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我國僅陸地可燃冰就可供本國近90年的資源消耗!然而何時才能商業化開發?

我國僅陸地可燃冰就可供本國近90年的資源消耗!然而何時才能商業化開發?

編者按:5月18日,進行的首次可燃冰(天然氣水合物)試采實現連續穩定產氣,取得天然氣水合物試開採的歷史性突破。那麼,何時能夠實現可燃冰商業化開發這一目標呢?本文將從專利角度探尋答案。

可燃冰,是近兩年來新能源領域的熱詞。那麼什麼是可燃冰呢?可燃冰即天然氣水合物,因其外觀像冰,且遇火即可燃燒而被稱為可燃冰,是一種能量密度非常高的能源。可燃冰主要分佈在東海海域、南海海域、東北以及青藏高原凍土帶,可燃冰儲量約為800億噸油當量,僅陸地可燃冰資源就可供給近90年的資源消耗。

市場廣闊 前景喜人

對可燃冰的研究可以追溯到1810年,英國科學家Davy在實驗室首次合成了氯氣水合物,拉開了天然氣水合物的研究序幕。直到1965年,前蘇聯在西伯利亞麥索亞哈油氣田首次發現了天然產出的可燃冰,此後美國、日本、德國、加拿大、挪威等國對可燃冰進行了大量的調查研究。

筆者在德溫特世界專利索引資料庫(DWPI)中檢索發現(檢索截止日期為2017年6月2日),與可燃冰相關的專利申請達3000多件,申請人主要來自德國、美國、法國、日本、英國、瑞士以及韓國,包括日本三井造船株式會社、三菱重工業株式會社,德國拜耳公司、巴斯夫公司等。

對可燃冰的研究起始於20世紀80年代,當時主要是實驗室合成研究。直到1999年,廣州海洋地質調查局率先對南海西沙可燃冰儲存開展了實驗性的地球物理研究,2002年以地質科學院礦產資源研究所為首的多家科研單位又對青藏高原凍土帶開展了實驗性研究,對可燃冰的研究從實驗室合成轉向了實際地質勘探開採階段。

筆者通過在專利文摘資料庫(CNABS)中檢索發現,可燃冰領域的專利申請最早出現在20世紀90年代末,至今在相關領域已積累千餘件專利申請,申請人以院校和科研單位為主,企業為輔,分別佔比45%和40%。主要申請人包括科學院廣州能源研究所、西南石油大學、青島海洋地質研究所、海洋石油總公司等。近年來,在可燃冰領域取得了一系列的突破性進展,為南海可燃冰成功試采提供了有力的科技支撐。但同時也應認識到,可燃冰作為新能源,其儲存地域環境差、開發難度高,仍有許多難題等待科研人員攻破。

技術創新 任重道遠

對可燃冰的研究主要集中於勘探和開採兩個領域。可燃冰的主要勘探方法有地震勘探法、地球化學法及地質勘探法。地震勘探法是常用的可燃冰勘探方法之一,但存在一定局限性,如目前主流的BSR地震研究法不能直觀地反應BSR在三維空間的分佈特徵,且作圖任務繁重。石油大學(華東)提交的專利申請(申請號為CN201710066004.3)涉及一種高效的海洋天然氣水合物地震研究方法。該方法可以精確判斷海底反射層及下伏強振幅反射區是否與水合物及下伏遊離氣區相關,並提供了一種高效率刻畫水合物底界BSR在不同深度分佈特徵的方法,能夠準確識別與水合物相關的BSR,並得到BSR與下伏遊離氣區的平面分佈範圍,對於認識水合物體系具有十分重要的作用。同樣,地球化學法也有一定缺陷,如該方法一般需在深海沉積物地質取樣,再進行實驗室分析,因此操作流程複雜、時效性低。青島海洋地質研究所提交的專利申請(申請號為CN201310219999.4)涉及一種海洋天然氣水合物地球化學參數原位測量技術,該技術消除了取樣和非原位測定產生的不確定性,簡單、實時、高效,可安全地獲取高壓模擬艙內的高保真信息。

可燃冰的安全高效開採一直是關注和研究的主要課題。可燃冰開採方法主要有以下幾種:首先是熱激發法, 即利用熱水、熱蒸汽等熱流體,將其注入含有可燃冰的地層,可燃冰受熱即分解出甲烷氣體;其次是降壓法, 通過降低壓力促使可燃冰分解產生甲烷;再次是化學試劑法, 即向可燃冰地層注入鹽水、甲醇、乙醇等化學試劑, 破壞原相平衡,降低可燃冰穩定的溫度和壓力,促使其分解。

但是上述方法均存在諸多不足:熱激發法的熱能利用率較低,裝置複雜;降壓法由於缺少外部熱量的激發,開採過程中可能導致結冰和水合物二次生成,造成管路堵塞降低開採效率;化學試劑法成本高,且可能造成環境污染。

筆者通過檢索發現,科學院廣州能源研究所提交的專利申請(申請號為CN201511028919.2),公開了一種二氧化碳置換水合物中甲烷氣體的實驗系統,採用從反應釜底部進二氧化碳,頂部出二氧化碳循環的方式,可強化二氧化碳置換過程的傳熱、傳質,提高置換效率,不僅節省實驗成本,而且提高了實驗系統的利用效率。另外,石油大學(華東)提交的專利申請(申請號為CN201611113530.2),公開了一種降壓開採天然氣水合物和二氧化碳埋存結合的工藝方法,該方法可同時實現天然氣水合物開採和二氧化碳的埋存,並能保證地層穩定性。

總體來看,科學合理地對可燃冰進行開採開發,有助於改善環境、促進資源有效循環,但目前實現商業化開採在技術層面仍然任重道遠。(王維)

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