点石成金,“硅业报国”或不仅是理念

 

编辑:KYJC         来源:国土资源部门户网站        时间:2017-05-24

  硅资源在地壳中极为丰富,仅次于氧,占地壳总重的1/4还多,以二氧化硅或硅酸盐形式存在。硅具有良好特性,有“点石成金”之效,广泛应用于精密铸造、硅橡胶、超大规模集成电路、航空航天等生产领域。

 

  中国是全球主要的金属硅(又称结晶硅或工业硅)产地。随着国家节能减排和生态文明建设步伐的加快,很多新兴的能源企业建设了金属硅、多晶硅、单晶硅、太阳能电池等一系列的循环产业链条。

 

  多晶硅,很多人对它并不陌生。太阳能电池板、集成电路芯片等都是由其生产制作而成。在行业内,多晶硅有着“上帝赐给人类的宝石”的美称。当太阳光照射到硅晶体上时,就会产生电势。据此人们成功地研制出了太阳能电池,并开始了太阳能发电。20世纪70年代以后,随着人们对全球性能源危机和环境恶化问题认识的深化,太阳能这一可再生洁净能源的利用受到了普遍重视,光伏产业应运而生。作为光伏产业的基础材料——多晶硅的制备技术及其发展因此而备受瞩目。目前,国际上98%以上的太阳能电池是利用硅材料制备的。硅的纯度越高,光电转换效率也越高。因此,多晶硅成为全球电子工业和光伏产业的基石。

 

  短短十多年时间里,多晶硅在中国太阳能领域迅速得以应用和发展。如今,中国太阳能多晶硅的总产量已经占到世界总量的50%以上。

 

  然而,我国多晶硅产业的发展却不是一帆风顺。

 

  虽然我国拥有丰富的硅矿资源,但在2005年以前,美、日、德等国家都将多晶硅作为战略材料,对我国实施技术封锁和市场垄断,多晶硅需求几乎全部依赖进口。

 

  2007年堪称中国“多晶硅元年”,当年,中国多晶硅产量首超千吨。2008年,国外媒体针对我国多晶硅生产造成污染进行了不实报道,打压刚刚兴起的中国多晶硅产业。在技术受制于人的情况下,国内多晶硅行业的生产水平、规模、成本、能耗、污染等问题备受诟病。2010年,我国光伏产业遭遇美、韩多晶硅低价倾销。2012年又遭到了欧美对光伏终端产品的“双反”制裁。

 

  愈挫愈勇。经过多年努力,如今,单就光伏产业而言,我国目前市场规模已达到3600亿元,很多中国企业的光伏发电产品远销海外。

 

  

奋力弯道超车

 

  随着全球多晶硅需求的增长,其用量和价格也快速增加和上涨,硅矿产业的开发利用前景良好。

 

  我国多晶硅的老牌生产企业——中国恩菲工程技术有限公司(下称“中国恩菲”)子公司洛阳中硅高科技有限公司(以下简称“中硅高科”)是一家高新技术型多晶硅生产企业,其用“以技术带动研发,研发带动产业,产业形成技术提升的研发与生产双螺旋上升”的方式,践行“硅业报国”的理念。

 

  实际上,我国多晶硅产业在发展初期曾经历过一段“末端治理”成本高而效果不理想的“高能耗、高污染”阶段。而今,不少企业已经做到近“零”排放。中国恩菲不仅能够使几乎100%的四氯化硅和三氯氢硅循环利用,还能够“废物利用”,衍生价值。“我们高新技术企业就是这样,不断研发,别人都做得很好的领域,我们就退出,转而研发国内技术欠缺的领域。”洛阳中硅高科董事长李爱民说。

 

  就在我国多晶硅产业快速发展时,2012年,欧美国家对我国光伏产业进行了“双反”调查,使我国的光伏产品被拦在了欧美国家的国门之外。据介绍,欧美国家的多晶硅企业通过签订长单合同锁定大量客户,保障利润长期化,再通过签订短单合同低价打压中国的新兴产业。几番打压下来,到2012年,我国多晶硅行业全产业亏损,40多家企业停产,大批从国外进口的价值数十亿元的设备打了水漂。

 

  海外市场受阻刺激了光伏内需市场的快速发展,进而促进了我国能源结构的调整。随着光伏内需市场的快速启动,我国多晶硅产业肩负起了发展新能源的重任。

 

  

唯有技术降本

 

  对于多晶硅产业而言,用电成本占据了其总成本的约30%~50%,因而降低成本成为多晶硅生产企业考虑的重要因素之一。

 

