可燃冰离商业化开发还有多远?

王维

2017年06月08日08:47  来源:中国知识产权报
 
原标题:可燃冰离商业化开发还有多远?

  新闻背景:5月18日,我国进行的首次可燃冰(天然气水合物)试采实现连续稳定产气,取得天然气水合物试开采的历史性突破。那么,何时能够实现可燃冰商业化开发这一目标呢?本文将从专利角度探寻答案。

  可燃冰,是近两年来新能源领域的热词。那么什么是可燃冰呢?可燃冰即天然气水合物,因其外观像冰,且遇火即可燃烧而被称为可燃冰,是一种能量密度非常高的能源。我国可燃冰主要分布在东海海域、南海海域、东北以及青藏高原冻土带,可燃冰储量约为800亿吨油当量,仅陆地可燃冰资源就可供给我国近90年的资源消耗。

  市场广阔 前景喜人

  对可燃冰的研究可以追溯到1810年,英国科学家Davy在实验室首次合成了氯气水合物,拉开了天然气水合物的研究序幕。直到1965年,前苏联在西伯利亚麦索亚哈油气田首次发现了天然产出的可燃冰,此后美国、日本、德国、加拿大、挪威等国对可燃冰进行了大量的调查研究。

  笔者在德温特世界专利索引数据库(DWPI)中检索发现(检索截止日期为2017年6月2日),与可燃冰相关的专利申请达3000多件,申请人主要来自德国、美国、法国、日本、英国、瑞士以及韩国,包括日本三井造船株式会社、三菱重工业株式会社,德国拜耳公司、巴斯夫公司等。

  我国对可燃冰的研究起始于20世纪80年代,当时主要是实验室合成研究。直到1999年,广州海洋地质调查局率先对南海西沙可燃冰储存开展了实验性的地球物理研究,2002年以中国地质科学院矿产资源研究所为首的多家科研单位又对青藏高原冻土带开展了实验性研究,我国对可燃冰的研究从实验室合成转向了实际地质勘探开采阶段。  笔者通过在中国专利文摘数据库(CNABS)中检索发现,我国可燃冰领域的专利申请最早出现在20世纪90年代末,至今在相关领域已积累千余件专利申请,申请人以院校和科研单位为主,企业为辅,分别占比45%和40%。主要申请人包括中国科学院广州能源研究所、西南石油大学、青岛海洋地质研究所、中国海洋石油总公司等。近年来,我国在可燃冰领域取得了一系列的突破性进展,为南海可燃冰成功试采提供了有力的科技支撑。但同时也应认识到,可燃冰作为新能源,其储存地域环境差、开发难度高,仍有许多难题等待科研人员攻破。

  技术创新 任重道远

  我国对可燃冰的研究主要集中于勘探和开采两个领域。可燃冰的主要勘探方法有地震勘探法、地球化学法及地质勘探法。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地震研究法不能直观地反应BSR在三维空间的分布特征,且作图任务繁重。中国石油大学(华东)提交的专利申请(申请号为CN201710066004.3)涉及一种高效的海洋天然气水合物地震研究方法。该方法可以精确判断海底反射层及下伏强振幅反射区是否与水合物及下伏游离气区相关,并提供了一种高效率刻画水合物底界BSR在不同深度分布特征的方法,能够准确识别与水合物相关的BSR,并得到BSR与下伏游离气区的平面分布范围,对于认识水合物体系具有十分重要的作用。同样,地球化学法也有一定缺陷,如该方法一般需在深海沉积物地质取样,再进行实验室分析,因此操作流程复杂、时效性低。青岛海洋地质研究所提交的专利申请(申请号为CN201310219999.4)涉及一种海洋天然气水合物地球化学参数原位测量技术,该技术消除了取样和非原位测定产生的不确定性,简单、实时、高效,可安全地获取高压模拟舱内的高保真信息。

  可燃冰的安全高效开采一直是我国关注和研究的主要课题。可燃冰开采方法主要有以下几种:首先是热激发法, 即利用热水、热蒸汽等热流体,将其注入含有可燃冰的地层,可燃冰受热即分解出甲烷气体;其次是降压法,通过降低压力促使可燃冰分解产生甲烷;再次是化学试剂法, 即向可燃冰地层注入盐水、甲醇、乙醇等化学试剂, 破坏原相平衡,降低可燃冰稳定的温度和压力,促使其分解。

  但是上述方法均存在诸多不足:热激发法的热能利用率较低,装置复杂;降压法由于缺少外部热量的激发,开采过程中可能导致结冰和水合物二次生成,造成管路堵塞降低开采效率;化学试剂法成本高,且可能造成环境污染。

  笔者通过检索发现,中国科学院广州能源研究所提交的专利申请(申请号为CN201511028919.2),公开了一种二氧化碳置换水合物中甲烷气体的实验系统,采用从反应釜底部进二氧化碳,顶部出二氧化碳循环的方式,可强化二氧化碳置换过程的传热、传质,提高置换效率,不仅节省实验成本,而且提高了实验系统的利用效率。另外,中国石油大学(华东)提交的专利申请(申请号为CN201611113530.2),公开了一种降压开采天然气水合物和二氧化碳埋存结合的工艺方法,该方法可同时实现天然气水合物开采和二氧化碳的埋存,并能保证地层稳定性。

  总体来看,科学合理地对可燃冰进行开采开发,有助于改善环境、促进资源有效循环,但目前实现商业化开采在技术层面仍然任重道远。(王维)

(责编:贺迎春、熊旭)