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中国石油可燃冰工作--调研

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中国石油 可燃 工作 调研
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中国石油可燃冰勘探开发有关情况汇报中国石油天然气集团公司2013 年 6 月1目 录一、可燃冰基本情况燃冰的性质、成因与种类燃冰开发利用现状及核心技术际可燃勘探开发进展与相关政策措施球可燃冰分布及资源状况内可燃冰勘探开发进展情况国可燃冰分布状况国可燃冰研究历程与研究状况内可燃冰勘探开发现状国石油可燃冰资源占有及勘探开发进展国石油可燃冰资源占有情况国石油可燃冰工作基础国石油可燃冰业务发展规划国石油可燃冰业务十年规划燃冰勘探开发工作具体安排资测算在困难与问题中国可燃冰开发的基本看法国可燃冰开发模式国可燃冰开发前景分析望国家和国资委给予的支持燃冰基本情况1 可燃冰的性质、成因与种类可燃冰又叫天然气水合物,主要成分是甲烷与水分子(分子结构式为,是天然气与水在高压低温条件下形成的具有笼状结构的似冰状结晶化合物,大多呈白色,可以像固体酒精一样直接被点燃(图 1),因此,被形象地称为“可燃冰” 。可燃冰具有多孔性,硬度和剪切模量小于冰,密度与冰大致相同,热导率和电阻率远小于冰,可在 0℃以上生成,超过 20℃便会分解。可燃冰的热值很高,1 立方米可燃冰可以释放出 164 立方米的天然气。图 1 可燃冰燃烧状态图可燃冰的形成必须具备三个条件,充足的气源、高压(>10 水深超过 300 m) 、低温(0~10℃)缺一不可,因此可燃冰主要分布在深海海底和陆地永久冻土区,包括海洋型和冻土型两种类型。海洋型可燃冰有两种成因,一种是在细菌的作用下,海底动植物残骸腐烂生成的甲烷在高压和低温条件下被锁进水合物中,形成可燃冰;另一种是受海洋板块活动的影响,地壳下沉引发海底石油和天然气沿板块边缘上涌,在深海3压力下接触到冰冷的海水,发生化学作用形成可燃冰。海洋型可燃冰通常赋存于新生代欠固结岩石或沉积物中,在砂岩和粉砂岩中以细粒浸染状分布于孔隙中或以网状充填在裂隙中;在未成岩的沉积物中通常呈团块状、絮状、薄层状和透镜状,含气整体性较差,但在砂岩储集层中含气整体性较好。 冻土型可燃冰分布于陆地永久冻土带,其成因机理为冻土层以下的生物气或热解气向上溢散,遇到上覆冻土层后在低温、高压的条件下形成可燃冰,陆地上发现的可燃冰气藏与常规气藏赋存形式相同,都存在于沉积岩中,因此,和常规气层开发基本相同。陆上可燃冰气藏与海洋可燃冰气藏相比,气层厚度相对较大,并且均发现在含油气盆地中,气藏属于“下生上储”型。2 可燃冰开发利用现状及核心技术可燃冰勘探开发是一个系统工程,涉及众多的学科,如海洋地质、地球物理、地球化学、流体动力学、热力学、钻探工程等,需要各领域专家的共同合作。由于在开采过程中会发生温、压变化及相变,与传统的煤炭、石油和天然气等化石能源相比,可燃冰的开采更为不易。目前国际可燃冰的开采多限于海域,主要开采方法有 3 种:一是热激化法,即利用可燃冰受热时分解出甲烷气体的原理;二是降压法,专家提出将核废料埋入地底,利用核辐射效应使其分解出甲烷气体;三是注入剂法,向可燃冰层注入盐水、甲醇、乙醇等,破坏原有平衡促使其分解。上述开采方法技术复杂、速度慢、费用高,而且海洋中水合物的压力较高,实现管道合理布设、天然气的高效收集较困难。开采过程中保证海底稳定、使甲烷气体不泄露是关键,日本对此提出了“分子控制”方案,美国在 2005 年成功模拟生产出了海底可燃冰。对于其陆地开采,目前各国常见的开采技术包括:降压开采法、注热开采法、化学剂开采法、二氧化碳置换法以及多种开采模式组合法。但目前各国尚无成熟的大规模商业开采方法。