  瞄准新疆、内蒙古等西部地区的低电价优势,国内知名多晶硅生产企业纷纷将产能向西部转移。在众多的多晶硅生产企业中,中国恩菲显得有些特立独行:其多晶硅生产基地地处洛阳,这里电价超过0.5元/千瓦时,远高于新疆地区0.2元/千瓦时。但企业仍然能够保证正常的盈利水平,秘诀就是坚持将技术研发和应用有机融合,降低能耗量。

 

  高纯多晶硅的生产过程是将高纯三氯氢硅用高纯氢气还原成高纯多晶硅的过程,其能耗占总能耗超过50%,是实现多晶硅生产环节节能降耗的重点。中国恩菲多晶硅研发团队创新工艺技术,持续大幅提高多晶硅节能还原炉单炉年产量,为万吨级多晶硅生产线和节能技改提供了技术支撑。同时他们将整个多晶硅工厂及周边的各种能源要素通盘考虑,冷热综合利用,为多晶硅低成本、低能耗经济运行创造条件。

 

  目前,中国恩菲生产电耗为75千瓦时/千克以下,业内领先。“多晶硅这个产业太朝阳了,硅产业链的延伸还很广,还要继续研发。”李爱民表示。也正因为如此,多晶硅产业的创新研究就极为重要。中国恩菲拥有我国唯一的多晶硅制备技术国家工程实验室,公司2016年投入研发的费用约占其销售收入的4.7%。

 

  持续研发与提升多晶硅工艺技术及装备水平,进一步节能、减耗、降本,是多晶硅行业生存和发展的不二选择,也是独立自主发展我国光伏产业的必经之路。经过8年的不懈努力和技术研发,如今我国多晶硅综合能耗大大降低,市场价格由10年前的每吨325万元降低到如今的每吨9万元至12万元,自主知识产权为我国光伏产业发展奠定了基础。

 

  如今,以多晶硅为原料制造的光伏发电在农村电气化、通信行业、大型地面电站、光伏精准扶贫等方面实现快速发展。据媒体披露,在我国腾格里沙漠的边缘有一处60兆瓦光伏电站。起初建站时,这些太阳能电池板下方还是一片沙漠。渐渐地,由于电池板遮挡日照,减少了地面水分蒸发,沙化严重的土地上慢慢长出了草。后来,电站管理部门养了二十几只羊吃草,到如今羊群已繁殖到上百只。光伏电站的建设,除了进行发电外,还帮助当地实现了生态修复,绿色养殖。

 

  

过剩还是不足?

 

  无论是在国家发改委等政府部门,还是在投资界,抑或光伏产业内部,提到我国的多晶硅市场,普遍的观感是产能过剩。真的是这样的吗?有业内分析人士认为,其实问题症结在于,我国的绝大多数多晶硅的产能并不是有效产能。

 

  数据显示,如果将在20万元/吨的价格水平下还能生产的产能称为有效产能的话,2014年,我国多晶硅的有效产能仅为8万吨,只占我国多晶硅需求量的40%出头,进口多晶硅数量大约占了57%。其余的约10万吨产能已经成为无效产能,不少多晶硅工厂的装置已经永久报废并拆除。

 

  另有数据显示,2015年国内多晶硅厂家仅生产了约7.4万吨多晶硅。但与此同时,国内的2015年的光伏组件产量比上年有约16%的增长,组件的增加必然代表多晶硅用量的增加。因此,2015年多晶硅的需求中的增量部分全部是由进口多晶硅满足的。

 

  数据无言,但最具有说服力。由此可见,多晶硅产业并不是过剩,而是正如李爱民所说“这个产业太朝阳了”。

 

  国家能源局发布的《太阳能发展“十三五”规划》 提出,到2020年,光伏发电电价水平在2015年基础上下降50%以上,在用电侧实现平价上网目标。李爱民认为,多晶硅价格的下降有助于推进光伏平价上网的进程。这对于多晶硅品质的提升提出了更高的要求,而不仅仅是生产重复的过程。他希望技术创新型企业能够得到更多的关注,并呼吁多晶硅生产企业在看到西部低电价机遇的同时,能够关注技术的创新和提升。“这样,产业才能得到健康有序的发展。”李爱民说。(赵腊平 吴启华)

 

 

 

 

  展会背景:中国国际矿业大会(CHINA MINING)

  中国国际矿业大会作为全球矿业高峰论坛暨展览会,是世界顶级矿业盛会之一,是全球最大的矿产勘探、开发交易平台之一,涵盖了地质勘查、勘探开发、矿权交易、矿业投融资、冶炼与加工、技术与设备、矿业服务等整个产业链,为国内外矿业企业创造交流机会、加强相互合作起到了积极的推进作用。

  2017(第十九届)中国国际矿业大会将于2017年9月23-25日在天津市区的梅江会展中心举行。(www.chinaminingtj.org)

 

 

干热岩开发,能否改写传统能源版图?

