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可燃冰极简史

发布时间:2017年06月07日 信息来源:中国煤炭博物馆 孟生龙 点击:收藏此文 字体:

  可燃冰不是啥新鲜玩意。

  嘉庆十五年,大科学家法拉第的导师、英国化学家戴维爵士用气和水合成一种新产品,不叫汽水,叫气体水合物,固体。这东西在常温、常压下很不稳定,会很快还原成气和水,所以科学家们认为,自然界不会存在这种奇葩。

  是的,那是1810年。可燃冰,就是一种气体水合物。

  气体+液体=固体,这款毁三观的公式是这样搞出来的:

  高压低温下,气体分子如果胆敢跑来和水分子鬼混,水分子就会腹黑地拉起氢键小手,结成小笼子,囚禁这些个气体分子,变成小笼包(笼形包络结构)。

  这些小笼包用节俭的构架周而复始地排开去,就成了我们熟悉的晶体,宏观看上去像冰。

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  很显然,这种“冰”能不能烧,主要看囚禁的是什么气体。如果手贱囚禁了二氧化碳,那就只能灭火,不能点火。

  那些可以烧的“冰”,我们管它叫“可燃冰”。

  气、液勾搭成固体,自然是极省体积的。

  100升可燃冰,能释放16400升(16.4m3)天然气,汽车百公里消耗天然气大约8m3,所以100升冰冰可以让轿车跑200多公里(不如汽油),比5万公里少了差不多5万公里。

  这里说的天然气,是常压天然气。在加气站里加的,是压缩天然气CNG,压缩倍率是200:1。而液化天然气LNG,压缩倍率是600:1。

  也就是说,如果把100升可燃冰释放的164m3常压天然气,误读成大约170m3的CNG,就会算出大概5万公里。如果误读成170m3LNG,就成15万公里了。

  说回冰冰。

  1934年,前苏联为了顺畅地把天然气卖给欧洲,铺设了巨型天然气管道。可是,管道虽巨,却依然会堵。打开管道,一看,是冰,一烧,能着。然而并没有什么鸟用,天然气有的是,直接烧就好,神经病才会把它变成冰再烧。所以当时人们研究的重点是,怎样避免管道里生成这碍事的玩意儿。价值定位不对,就算包邮附赠,也没人买单。

  三十年后,1965年,还是前苏联,在西西伯利亚的麦索亚哈永久冻土带,尤里·麦考冈发现了这个熟悉的冤家,原来天然气水合物可以在自然界形成矿藏,这就完全不一样了,丫化开就是汹涌的天然气啊!这下成功吸引了专家们的眼球。

  为啥老是前苏联呢?因为低温、高压啊,记牢了气体水合物的孕育条件,外行也能大致猜得出怎么开采它了:加热、降压...

  1970年,前苏联开始在麦索亚哈商业开采可燃冰。本来呢,这是个常规天然气田,气层在500米厚的常年冻土层中。在气层上面,就是可燃冰层。天然气被采出去后,压力一降,被囚禁的天然气逃出水牢,默默地补充气层,保持了产气量。无形中运用了朴素的降压开采法。这个可燃冰矿,上面有个好盖子,不会漏气,还有缓冲气层,十分难得,所以,这是人类第一个、也是迄今为止唯一一个商业开采的可燃冰气田。

  其实,在我们开采的常规天然气中,如果含水量比较高,说不定某些就是可燃冰那妖精偷偷变的。

  也是1970年,美国东部搞深海钻探,取出了冰冷的沉积物岩心,却发现这货美得直冒泡。UC震惊部表示美国佬惊呆了。直到第二年,斯托尔等美国学者在岩心中找到可燃冰本人,才拷问出冒泡原因:离开了低温高压的海底,小笼包就解体,气体囚徒嗤嗤越狱。斯托尔正式提出了“天然气水合物”的概念。美国布莱克海台可燃冰储量相当于约180亿吨油当量,够美国用100多年。

  1974年,前苏联也在黑海发现了海洋可燃冰。

  1979年,老美在墨西哥湾取出91.24米的可燃冰岩心,证明了这玩意儿可以在海底成矿。此后,美国海域纷纷发现可燃冰矿藏。

  1995年,美国东部海域一系列深海钻探证明,该矿藏具有商业开发价值。

  到1997年,以美国为首的深海钻探组织,在美国、中美洲、日本等10个深海地区发现了大规模天然气水合物矿藏。

  1998年,日本伙同加拿大,在加拿大西北搞水合物钻探,搞到37米水合物岩心。加拿大西海岸的一个可燃冰矿藏,储量是美国布莱克海台的10倍。

  次年,日本在其静冈县御前崎近海挖到可燃冰。储量够日本使用140年。

  在极地,在大海,在深湖,在高原...有江湖,就有可燃冰矿的传说。尤其是,在外大陆边缘,沉积了大量有机物,天然气丰富,所以可燃冰广泛存在。

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  可燃冰越找越多,储量分布逐渐浮出水面,人们估算,这货的碳储量,超过石油和天然气矿的2倍,够人类使用1000年,妥妥的未来能源之王啊,拯救人类就靠你了!