3 国际可燃勘探开发进展与相关政策措施1778 年,英国化学家普得斯特里首次发现了可燃冰,但当时并未引起足够4的重视,直到 156 年后的 1934 年,人们发现油气管道和加工设备中存在冰状固体堵塞现象,自此可燃冰才引起广泛关注(图 2) ,1965 年前苏联首次在西西伯利亚发现可燃冰矿藏之后,各国也相继发现了可燃冰的存在,才着手对它进行深入的研究。图 2 管道冰堵形成的可燃冰迄今为止,世界上至少已有 30 多个国家在进行可燃冰研究与调查,各国都从能源储备战略的角度将可燃冰调查作为政府行为,投入巨资,相继开展了本国专属经济区和国际海底区域内的调查研究和资源评价。其中前苏联在西西伯利亚永久冻土带发现第一个可燃冰矿藏,并于 1969 年投入开发,采气 14 年,总采气 立方米。2009 年,俄罗斯总理普京乘坐微型潜艇下潜至贝加尔湖水面下 1395 米处,并在水下度过了 4 个多小时。据路透社报道,普京深潜贝加尔湖意在探寻可燃冰。2008 年,俄罗斯在贝加尔湖湖底发现了这种新能源,据估计,湖底蕴藏的可燃冰相当于超过 1 万亿立方米的天然气。日本开始关注可燃冰是在 1992 年,目前已基本完成周边海域的调查与评价,钻探了 7 口探井,圈定了 12 块成矿富集区,并成功取得可燃冰样本。其目标是2016 年前完成可燃冰商业化开采的技术开发。2013 年 3 月 12 日,日本宣布成功从可燃冰中取得了天然气,这是全球首次通过在海底分解“可燃冰”取得天然气。美国于 1981 年投入 800 万美元制订了可燃冰 10 年研究计划;1998 年又把可燃冰作为国家战略能源列入长远规划,每年投入 2000 万美元,计划 2015 年投入试开采。2012 年初,在阿拉斯加北坡发掘出可燃冰,并从中安全有效地获5得稳定的天然气流并开始进行试采。2013 年 4 月,阿拉斯加州自然资源局和美国能源部签署了开发可燃冰等非常规能源的备忘录。这是继日本今年 3 月提出要商业化开采可燃冰之后,又一个国家开始大规模开发可燃冰。韩国也制订了《可燃冰开发 10 年计划》 ,计划投入总计 2257 亿韩元,用以研究开发深海勘探和商业生产技术。印度在 1995 年制订了 5 年期《全国气体水合物研究计划》 ,由国家投资5600 万美元对其周边海域的可燃冰进行前期调查研究。4 全球可燃冰分布及其资源状况全球约 27%的陆地和 90%多的海域都含有可燃冰,主要分布在三大领域,一是北半球的东、西太平洋和大西洋西部边缘(水深 300- 4000m)海底处及其下约 650m 的沉积层内;二是大洋水深 100下的极地海陆架;三是高纬度陆地永久冻土区。目前已在 79 个国家和地区发现了可燃冰的存在,确认了 200 多处成矿区。由于采用的标准不同,不同机构对全球可燃冰资源量的估计值差别很大。据 2011 年第 28 届国际地质大会资料,全球可燃冰远景总资源量约 10 万亿吨油当量,相当于全球已知煤、石油和天然气储量的 2 倍(图 3),仅海底可燃冰分布范围就达 4000 万 满足人类 1 000 年的能源需要。图 3 地球上有机碳分布示意图6二、国内可燃冰勘探开发进展情况1 我国可燃冰分布状况据现有资料和研究,我国可燃冰资源主要分布于南海海域、东海海域及青藏地区,黄海海域及靠近北极圈的黑龙江漠河盆地可燃冰成矿条件正在探测研究之中。其中南海北部坡陆(水深 550- 600m)可燃冰资源量约 185 亿吨油当量,相当于该区已探明油气地质储备的 6 倍。特别是东沙群岛以东海底坡陆 430 万平方公里的可燃冰“冷泉”巨型碳酸盐岩喷溢区目前世界最大的“冷泉”喷溢区。西沙海槽圈定的可燃冰分布面积为 5242 平方公里,资源量约 立方米。此外,在东海和台湾省海域也存在大量可燃冰,海内外专家学者证实,台湾省西南面积约 77 000 海域蕴藏着极为丰富的可燃冰。黄海大陆架及其深海也可能存在可燃冰,目前正在调查之中。