编辑:KYJC         来源:国土资源部门户网站        时间:2017-03-22

  随着我国经济的持续增长,对能源的需求量越来越大。煤、石油、天然气等常规能源不但面临剩余储量不断减少、严重枯竭等问题,还存在环境污染的问题。因而,大力发展新能源势在必行。专家认为,地热资源已成为新能源中的佼佼者,而干热岩又是其中最具应用价值和利用潜力的清洁能源。

 

  

干热岩资源何处有

 

  全球的干热岩主要分布在美国墨西哥湾、南美太平洋沿岸国家、朝鲜半岛、日本北海道,菲律宾、印度、新西兰、南澳大利亚的部分地区,冰岛等欧洲西北部和俄罗斯远东地区等。全球干热岩地热资源量巨大,比蒸汽型、热水型和地压型地热资源量大得多,比煤炭、石油、天然气的热能总和还要大。

 

  根据我国区域地质背景,高热流区均处于板块构造带或构造活动带,我国西南部的地热活动具有南强北弱、西强东弱的规律,东部区的地热活动呈东强西弱之势。在滇藏、东南沿海、京津冀、环渤海等地区分布有较大范围的火山岩体,说明我国具备干热岩地热资源形成的区域构造条件。据调查,我国干热岩主要分布在3个区域:沉积盆地区(东北、华北和苏中)、近代火山活动地区(包括吉林长白山、山东蓬莱、海南琼北、台湾基隆、黑龙江五大连池、云南腾冲、新疆南部和青藏高原西南部等)和高热流花岗岩地区(福建、广东、广西)。我国干热岩所储存的热能约为已探明地热资源总量的30%。

 

  目前,人们对干热岩的开发利用,主要是发电。利用干热岩发电技术可大幅降低温室效应和酸雨对环境的影响,且不受季节、气候制约。因为干热岩发电既不像火电那样向大气排放大量的二氧化碳等温室气体、粉尘等气溶胶颗粒物,也不像水电那样因水坝的修建而破坏局部乃至整个河流的生态系统以及在水电厂周围引起各种程度不一的环境地质灾害,所以干热岩发电几乎完全摆脱了外界的干扰。

 

  同时,干热岩因其得天独厚的较高温度,一旦成功开采出来,将是冬季供暖的良好热源。干热岩供暖技术具有普遍适用性、绿色环保、运行成本低、安全可靠等优点。

 

  

美、日等国先到一步

 

  目前,全世界有120多个国家在开发利用地热资源,其中比较典型的有美国、日本、澳大利亚等。2001年,美国能源部开始实施“增强地热系统”干热岩开发试验计划,预期在2030年实现干热岩地热发电的商业化运营,到2050年干热岩地热发电量计划超过10×104兆瓦。2003年,澳大利亚在库珀盆地开展了干热岩地热开发利用试验项目,该盆地的热能储量高达500亿桶油当量,井深4500米处干热岩温度高达270摄氏度,并进行了水循环与发电试验。欧洲也在大力开展干热岩地热开发技术研究,如德国在法尔肯贝格对岩石的裂隙、压裂产生裂隙的机制以及水在这些裂隙中的运移机理进行了研究。

 

  我国对地热的开发利用仍处于初级阶段,主要集中在中低温热资源的研究和利用方面;对干热岩地热资源的开发研究尚处于起步阶段,在部分地区进行了干热岩地热资源调查,仅少数科研单位开展了初步理论研究。我国对干热岩的接触始于上世纪90年代,中国国家地震局地壳应力研究所和日本中央电力研究所在北京房山区合作进行了干热岩发电研究试验工作。

 

  2012年,我国启动了“863”计划项目“干热岩热能开发与综合利用关键技术研究”。2013年,国土资源部在青海共和盆地中北部钻成井深2230米、井底温度达153℃的干热岩井,对干热岩地热开发进行了探索试验。

 

  此后,中国地质调查局地热资源调查研究中心编制了《全国干热岩勘查与开发示范实施方案》,计划在掌握全国干热岩资源与潜力的基础上,找出优先开发靶区,建立干热岩勘查示范基地,形成我国干热岩勘查开发关键技术体系,推进我国干热岩技术商业化。

 

  

前景广阔但尚待时日

 