  并且,可燃冰天然气的主要成分是甲烷,占比80%以上。烧甲烷,比烧煤、石油、天然气污染都小很多。

  该大的大(储量),该小的小(污染),这么完美,那就采出来用呗!把能源短缺、环境污染、世界和平一揽子解决了,从此共享生命大和谐,还等个种子?

  事情永远不会那么简单,上帝给你打开一扇门,一定贴心地给门焊上铁栅栏。

  甲烷是强温室气体,温室效应比二氧化碳高20多倍。

  谁敢把可燃冰随便从海底地下拿出来,它就敢随便挥发到大气层,带来灾难性的大气污染。

  还有,可燃冰和海底地下沉积物缠绵胶结,保持稳定。开采不当,就像抽积木游戏,很容易幼发拉底哦不诱发海底滑坡、地震、甲烷爆发式逸出等地质灾难。

  河豚好吃,还是不要被毒死为妙。所以,厨艺就成了当务之急。谁抢先掌握了可燃冰商业开采技术,谁就能金链烤串扒蒜妹,尽享人生巅峰体验了。

  宁当风口猪,刮进宝马哭;不做触顶龙,跌下满地红。赶紧的!

  2002年,加拿大、日本、德国、美国、印度等5个国家的9个机构投资合作,开始在北极搞可燃冰生产测试。

  2007年,中国在南海北部钻取可燃冰首次采样成功,证实了这里可燃冰资源丰厚。

  2008年,加拿大和日本再次联手,在冻土层试验开采可燃冰成功。

  2009年,中国在青藏高原发现可燃冰,成了在陆域钻取可燃冰样品的第三个国家,证明这玩意儿在中低纬度冻土层照样可以有。

  2013年,日本首次试验开采海底可燃冰成功。不得不说这是一个突破,不过,连续生产5.5天、产气13000立方米后,海底流砂堵住了井筒,终结了这场很有前途的开采试验。这次开采还是庸俗的降压法。

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  虽说连续生产不到6天,却也相当不易了。石油人都知道,油气难采,但好歹它们是液体、气体,只要想办法把油气赶进井里,喷不出来也抽出来了。但可燃冰是固体,你得先想办法让它变成气体,才能把它赶进井筒,这就比开采油气凭空多了一大步骤。这个步骤,就能让它的开采成本噌噌上蹿。

  比方说,你用热激化法,让可燃冰分解,得到天然气。但它连续分解,会导致周围温度下降,于是加温的成本越来越高。

  根据抽积木原理,不管用什么法,最大难点在于:维护稳定大局,防止甲烷外逃。

  那么大储量,却又贵,又不稳定,这就尴尬了。好在各国的投资没有白扔,除了传统的降压、升温法,又提出了N种开采办法,比较典型的:

  化学试剂注入法。给可燃冰矿打吊瓶,注入盐水、甲醇、乙醇等药品,破坏其相平衡条件,使之分解。

  二氧化碳置换法。水分子囚禁二氧化碳更容易。于是,二氧化碳注入可燃冰储层,就可以替换出甲烷。这是日本人的发明。

  矿泥浆开采法。让可燃冰原地分解,把这些气、液、固体混合的矿泥浆,导入生产设施彻底分解,搞到天然气。

  可惜技术不成熟,这些大法摆不脱四大魔咒:价格贵、见效慢、污染高、稳性差。

  所以,近日嗨翻央视、引来国家贺电、刷爆朋友圈的,不是遍布地球的可燃冰本人,而是撩到她的技术。

  2017年5月4日,日本宣布技术开采海底可燃冰成功,日本人为啥没喜大普奔呢?因为他们认为,本次试验开采没达到目标。啥目标?他们没明说,只说要调整商业开采计划。也就是说,跟冰冰相亲时只是加了个微信,在哪儿给孩子买学区房这事儿得往后放放了。

  放了不到半个月,5月18日,咱国也宣布在南海北部神狐海域试采可燃冰成功,并且是世界首次实现泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采,持续8天,平均日产天然气1.6万m3,达到国际“7天、1万m3”的试采成功标准。

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  大概是保密需要,技术方面没有详细报道,从有限的新闻中,可以看到“冷钻热采”、“高温脉冲热激发”之类的技术,当然也少不了端庄的降压法。

  不管啥技术,作为试采,它的关键在于:安全、持久。

  从报道上看,这次做到了,冰冰都答应跟咱看电影了,离生娃大计又近了一步。确属突破,可喜可贺。

  不过,“领跑全球”还言之过早。

  因为,实现商业化开采,目前来看,仍是路漫漫其修远兮,大家都在上下摸索,谁知道谁会摸个技术突破,谁又知道谁会未婚先孕提前按揭学区房呢?

  革命尚未成功,同志仍需努力。

  可燃冰储层之复杂、矿藏结构之脆弱、干扰因素之杂多,开采中,对地下地上工区的“实时精控”要求必然很高,这就要借助于日新月异的人工智能。

  AI可以打败李世石、战胜柯洁,也可以帮助我们搞赢冰冰。

  可以想见,未来,除了硬件设备、技术流程的革新,软件智能化勘探开发是必然选择,比如RMS三维建模、Transform微地震实时监控、Ecrin油气藏动态流动分析之类,必然会随着升级换代,在未来能源开发中发挥越来越大的作用,助力咱国率先踏上可燃冰商业化开采的康庄大道。


(作者:刘继军 编辑:meibo)

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