除海域以外,中国冻土区总面积 215 万平方公里,可燃冰资源前景广阔(图4)。 2009 年专家估计青藏高原可燃冰远景储量约 350 亿吨油当量。其中青藏高原五道梁多年冻土区(海拔 4700m)远景储量可供应 90 年。青海省祁连山南缘天峻县木里盆地(海拔 4062m)储量占陆域总储量的 1/4。黑龙江省漠河盆地、西藏风火山等地的可燃冰成矿条件目前正在探测研究。7图 4 中国冻土区可燃冰找矿远景区预测图专家预测,中国可燃冰远景资源量约 2000 亿吨油当量以上。其中南海海域约 700 亿吨油当量,青藏高原和黑龙江省冻土区约为 1400 多亿吨油当量。2 我国可燃冰研究历程与研究状况中国着手可燃冰勘察研究较发达国家晚了近 20 年,目前仍有 5的技术差距。但在可燃冰勘探和实验合成等领域已经与世界保持同步。特别是在青海省祁连山南缘永久冻土带以及南海北部神狐海域获取了可燃冰的岩心样品,成为继美国、日本、印度之后第 4 个通过国家级研发计划采到实物样品的国家,并且是国际上较为领先的在海洋和陆地都发现可燃冰的国家。标志着我国可燃冰调查研究水平一举步入了世界先进行列(表 1) 。表 1 中国可燃冰开发历程时间(年)主要研究成绩1999 南海首次发现了可燃冰存在标志。2002 勘测南海储量相当于 700 亿吨油当量,在西沙海槽圈出可燃冰矿区。2004 成立中科院广州天然气水合物研究中心;中德联合在南海北部发现 430 万平方公里的“九龙甲烷礁” 。2005 成功研制可燃冰开采模拟系统。2006 可燃冰保真取样器成功研制并试验;勘测南海北部东沙西南部海域天然气水合物发育区。2007 开发了新型可燃冰组合抑制剂,加速了开采研究进度;可燃冰钻探取心项目启动;可燃冰开采与运输关键技术取得初步成绩;在南海北部神狐海域钻获可燃冰样品。2008 在青海省祁连山南缘冻土带成功钻获可燃冰样品;广州海洋地质调查局自主研制“海洋六号”调查船,并在南海海域再次成功取样。2009 勘测青藏高原五道沟永久冻土区、测算青藏地区远景资源量有 350 亿吨油当量以上。目前,在科技部的支持下,我国已形成由国家调查专项、国家“863” 、“973”项目及国有石油公司为主的勘察研究投入体系,相关调查及开发技术研究也已纳入国土资源部“ 十二五” 规划,与加拿大、德国等国际合作正在推进。从事可燃冰研发的单位主要有中石油、中海油、石油大学、中科院广州天然气水合物研究中心、青岛能源所等。研究工作基本处于调查评价前期阶段,尚未开展试开采研究。3 国内可燃冰勘探开发现状可燃冰作为一种新型资源已被纳入我国“十二五”能源规划。但目前仍处于基础研究和室内实验阶段,其中推进较快的是可燃冰取芯工作,截至 2007 年8已成功取得了海域和陆域可燃冰样品,取芯技术目前仍在不断探索之中。目前国内参与可燃冰勘探开发的企业主要包括中国石油青海油田公司、中国神华集团公司。其中中国石油青海油田 2010 年即在南祁连地区开展可燃冰形成条件研究,神华集团 2011 年与青海省政府签订战略合作框架协议,在青海展开可燃冰的研发工作。比较而言,中国石油在可燃冰勘探开发方面具有较大的优势,主要体现在三个方面。一是青海油田是唯一长期从事青藏高原油气勘探开发的单位,掌握高原油气地质理论和方法,具备配套的油气地质研究技术和条件;二是青海油田毗邻南祁连和藏北地区,在木里盆地已登记油气矿权,在羌塘盆地开展了大量油气勘探工作,积累了丰富的地质资料,具有进一步开展规模勘探开发的技术条件和施工经验;三是青海油田长期与中国科学院等有关部门进行油气勘探开发合作,对可燃冰开展了前期研究和技术储备。总体看,国内可燃冰勘探开发尚未取得实质性进展。三、中国石油可燃冰资源占有及勘探开发进展1 中国石油可燃冰资源占有情况中国石油目前在青藏高原多年冻土区已登记油气勘查矿权,拥有矿权区块内的可燃冰资源。该区初步估算资源量约 350 亿吨油当量。