可燃冰行业分析报告Word格式.docx
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图表目录
图1:
南海神狐海域位置图4
图2:
可燃冰的结构5
图3:
可燃冰实物5
图4:
可燃冰储量丰富8
图5:
我国可燃冰发展历史事件10
图6:
简单图示四种可燃冰开发技术11
图7:
石油石化行业历史PEBand14
图8:
石油石化行业历史PB14
根据国土资源部中国地质调查局的消息,中国首次实现海域可燃冰试采成功,中国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。
中共中央、国务院发贺电表示热烈的祝贺!
从5月10日,国土资源部中国地质调查局从采气点的天然气水合物矿藏开采出天然气,一直持续到5月18日10时,累计产气超12万立方米,最高产量达3.5万立方米/天,平均日产1.6万方,其中甲烷含量最高达99.5%。
实现连续超一周的稳定产气,达到了既定目标,标志着中国进行的首次天然气水合物试采宣告成功。
此次中国的试采,科学家们利用了“降压法”,将海底原本稳定的压力降低,从而打破了天然气水合物储层的成藏条件,之后再将分散在类似海绵空隙中一样的可燃冰聚集,利用中国自主研发的一套水、沙、气分离核心技术最终将天然气取出。
此次试开采的钻井平台名为“蓝鲸1号”,是超深水双钻塔半潜式钻井平台,由中集来福士海洋工程有限公司自主设计建造,蓝鲸海洋工程公司联合中国石油集团海洋工程有限公司共同履行平台运营服务合同。
此次试开采的位置为南海神狐海域,距离香港285km,采气点位于该水域水深1266米海底以下203-277米的海床中。
南海神狐海域位置图
天然气水合物是资源量丰富的高效清洁能源,是未来全球能源发展的战略制高点。
可燃冰的成功开采,会成为继美国页岩气革命之后,未来的下一场能源革命吗?
引发未来能源革命的畅想。
二、可燃冰为天然气水合物,天然的清洁能源,储量丰富
可燃冰也叫天然气水合物,主要成分是甲烷与水分子,是天然气和水在低温、高压条件下形成的一种白色或灰色固体结晶物质,因其形似冰块,故称可燃冰。
也称甲烷水合物、甲烷冰,其中甲烷占比80~99.9%,分子式为:
mCH4·
nH2O,m代表水合物中CH4的分子数,n为水合物中H2O的分子数,因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
可燃冰的结构
可燃冰实物
天然气水合物燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油、天然气都要小得多。
1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水,能量密度极高,开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。
1、可燃冰主要分布在海底和高纬度的极地地区
目前科学家已经认识到到自然条件下可燃冰的形成主要有两种形式。
一种是生物成因,另一种是热成因,也可能由两种成固混合前成。
(1)生物成因是指在细菌等微生物的作用下,沉积物中含有的碳元索转化为甲烷;
在适当的温度和压力条件下,甲烷与水发生作用,转化为气水合物。
即可燃冰。
生物成幽的可燃冰通常具有甲烷浓度高、但空间分布较为分散的特点。
(2)热成因的可燃冰通常与石油、天然气的形成和运移密切相关。
由于板块运动或断层活动,在板块边缘或地层中会不断产生裂缝、空隙等可供气体移动的通道.地层深部的生油母质干酪根因热解而产生的天然气便有机会沿着这些通道上升到洋底表面或陆地上的冻土层附近。
在压力作用下.这些天然气与温度很低的海水或冻土层中的水发生作用,便形成了可燃冰。
热成因形成的可燃冰一般分布较为集中,饱和度也比较高,而且其底部往往蕴藏着具有工业开采价值的天然气。
可燃冰形成一般需要三个基本条件,即温度、压力和原材料。
(1)必须是低温条件,可燃冰在0到10℃时生成,超过20℃就会分解,变得“烟消云散”。
因此,无论是在海底还是陆域的永久冻土带都要满足这一条件。
(2)必须要在高压条件下才能生成。
