可燃冰首次在哪里发现 可燃冰被发现的历史

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提起能源,你会想到什么?煤、石油、天然气?估计很难想到冷冷的冰吧。

2017年,我国科研工作者将蕴藏在海底的可燃冰点燃为熊熊火焰。今天,捷报再传——我国海域天然气水合物第二轮试采成功。“神狐火炬”再一次点亮新能源时代曙光!

振奋之余,会发现正是无数前辈对可燃冰的不断探索,共同奏响了一曲“冰”与火之歌。

发现:从试管到管道

提到可燃冰,要从一名科学家——汉弗莱.戴维开始说起。

汉弗莱.戴维

1810年,汉弗莱· 戴维和他的学生法拉第在实验室中,将氯气通入水中。令他们没想到的是,水竟然凝固形成了“冰”,氯气水合物首次被合成。次年,汉弗莱提出了“气水合物”一词,并沿用至今。这是人们与可燃冰的初次偶遇。

20世纪30年代,各国为输送天然气铺设了输气管道,但一些管道经常被奇怪的“冰块”堵住,它们来路不明且相当顽固。科学家们对这些“冰块”的结构和成分进行了分析,发现它们由天然气和水混合而成,可燃冰以“麻烦制造者”的身份再次登上历史舞台。只不过在当时,研究人员考虑的是如何消除这些“麻烦”。

1948年,前苏联科学家根据人为环境中可燃冰产生的条件作出推测:如果满足低温高压、有气有水的条件,也可能有天然可燃冰存在。20世纪60年代,上述推测被证实,可燃冰矿藏在西西伯利亚冻土地区麦索雅哈气田被发现。

直到1971年,美国学者在深海钻探岩心中首次发现海洋天然气水合物,“天然气水合物”(即可燃冰)概念才正式被提出。



上世纪80年代,人们发现海底天然气水合物伴生存在海底甲烷冷泉、海底天然气渗漏附近。此后,可燃冰在世界范围内不断被发现,被誉为21世纪最理想的潜在替代能源。

天然气水合物(Natural Gas Hydrate/Gas Hydrate),有机化合物,化学式CH₄·nH₂O。即可燃冰,是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中,由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。



因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”(Combustible ice)或者“固体瓦斯”和“汽冰”。其实是一个固态块状物。天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。

2013年6月至9月,在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物样品,并通过钻探获得可观的控制储量。2014年2月1日,南海天然气水合物富集规律与开采基础研究通过验收,建立起中国南海“可燃冰”基础研究系统理论。2017年5月18日,中国在南海北部神狐海域进行试采获得成功,这个事件具有里程碑的意义。2017年11月3日,国务院正式批准将天然气水合物列为新矿种。



研究发现,1立方米的可燃冰可以分解为164立方米的甲烷,它燃烧后只会产生二氧化碳和水,不会留下固态残渣,也不会产生有害气体,是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源,分布广泛而且储量巨大。



探索:20载,从“跟跑”到“领跑”

对于我国来说,可燃冰是既古老又年轻的能源种类。“古老”在于其形成的地质年代久远,而“年轻”则在于我国对其研究的时间较晚。

20世纪80年代中期,我国经济发展步入快车道,常规油气资源供需矛盾越来越大,地质人开始关注到国际上可燃冰有关报道和研究成果。


1999年,国家设立天然气水合物调查研究专项,我国可燃冰研究步入加速发展阶段。同年,广州海洋地质调查局(简称“广海局”)在南海北部西沙海域开展了可燃冰前期调查,发现了其存在的重要地震标志,第一次在我国海域找到了可燃冰的踪影。

可以说,我国可燃冰实质性调查与研究就此展开。随后,广海局扩大调查范围和战果,在我国南海北部多处海区发现了可燃冰踪迹。

2002年,我国正式启动了为期10年的中国海域可燃冰资源调查与研究专项。随后,初步圈定出可燃冰资源远景最有利的重点目标区,持续开展探测关键技术等研究。



2007年,我国在南海北部神狐海域实施了首次可燃冰钻探,成功获得实物样品,成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家计划在海底钻获可燃冰实物样品的国家。

2011年,可燃冰调查进入全新阶段。为尽早开发利用可燃冰,我国启动了可燃冰勘查与试采专项工作。

2013年,广海局在珠江口盆地东部海域钻获了多种类型可燃冰样品,并发现超千亿方级可燃冰大型矿藏。2015年,广海局在珠江口盆地西部海域首次发现大型活动冷泉——“海马冷泉”,采获大量浅表层可燃冰实物样品。这些都为后续试开采提供了必要条件。

2015年,珠江口盆地西部海域“海马冷泉”成功采获大量浅表层可燃冰实物样品

2017年,我国迎来了“可燃冰收获年”。经过近20载研究和技术积累,中国首次海域天然气水合物(可燃冰)试采成功,并实现连续试气点火60天,创造了产气时长和总量的世界纪录。



这一壮举实现了我国在新型能源勘探开发领域从“跟跑”到“领跑”的历史性跨越,对于推动能源生产和消费革命具有里程碑意义。

创新:“中国技术”迈向未来

可燃冰作为未来全球能源发展的战略制高点,具有燃烧值高、储量大、污染小等特点。国际上对于可燃冰的研究一直处于活跃状态。

美国、俄罗斯、加拿大、荷兰、日本、印度等国已对可燃冰进行了广泛勘探。美国、加拿大在陆地上进行过试采,但效果不理想。日本于2013年在其南海海槽进行了海上试采,但因出砂等技术问题失败。2017年4月,日本在同一海域进行第二次试采,后再次因出砂问题而中止产气。韩国、越南、菲律宾、印度尼西亚等国家也制定了可燃冰试采计划。

相对于其他国家来说,我国可燃冰采区水深大、储层埋藏浅,且我国南海为泥质粉砂型储层,砂细导致渗透率更差,这些都增加了开采施工难度。

对此,中国在2017年的第一次试采中利用降压法,打破了可燃冰储层的成藏条件,之后再将分散在类似海绵空隙中的可燃冰聚集,利用我国自主研发的一整套水、沙、气分离核心技术最终将天然气取出。

海上钻井平台“蓝鲸1号”

这是我国首次、也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。我国的技术突破,对于全世界而言更具有可参考和借鉴的价值。

当前,我国海域天然气水合物第二轮试采攻克了深海浅软地层水平井钻采核心关键技术,自主研发了一套实现天然气水合物勘查开采产业化的关键技术装备体系,实现从“探索性试采”向“试验性试采”的重大跨越。


在水深1225米的南海神狐海域,试采创造了“产气总量86.14万立方米,日均产气量2.87万立方米”两项新的世界纪录,攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术,实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大跨越,在产业化进程中,取得重大标志性成果。



纵观历史,展望未来。可燃冰不再是百年前实验室的产物或是堵塞油气管道的“麻烦”,而是造福于人类,清洁高效的新型能源。

相信在不久的将来,随着可燃冰商业开采的到来,它将逐渐走入你我的生活。让我们拭目以待吧!


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文字:李卓聪

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