主要分布于两个地区,一是以青海省木里盆地为代表的祁连山南缘冻土区,一是以西藏羌塘盆地为代表的青南- 藏北冻土区。其中祁连山南缘冻土区可燃冰资源量约占四分之一,即 90 亿吨油当量左右。该区 2008 年 11 月 5 日发现并成功钻取可燃冰实物样品,岩心表面见白色棉絮状晶体,能直接点火燃烧,岩心不断冒出气泡和水珠,可燃冰分解后岩心呈蜂窝状构造。经现场红外热像仪检测证实为可燃冰矿层,经激光拉曼光谱仪检测,显示出标准的可燃冰特征光谱,与墨西哥湾实物样品及我国合成样品完全一致(图 5)。9图 5 木里盆地可燃冰岩芯样品青南000 米以上,发育大面积的多年冻土,其片状分布的冻土面积达 147 万平方公里,约占高原总面积的 前期石油地质研究表明,该区发育中侏罗统和上三叠统四套优质烃源层,厚度接近2000m,成熟度均已达到生气门限,为形成可燃冰奠定了雄厚的资源基础,初步估算可燃冰资源量约 260 亿吨油当量。2 中国石油可燃冰工作基础中国石油目前针对青藏地区可燃冰已开展了大量前期工作。一是近年来在木里盆地开展了大量油气地质综合研究,并于 2010 年实施二维地震 200探了参数井祁参 1 井。此外在西藏羌塘盆地也开展了大量油气勘探工作。该盆地上世纪 80 年代以前主要以地面调查为主,90 年代中国石油开展了全面的石油地质调查,完成了大量重磁测量、地震、大地电磁测量等工作。2008 年以来,青海油田在该区实施了油砂矿勘查、浅井钻探和系统取芯,取得了丰富的地质资料。这些前期工作积累为开展可燃冰勘探开发创造了良好的工作条件。四、中国石油可燃冰业务发展规划1 中国石油可燃冰业务十年规划目前,从国内能源形势来看,油气对外依存度逐年升高;从世界新能源发展趋势来看,全球可燃冰勘探开发的步伐越来越快。中国石油必须立足能源储备战略,顺应发展潮流,未雨绸缪,利用现有条件,尽快启动可燃冰勘探开发10十年规划,确保国家能源安全。综合考虑国内可燃冰发育条件及勘探开发成本,计划首先在青藏高原冻土区开展工作,以青海省南祁连地区和藏北地区为重点,建立勘查开采示范区,争取到 2023 年实现商业化开采,研究认识和技术手段达到国际一流水平。2 中国石油青藏地区可燃冰勘探开发工作具体安排具体勘探开发工作分为三个阶段:第一阶段为 2013:主要任务是开展基础研究和区带优选。通过区域地质调查了解该地区的构造背景、地层展布及烃源岩条件,明确可燃冰的成藏条件,配合必要的钻探、取芯及分析化验资料,对青藏高原冻土区可燃冰资源量进行科学测算,对可燃冰分布范围及富集区带进行综合评价,在此基础上优选出勘查开采的有利区带和重点目标。第二阶段为 2017—2020 年:主要任务是建立开采示范区。在区带优选的基础上,通过可燃冰开采技术的研发和应用,实施先导试验,分不同类型建立开采示范区,积累开采资料、落实储量规模。第三阶段为 2021—2023 年:主要任务是实现商业化开采。通过试采不断完善开采技术,确定合理的工艺流程,编制科学的开发方案,不断提高单井产量,尽快实现效益开发和商业化开采。为大规模开发及进军海域做好技术准备。 3 投资测算规划总投资预算为 15 亿元(表 2) ,其中第一阶段 2013计划投资5 亿元,主要用于前期研究和实物工作量;第二阶段 2017计划投资 6亿元,主要用于开采示范区建设及相关技术研发;第三阶段 2021计划投资 4 亿元,主要用于完善井网和提高单井产量,并开展海域可燃冰开采先导试验。