海底寶藏:冷飯版

2021-02-23 回到2049

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海洋佔據了地球表面積的70%左右,雖然如此廣大,但這也正是人類無法自由活動的場所,於是人類首先開發了相對容易獲取的陸地資源,不過隨著知識水平的提高和技術手段的進步,近年來,沉睡於海洋的各種資源開始備受矚目,那麼從那無盡的深藍之中,我們都可以獲得哪些我們迫切需要的資源呢?

首先便是石油與天然氣。石油和天然氣是價格相對低廉並能穩定供應的能源,同時它們還作為諸多工業產品的原材料,支撐著我們的文明社會。石油和天然氣的開採,經歷了從開發成本低廉的陸地開始,逐漸向淺海繼而向水深超過300米的深水進軍的過程,而到了現在,我們已經在技術上實現了從水深3000米的海底開始,向地下數千米深的地方開採石油和天然氣。

目前,全球石油產量中的大約1/3來自於海底開採,不過其中大多數都位於淺海。在未來,陸地和淺海的油田會逐漸枯竭,而深海油田的開發將為我們強力續上一波,據估計,在水深超過300米的深海,僅考慮刻意未開發的北極圈內的海底石油儲量,其中以現實成本計算具有可開採價值的,便佔到了迄今為止人類開採石油總量的1/3左右。

海洋鑽井平臺

海底油氣藏沒什麼可說的,重點來看下第二種資源,這就是可燃冰。我們中國是世界能源消費的第一大國,這也不用謙虛,相比於中國的能源消耗,聯合國在座的各位都是渣渣,正是這巨大的能源供給助推著我國經濟的高速增長。不過,我國的能源結構卻很不合理,目前,我國的主要能源仍然是煤炭,佔能源消費總量超過60%,這一能源結構帶來了包括霧霾在內的諸多環境與社會問題。為此,我國在工業等領域開展了「以氣代煤」工程,但是由於我國缺少大規模的天然氣田,導致用氣嚴重依賴進口,成本較高。比如在2016年,我國消費的天然氣中超過1/3都需要進口,這個比例著實有點大了。

也和經濟上正在發生的一樣,雖然從煤炭時代過渡到石油天然氣時代,進展的不是很順利,但在能源領域,我國正期待著完成另一次彎道超車,而這便是可燃冰的開採。在南海、東海近海的海底,有一些地區埋藏著含有甲烷成分的冰狀物質,這被稱作甲烷水合物,也就是可燃冰。甲烷是天然氣的主要成分,如果能以合適的成本集中搞出一定產量,那麼就有可能成為我國能源的重要一分子。

甲烷水合物是甲烷分子被關在水分子相連組成的「籠子」裡所形成的,是水和甲烷在低溫和高壓條件下產生的結構。在這裡,水分子構成的籠子主要可以分為兩種:一種是正十二面體型,也就是由12個正五邊形所圍成的;另一種是十四面體型,由12個正五邊形和2個正六邊形圍成。而當溫度上升或壓力下降時,由水分子形成的籠子會受到破壞,甲烷分子便被釋放出來。可以說,甲烷水合物晶體是非常高效的甲烷儲藏庫,1立方米的甲烷水合物晶體,可以封存常溫常壓下160-170立方米的甲烷氣體。

甲烷水合物

多樣的水分子籠

在我國近海,水深500米處的海水溫度約為5℃左右,此時壓力約為50個大氣壓,滿足甲烷水合物的存在條件。超過這一水深的話,溫度會更低,壓力也要更高,所以在我國近海水深超過500米時,就能滿足甲烷水合物存在的溫度及壓力條件。不過,由於甲烷水合物的密度小於水的密度,在海水中會向上浮動,所以事實上,可燃冰並不是靜靜地躺在海底的,而是封閉於海底的地層之中,這樣才可以穩定成藏。另一方面,受到地熱的影響,自海底越往地下溫度就越高,所以,甲烷水合物不能穩定存在於海底深處。出於海水溫度和地熱溫度條件的需要,在我國周邊,當超過海底之下300米深時,甲烷水合物就難以存在了。這樣一來,我們尋找可燃冰的範圍就被框定了,首先水深要超過500米,同時在地下不超過300米。

另外需要補充一點的是,甲烷水合物中的甲烷,根據其成因可以分為兩種:一種是在海底較淺的地方,由於微生物的活動所導致的有機物被分解而形成的;另一種是由海底更深的地方生成的天然氣上升到海底附近而形成的。

目前除了中國之外,在美國、日本、印度、韓國、紐西蘭、巴西等國的近海,也被確認有甲烷水合物的存在。另外,在我國和加拿大等地的陸地凍土中,甲烷水合物也被確認存在。不過,由於甲烷水合物作為資源而被矚目的歷史較短,所以目前對於可燃冰在全球整體存在的區域和儲量,仍然不是特別清楚。

當然了,儘管我國在所屬海域的調查也還不完全,但在全球範圍內還是處於領先地位的,國土資源部對外宣稱,我國已在南海圈定了11個有利遠景區,19個成礦地帶,初步預測,我國海域甲烷水合物資源量約為800億噸油當量。

2017年3月28日,我國在珠海市東南320公裡的神狐海域架設「藍鯨一號」鑽井平臺,並開鑽第1口甲烷水合物試採井。在試採中,「藍鯨一號」探入甲烷水合物層進行鑽井,並用泵將鑽井中的水抽出以排減壓力,壓力降低,甲烷水合物的籠狀結構便受到破壞,於是甲烷和水得以分解,最終通過水下管道,甲烷被回收到平臺之上。2017年5月10日,「藍鯨一號」點火成功,截至6月10日,已連續31天產出甲烷含量高達99.5%的天然氣,日均產氣量達6800立方米,總產量達21萬立方米。取得了持續產氣時間長、氣流穩定、環境安全等多項成果。這標誌著我國成為全球海域天然氣水合物試開採連續產氣時間最長的國家。

藍鯨一號

除了中國之外,目前,美國、日本、加拿大、韓國、印度等國家也比較活躍,特別是日本也面臨著資源困境,所以他們也取得了值得稱道的成果。2013年,日本在日本南海海槽進行了海上試採,6天之中就成功生產了約12萬立方米的甲烷氣體。在2017年4月,日本又進行了第二次試採,第1口試採井累計產氣3.5萬立方米。雖然從數值上看,日本搞得也不錯,但其實這兩次試採都出現了嚴重的問題,那就是因出砂問題而被迫中止產氣。

那麼什麼是出砂問題呢?其實,可燃冰雖然儲量大、分布廣,但由於形成年代要比石油、天然氣晚得多,所以覆蓋它的海底地層普遍是砂質,這就導致現有的海底鑽井設備在開採它時,就好比在豆腐上打鐵,用金剛鑽繡花,稍有不慎就會導致大量砂石湧入管道,造成開採失敗。與日本相比,我國海域主要屬於粉砂型儲層,這也是佔全球90%以上比例的儲藏類型,這種砂質要更為細膩,滲透率更差,同時,我國的可燃冰水深大、儲層埋層淺,施工難度更大,如果說別人都是在豆腐上雕花的話,那我們就好比是在日本豆腐上雕花。由此可見,我國的突破,對於全世界來說更具有可參考和借鑑的價值。這說明什麼,說明社會主義就是可以集中力量幹大事啊。

你也許會認為我今天又炒冷飯了,我就明確告訴你:你說得對。

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