,应正确评估对其开发利用会产生的生态环境风险。对海底可燃冰的开采环境风险主要包括海底地质变化、温室效应加剧、海洋生物死亡等方面。

  首先,力量失衡引发地质灾害。在海洋堆积物里,可燃冰以胶结物与海洋中的沉积层共存,这使大陆斜坡地带处于较为稳定的状态。而开采可燃冰便是通过改变其物理环境来分解固体可燃冰。例如,减压法的原理是通过降低海底原本压力来打破其固态的成藏条件,使其变为气体。但当固体可燃冰减少时,海底沉积物的力学平衡被改变,导致大陆斜坡带产生失稳现象,进而产生引发海底滑坡和海啸的风险。

  其次,气体甲烷加剧温室效应。可燃冰中的甲烷是一种反应速度快、影响更为显著的温室气体。如果封存为固态的甲烷气体由于开采不慎而逸散到空气中,将使全球的温室效应加剧。甲烷作为一种温室气体,会吸收太阳的长波辐射,阻碍地球热量的散失。另外,温室效应也会带来海水温度的进一步上升,环境温度的改变更易打破可燃冰温度的平衡,从而可能导致更多的甲烷气体逸散到空气中,加剧温室效应。

  再次,法律缺位提高生态风险。海水与空气一样具有流动范围广的特点。泄漏事故一旦发生,波及的范围超过常规天然气开采。天然气的泄漏会造成海水的毒化,致使海洋生物大规模死亡。与天然气类似,石油也有许多海上开采途径。海上油井开采技术发展已久,然而伴随着其发展史也曾发生过多起泄漏事故。早期的巴西海上石油钻井平台沉没事件、近期的美国墨西哥湾原油泄漏事件都给生态环境造成了很大的危害。在事后对这些事件进行处理和反思时,人们认识到相关法律规范的缺乏带来的风险。如何对被破坏的生态环境进行估值和补偿是核心的问题。随着海上开采的大规模展开,相应法律法规的出台是预防生态问题发生的重要途径。

  因此,短期来看,天然气在中国能源消费中的比重不断攀升,常规天然气仍处在天然气开发统治地位。长期来看,非常规天然气具有更大规模的资源潜力,中国的可燃冰技术特别是成功的试开采经验更是领跑世界。随着开采技术的不断提升,以及对国际上页岩气商业化经验的充分吸收,配以相应的法律规范,可燃冰一定可以在未来我国的能源市场中发挥越来越重要的作用,在充分增加能源供给的同时优化能源消费结构。(作者单位:北京理工大学能源与环境政策研究中心)

  1778年,英国化学家普得斯特里着手研究气体生成的气体水合物。

  1934年,人们在油气管道和加工设备中发现了冰状固体堵塞现象,这些固体就是可燃冰。

  1965年,前苏联科学家预言,天然气水合物可能存在于海洋底部的地表层中。

  1999年,广州海洋局派出“奋斗五号”船实施了首次针对水合物的高分辨多道地震调查,由此掀开了我国海域水合物调查的序幕。通过调查,在南海北部陆坡西沙海域首次发现了水合物存在的重要标志——似海底反射(BSR)。

  2002年,我国正式批准设立天然气水合物资源勘查专项。从此,我国正式踏上了大规模、多学科、多手段开展天然气水合物资源调查的艰辛历程。

  2007年4月至6月,广州海洋地质调查局首次在南海北部神狐海域成功实施8个站位钻探,其中3个站位获得了天然气水合物实物样品,所获得的样品甲烷含量高达99.7%以上,点火即可燃烧。这一发现是我国首次在南海海域获取天然气水合物实物样品,证实了南海存在良好的水合物资源前景。这是一次战略性的突破,使我国成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划在海底钻探获得天然气水合物实物样品的国家。

  2008年,在青海祁连山冻土区成功钻获可燃冰样品,证实我国是既有海域可燃冰又有陆域可燃冰的少数国家之一。

  2013年6月至9月,广州海洋地质调查局在珠江口盆地实施了第二次天然气水合物钻探。此次钻获了大量高纯度的新类型天然气水合物实物样品,该发现首次在我国南海获取了可视的块状天然气水合物实物样品。

  2015年6月至9月,广州海洋地质调查局再次在神狐海域实施23口天然气水合物钻探井,这次的命中率达100%,23口井全部发现天然气水合物,这次钻探为海域天然气水合物实验性开采提供了重要参考靶区,标志着我国海域天然气水合物资源调查已达到世界先进水平。

  2017年3月28日,我国再次在位于珠海市东南320公里的神狐海域试采井正式试开采,5月10日成功点火,截至7月9日,连续稳定产气60天,累计产气量超过了30万立方米,平均日产5000立方米以上,取得天然气水合物试开采的历史性突破。

  2017年9月22日,中国新一代远洋综合科考船“科学”号在执行中科院海洋先导专项中,又在南海海域约1100米的深海海底,探测到两个站点存在裸露在海底的天然气水合物,这也是科学家在我国南海海域首次发现裸露在海底的可燃冰。(资料来源:科普中国)

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