表 2 可燃冰勘探开采十年规划经费测算表时间(年) 工作内容 投资测算(万元)前期调研、资料收集 300二维地震 1500 公里 30000地震资料处理、解释 150钻井 50 口,总进尺 4 万米 18000钻井取芯、取样 200各类分析化验 2000 块 300综合研究 400燃料动力 30020130011会议及材料费 100管理费 50小计 500000设备引进、购买及研发 10000冻土区开采方法研究 5000钻井 50 口,总进尺 4 万米 18000试采先导性试验 8000取样 200分析化验 500 100示范基地建设 8000地层改造 4000管网建设 5500综合研究 400燃料动力 500办公设备 2002017—2020管理费 100小计 60000钻井 60 口,总进尺 6 万米 24000开发工艺研发 1500编制开发方案 600提高单井产量技术研发 2000设备购买 1500井场配套 1000措施改造 2000经济评价及综合研究 500海域试采方法研究及先导试验 5000人员及劳务费 1000燃料动力 500办公设备 2002021—2023管理费 200小计 40000合计 1500004 存在问题与困难目前开展可燃冰勘探开发还存在一些问题和困难,主要包括:1、目前国际上尚无成熟的商业化开采技术可供借鉴;且现有开采实验活动主要在海域,难度大,成本高,风险大;2、在可燃冰样品钻取、保存、测试和分析实验等方面缺少相应的技术、设备和技术标准;3、我国青藏地区海拔高,人烟少,生态环境脆弱,环保要求严格,工作难度大。4、可燃冰业务处于初始起步阶段,其相关研究、试验、勘查和试采需要巨大的先期投入,一般企业难以承受,需要国家投资予以推动。12五、对中国可燃冰开发的基本看法1 中国可燃冰开发模式对我国可燃冰的开发模式的分析,主要基于以下几点。第一,从目标区来看,我国可燃冰主要分布在南海和青藏地区,而南海目前涉及国际争端,政治环境不稳定,同时深海可燃冰勘探开发难度大,成本高,工艺设备复杂,并且我国海域可燃冰勘探技术与发达国家相比差距较大,因此近期应首先从陆域(即青藏地区)入手,进行勘探开发先导试验和技术积累,待技术成型后再向海域推广。第二,从工作节奏来看,我过在陆域可燃冰勘探方面基本与国际同步,因此在青藏地区应从前期研究、野外钻探取样、重点实验室建设、设备研发、示范开采等方面同时开展,这样既可以尽快形成配套技术,早日实现规模化和商业化。又可以使我国保持陆域可燃冰勘探开发技术领先地位。第三,从勘探技术来看,主要有地震勘探法、地球化学法及地质勘探法。由于可燃冰是一种导电能力差的高阻固态物质,无磁性,赋存于永冻层与非永冻层之间。根据其物理特征和储存地段,因此对可燃冰可使用电法勘查,利用电阻率曲线与极化率曲线,结合水文地质和地面地质可综合分析可燃冰的有无情况。因此,可以使用地震勘探、电法勘探以及地质钻探等方法相互配合了解可燃冰的地下赋存状况。第四,从开发技术来看,对于陆地开采,目前各国常见的技术包括降压开采法、注热开采法、化学剂开采法、二氧化碳置换法以及多种开采模式组合法。青藏可燃冰开发可借鉴美国阿拉斯加的开采技术。2 我国可燃冰开发前景分析我过可燃冰资源雄厚,初步估算远景资源量约 2000 亿吨油当量,既有海底型又有永久冻土型,具备发展可燃冰的先天优势,加之当前社会经济发展对能源需求日益增长,常规油气对外依存度已超过 50%,能源形势日益严峻。因此我国发展可燃冰业务不仅前景广阔,大有可为,也是顺应形势,保障国家能源安全的战略举措,面对国际可燃冰发展形势,在时机上已经时不我待,刻不容缓。3 希望国家和国资委给予的支持13可燃冰勘探开是一项前瞻性极强的探索性业务,目前尚处于前期投入阶段,需要国家从能源接替战略角度大力推动,支持开展相关研究,特别要支持能源企业的勘探开发实践,争取早日实现规模化、商业化开采。中国石油青海油田的主要业务是常规油气,开展可燃冰业务需要国家从以下几方面机遇支持:一是资金支持,按照规划在未来 10 年内需要投入资金 15 亿元,主要开展基础研究,实物工作量和技术研发;二是政策支持,主要是在可燃冰矿业权登记方面,建议目前先与常规油气合并登记,待明确资源、形成技术、实现产品化并初具规模之后再单独设立矿种和矿权。
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