  我国政府相关部门都出台了一系列政策措施支持干热岩开发利用。其中,最近出台的《地热能开发利用“十三五”规划》明确提出,在“十三五”时期,开展干热岩开发试验工作,建设干热岩示范项目,通过示范项目的建设,突破干热岩资源潜力评价与钻探靶区优选、干热岩开发钻井工程关键技术以及干热岩储层高效取热等关键技术,突破干热岩开发与利用的技术瓶颈;开展万米以浅地热资源勘查开发工作,积极开展干热岩发电试验,在藏南、川西、滇西、福建、华北平原、长白山等资源丰富地区选点,通过建立2个~3个干热岩勘查开发示范基地,形成技术序列,孵化相关企业,积累建设经验,在条件成熟后进行推广。

 

  截至目前,我国已初步筛选出干热岩勘查开发的几大重点区域:东南沿海地区、藏南地区、大同盆地、松辽平原、环渤海地区、长白山地区、五大连池地区、雷州半岛地区、琼北、川西、滇西、华北平原、苏北盆地、关中盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、阿尔山地区、塔什库尔干地区。国内部分省市对干热岩的开发利用也表现出了兴趣,如山东、青海、广东等省在该领域都已经有了投入。

 

  有关专家表示,在干热岩开发利用方面,我国现在面对的是一片空白,所知甚少,实际操作中如何压裂、如何保证裂隙连通、如何保证流量填充、如何实现可持续,都是必须解决的技术难题。

 

  值得欣慰的是,2013年底成立的中国地调局地热资源调查研究中心为示范工程的开展提供了坚实的团队支撑。该中心将作为一个平台,集聚各方人才和力量,共同开展我国地热勘查开发利用研究。其中,一个团队是干热岩资源研究团队,主要开展地壳热结构、盆地热演化、高温地热资源形成机理等研究。他们将完成我国干热岩资源潜力调查评价与研究基地建设的调查计划,并开展干热岩资源科学开发利用与试验研究,建设干热岩压裂和热交换模拟系统,并将其作为未来申报国家重点实验室或国家工程中心的一项重点内容。

 

  干热岩开发利用,需要借助大量水循环,每次提取地热资源时,都要给地下岩石水库注水,在循环过程中还要对流失的水不断进行补充。因此,充足的水源供应是开发利用热干岩的一项重要条件。当然,目前也有专家正在研究用超临界的二氧化碳作为循环液。这种方法可以避免水溶液注入可能产生的一系列问题,同时实现二氧化碳的资源化。不过,这项研究才刚刚起步,仍面临不少技术难题。

 

  他山之石,可以攻玉。我们通过同国外公司合作,不断积累,一旦有了自主创新的成果,我们就有可能做得比他们更好。此外,干热岩在社会民众层面的认知度并不高,还需要辅助更多的宣传,以取得民众的理解和支持,便于更好地开展工作,进一步推动国家能源可持续发展战略。

 

  近年来,我国将绿色发展提升到前所未有的高度。干热岩作为最具应用价值和利用潜力的清洁能源,必将在优化能源结构,防治大气污染,改善人民生活,促进经济社会生态环境科学、协调发展等方面发挥更加重要的作用。尽管目前我国干热岩开发还处于起步阶段,技术基础和理论尚未突破,面临的困难也很多,但只要我们加大理论研究和技术攻关,积极开展示范工程,终将形成我国干热岩地热开发自主化技术体系,并实现大规模高效利用。(吴启华)

 

 

  

  展会背景:中国国际矿业大会(CHINA MINING)

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全球黄金行业发展分析

编辑:KYJC         来源:国土资源部信息中心        时间:2017-01-12

  黄金以它的稀缺性、抗腐蚀性强、易保存和极好的延展性倍受人类的喜爱,成为金融属性最强、与经济发展最密切的金属。

  一、黄金用途相对单一

  黄金主要用于首饰、工业、储备和投资。其中首饰是最主要的用途,其用量约占50%;其次是投资,主要指金币和金条等,其用量约占30%;再次为工业和国家储备,分别约占10%(图1)。首饰、金币和金条、国家储备都体现了黄金的金融属性,因此黄金的用途主要体现其保值功能。随着全球经济的发展,黄金在金融稳定方面发挥的作用越来越大,因此在国家储备的用量逐渐增长,同时也带动了首饰和投资的增长。

  二、黄金是勘查的热点矿种

  由于黄金的金融属性,黄金一直以来都是固体矿产勘查的热点矿种。据SNL统计,自1998年以来,全球黄金矿产勘查投入为654.16亿美元,是勘查投资最热的矿种,占全球非燃料固体矿产勘查投入的比重基本在40%以上,1998年甚至接近六成(图2)。