在0℃时,需要30个大气压才可以生成可燃冰。
而以海洋的深度,30个大气压很容易保证,并且气压越大,水合物就越不容易分解。
(3)充足的气源。
海底的有机物沉淀,其中丰富的碳经过生物转化,可产生充足的气源。
海底的地层是多孔介质,在温度、压力、气源三者都具备的条件下,可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。
在原材料、温度、压力三者都具备的条件下,可燃冰晶体就生成了。
一般海底和高纬度的极地地区能够满足可燃冰形成的三个条件,根据目前的研究,海底占据全球天然气水合物总量的90%以上,主要分布于水深300m--3000m的大陆架斜坡和深海盆地沉积物内。
我国是世界上第一个在中高纬度高原冻土带钻获可燃冰实物样品的国家。
全球已公开发表并确证的以及推测的天然气水合物产地达155处,其中的39处由钻井和岩芯取样确证,其余116处则是根据BSR(拟海底反射层)及地球化学资料推测的;
可燃冰在世界范围内分布广泛,以分布的地理命名则分为“海域可燃冰”和“陆域可燃冰”,主要分布在世界三大洋的近海海底、大陆冻土带及内陆湖海中。
2、全球储量丰富,资源量是已知煤、石油、天然气总量的2倍
美国地质调查局的科学家卡文顿曾预测,约27%面积的陆地区域和90%面积的海洋区域具备可燃冰形成的条件,全球的冻土和海洋中可燃冰的储量在3114万亿立方米到763亿亿立方米,全部可燃冰所含有机碳的总资源量相当于全球已知煤、石油和天然气的2倍、剩余天然气储量的128倍,是世界尚未开发的已知的储量最大的替代能源。
可燃冰储量丰富
中国可燃冰主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带,据粗略估算,其资源量分别约为64.97、3.38、12.5和2.8万亿立方米,总资源量超80万亿立方米;
并且已在南海北部神狐海域和青海省祁连山永久冻土带取得了可燃冰实物样品。
目前,我国调查团队已经圈出南海北部7个远景区、19个成矿区带,仅神狐钻探区内11个可燃冰矿体,面积就达到约23平方公里,气体资源量约为194亿立方米,控制资源量达到41亿吨油当量。
三、可燃冰开发受到各国重视,我国走在世界前列
随着煤炭石油等化石能源的日益短缺,以及全球绿色发展的需求,可燃冰被越来越多的国家所关注和重视。
近年来日本、美国、德国、印度等国相继着手制定了可燃冰的详细发展路线图,并纳入国家能源中长期发展规划。
美国:
于1969年开始实施可燃冰调查,1998年把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划。
总统科学技术委员会建议研究开发可燃冰,参、众两院有许多人提出议案,支持可燃冰开发研究。
美国每年用于可燃冰研究的财政拨款达上千万美元。
日本:
1992年开始关注可燃冰;
完成周边海域的可燃冰调查与评价。
日本2013年3月12成功从爱知县附近深海可燃冰层中提取出甲烷,成为世界上首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家。
这是全球首次通过在海底分解含大量天然气成分的可燃冰取得天然气,标志着日本可燃冰开采商业化进程迈出关键一步。
目前在日本的南海可燃冰研发项目中已经制定了完整的计划,将在2016~2018年之间在爱知县附近海域实现商业级别的开采。
俄罗斯:
1960年在西伯利亚发现了可燃冰,并于1969年投入开发。
1970年,苏联开始对西伯利亚可燃冰矿床进行商业开发,采气14年。
从2000年开始,可燃冰的研究与勘探进入高峰期,世界上至少有30多个国家和地区参与其中。
为开发这种新能源,国际上成立了由19个国家参与的地层深处海洋地质取样研究联合机构,有50个科技人员驾驶着一艘装备有先进实验设施的轮船从美国东海岸出发进行海底可燃冰勘探。
我国的可燃冰发展也经历了近20年,其发展也不是一帆风顺,历史重要事件如表1。
我国可燃冰发展历史事件
根据中国战略规划对可燃冰勘探开发的安排,2006~2020年是调查阶段,2020~2030年是开发试生产阶段,2030~2050年,中国的可燃冰将进入商业生产阶段。
