繼2017年我國首次成功開採可燃冰之後,可燃冰的開採利用就彷彿陷入沉寂。將近三年之後,我國的可燃冰開採終於傳來新消息。日前,自然資源部宣佈,我國成功進行了海域可燃冰第二輪試採。從2月17日到3月18日,本次試採連續產氣30天,水平井鑽採技術首次運用於海域可燃冰試採就獲得大成功,創造了“產氣總量最大、日均產氣量最高”兩項世界紀錄。
可燃冰即天然氣水合物,是在高壓低温下由天然氣和水形成的結晶狀固體物質。其中水分子通過氫鍵作用形成結晶網格,包裹了大量甲烷、乙烷等可燃性氣體。天然氣水合物外觀像冰,但是又可以燃燒,因此被稱為可燃冰。
可燃冰具有非常強的儲載氣體的能力,1立方米的可燃冰儲存的氣體體積大約為150~164立方米。可燃冰的資源量非常豐富,據估計,全球可燃冰中藴含的碳總量約為石油、天然氣等化石能源碳總量的兩倍,而且主要主要成分為甲烷,燃燒後對環境的影響比煤和石油小得多。因此可燃冰已經成為能源工業的研究重點,被視為石油和天然氣的替代能源。
然而可燃冰主要分佈在深海沉積物或者永久凍土中,開採難度很大,至今無法實現商業化。目前除了我國,只有美國、加拿大、日本等幾個國家進行了開採可燃冰的嘗試。可燃冰與石油、煤炭和天然氣不同,無法直接開採,只能通過外力使可燃冰在儲藏地原位分解,產生流動的氣體和水之後再進行開採。而且開採過程中很容易出現地層失穩、大面積出砂等問題,無法長期開採,效率也很低。
由於可燃冰巨大的能源應用潛力以及困難重重的開採問題,可燃冰研究一直是國家能源戰略的重要一部分。而可燃冰的研究對儀器行業來説,也是一次開闢新市場的機遇。在可燃冰研究中,儀器在兩個方面有着重要的應用——可燃冰的實驗室研究與可燃冰的實際勘探開採。
2015年,自然資源部天然氣水合物重點實驗室正式投入運行。除了核磁共振譜儀、X射線衍射儀、激光拉曼光譜、低温掃描電子顯微鏡等通用的儀器設備之外,實驗室中更多的是近年來自主研發的可燃冰研究系統。由於很多研究項目沒有現成儀器,研究團隊只能根據需要自行研發。截至2019年,研究團隊已取得了100餘項可燃冰的國家專利授權、5項國際專利。其中包括海洋天然氣水合物分解區砂粒微觀運移過程室內試驗方法及裝置、含水合物沉積物出砂過程模擬專用反應釜及其測試方法等。雖然這些可燃冰研究專用儀器目前僅在天然氣水合物重點實驗室使用,但隨着可燃冰研究的擴大,相信這些儀器設備將得到更大的應用。
可燃冰的勘探與開採也離不開儀器設備。深海沉積物中的可燃冰可以通過海底甲烷滲漏、特殊的海底生物以及特定的多波束特徵等標誌進行識別判定。除了多波束測深、深水側掃聲納等常規的海底勘探設備外,可燃冰探測儀器還有利用甲烷氣體進行設計。目前較常見的有深海甲烷原位探測系統、深海氣體分析儀等。可燃冰開採之前必須通過探測確定開採地點,我國的海域可燃冰藴藏量豐富,這就意味着一旦可燃冰可以進行穩定開採,探測儀器的需求量將會非常大。
雖然現在我國的可燃冰開發只進行到第二輪試採,但由於可燃冰的應用前景,關於可燃冰的勘探開採技術以及可燃冰本身的研究還會繼續進行。對儀器行業來説,可燃冰帶來的龐大市場雖然現在還沒有到來,但是也不會太遠了。