四、可燃冰开采难度大,开采对环境影响不明
因绝大部分埋藏于海底,所以可燃冰开采难度十分巨大。
已有超过30个国家和地区在进行“可燃冰”的研究与调查勘探,2013年日本曾尝试进行过海域天然气水合物的试开采工作,虽然成功出气,但六天之后,由于泥沙堵住了钻井通道,试采被迫停止。
目前大多数有关天然气水合物的开发思路基本上都是首先考虑如何使蕴藏在沉积物中的天然气水合物进行分解,然后再将天然气采至地面。
一般来说,人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件,造成其分解,是目前开发天然气水合物中甲烷资源量的主要方法。
简单图示四种可燃冰开发技术
综合各国科学家提出的天然气水合物开发技术,大体上可分为热解法、降压法、置换法、注入化学试剂法四种方法。
热解法:
利用“可燃冰”在温度升高时会自动分解的特性.通过加温方式向可燃冰层功。
但整个开采过程要对甲烷进行两次分离,还要消耗大量能源来加热水温。
置换法:
利用某些化学试剂。
注入“可燃冰”层中,这些化学试剂(如盐水、甲醇、乙二醇等)能与可燃冰发生反应,改变可燃冰的稳定平衡状态.使其发生失稳作用而进行开采。
这种方法同“热解法”一样,对甲烷气体难以进行有效的收集道是个难题。
降压法:
“可燃冰”层下面往往存在游离的天然气.这些天然气被抽出后便能降低矿层的压力.使矿层中的“可燃冰”由于压力减小而失稳分解。
注入化学试剂法:
向天然气水合物层中注入如甲醇等化学试剂,破坏其平衡条件,促使分解。
该方法所需的化学试剂成本较高,且不适合长期或大规模使用。
无论采用哪种方案.由于“可燃冰”结构的特殊性和海底环境的复杂性。
对“可燃冰”矿藏的开采将极其困难。
与陆地上的常规开采相比,很容易发生矿层断裂引起井喷和海底滑坡事故.并带来一系列的连锁反应。
关键是如何实现开采而不用付出沉痛代价。
可燃冰开采难度大,对环境的影响不明朗,具体体现在:
(1)可燃冰的不稳定性。
海域的天然气水合物大多赋存于距海面900米~1200米处,埋藏在海床0米~300米的深度。
甲烷在寒冷、黑暗的条件下,以冰一样的状态存在。
在采样时,要改变它的物理状态,很容易就使其融化,因此对保压取芯装置的要求非常高,大规模开采更加困难;
(2)海底的压力。
海底压力非常大,对采样机、钻机等设备材料的耐压性、密封性以及传感器精密程度的要求都很高,中国离发达国家仍有差距;
(3)环境影响不明。
可燃冰从固体状态变成天然气和水的状态时,体积比例是从1∶164。
这一突然变化的过程使空间体积瞬间增大,就会带来很大压力,对环境甚至是地质灾害的影响不明,如果采矿领域以立方千米计算,这种突然的变化可能会带来海底海啸,如果压力传递至花瓶面,海底滑坡、泥石流和微地震是否在可控范围之内呢?
据估算,全球海底可燃冰的甲烷总量大约是地球大气中甲烷总量的3000倍,如果开采不慎导致甲烷气体的大量泄漏,将可能引发强烈的温室效应。
如何安全地发开,防止甲烷气体造成对气候的损害,仍然是一个核心问题。
同时开采的经济型也是需要重点关注的方面,根据日本国家石油天然气和金属公司(JOGMEC)等的估算,从海底的可燃冰中每提取1立方米的天然气需花费46至174日元(2.8至10.8人民币),远远高于美国的天然气每立方米约10日元(0.6人民币)的价格,可燃冰距离商业开发可能还比较远。
无论如何,中国进行的全球首次试采可燃冰宣告成功,也预告着可燃冰的未来将逐渐清晰。
目前国内可燃冰开发和商业进程还较弱,形成完备的产业链仍需要较长的路程。
五、相关建议——关注油服板块的主题性投资机会
长期看,可燃冰资源储量大,解决好技术、成本及对环境的影响问题,其发展潜力巨大,有望成为全球能源结构的改变者,但目前各国对可燃冰的赋存条件、形成机理和分布特征的研究,以及更进一步的经济性开采技术尚未成熟。
我们认为目前可燃冰的投资主要是主题性的机会,可重点关注受益可燃冰海上钻井服务和随钻测井服务的中海油服、海油工程,同时关注受益可燃冰完井服务、天然气压缩设备及天然气储运相关的石化机械、石化油服、杰瑞股份、潜能恒信等。
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