  虽然全球投入巨资开展黄金勘查,但由于开采量比较大,黄金储量增长缓慢。黄金储量由1990年的4.24万吨波动增至2015年的5.6万吨,年均增长1.1%。21世纪前15年仅增长了8000吨。

  三、黄金产业的发展与经济密切相关

  自从人类发现黄金以来至本世纪初生产了约18万吨矿产金。19世纪之前生产了1万吨,19世纪生产了1.15万吨,20世纪生产了11.12万吨,21世纪截止目前生产了4.21万吨(表2)。

 

  全球矿产金的生产与经济发展密切相关。全球矿产金生产增速与全球GDP增速的变化趋势基本一致,同时全球矿产金生产增速的变化早于全球GDP增速的变化,因此全球矿产金生产增速是全球GDP增速变化的先行指数(图3),从而将矿产金生产增速变化作为预测全球经济变化的重要参考指标。

 

  自1900年以来,全球矿产金生产的变化规律明显。一是经历了三个完整的周期(表3),每个周期约为30年且都与一次全球性大事件息息相关(图4)。

  第一个周期(1910-1940),与之相关的是第一次世界大战;

  第二个周期(1941-1970)与之相关的全球性事件为第二次世界大战;

  第三个周期(1971-2000)与之相关的全球性事件为全球经济危机,在20世纪90年代发生的东南亚经济危机是局部性事件,对矿产金生产的影响也比较小,成为本周期中的小周期;

  第四个周期(2001-2030)与之相关的全球性事件为全球金融危机。根据前三个周期的规律,第四周期预计在2030年前后结束,未来15年全球基本不会出现影响全球经济发展的大事件发生,全球经济发展将会迎来比较的稳定的15年,而2030年后有可能出现影响全球经济发展的大事件。

 

  四、黄金行业效益高

  黄金行业投入产出比高。1998年以来,黄金行业投入产出比均在10以上,2002年和2015年甚至高达30以上(图5),黄金行业的高投入产出比吸引了大量的勘查资本。2000年以来黄金行业的投入产出比平均为23.8(表4)。

 

  黄金行业在经济发展中居有重要地位。其产出占全球GDP的比重保持在万分之七以上,且呈上升态势(图6)。

 

  总之,全球黄金行业发展处于上升期,消费重心向以中国和印度为首的亚洲转移,生产与需求稳定增长,仍将是热门行业。随着美元、欧元、英镑等国际货币不断贬值,黄金的保值功能将会越来越重要,对黄金的需求将持续增长。

 

  展会背景:中国国际矿业大会(CHINA MINING)

  中国国际矿业大会作为全球矿业高峰论坛暨展览会,是世界顶级矿业盛会之一,是全球最大的矿产勘探、开发交易平台之一,涵盖了地质勘查、勘探开发、矿权交易、矿业投融资、冶炼与加工、技术与设备、矿业服务等整个产业链,为国内外矿业企业创造交流机会、加强相互合作起到了积极的推进作用。

  2017(第十届)中国国际矿业大会将于2017923-25日在天津市区的梅江会展中心举行。(www.chinaminingtj.org)

 

海底矿产资源及其应用前景

编辑:KYJC    来源:中国矿业网    时间:2017-01-05

  随着陆地上矿产资源的日益减少,人们自然把注意力移向海洋。海洋占地球面积的2/3,蕴藏着丰富的矿产资源。世界上海底石油的产量已达到全部石油产量的30%左右。我国海上石油工业有了长足的发展,海底石油的产量可占到石油总产量的11%。分布十分广阔的大洋金属结核,因其含有丰富的Cu、Co、Ni等有用金属,早已引起人们的重视,我国也已在东太平洋的C-C区圈定15万平方公里的开辟区,已获联合国的批准。海底矿产资源十分丰富多样。本文着重介绍海底热液硫化物和天然气水合物这两种十分重要的资源。

  

海底热液硫化物矿

  1.1发现

  1948年瑞典的信天翁号科学考察船在红海中部考察时发现了水温和盐度异常,随后在该处的进一步调查中发现了多金属软泥。 研究认为,这种多金属软泥的形成和海底扩张有关。六十年代末七十年代初,在人们使用海底照相技术用于海底扩张洋脊区的调查时,在大洋中脊发现了一系列的热液喷口,并证明多金属的软泥正在那里沉积形成。1972年、1976年在哥拉帕哥斯扩张脊和1984年在冲绳海槽进行的海底热流调查研究时都发现了很高的热流异常。如冲绳海槽的某些测站的热流值达到200多MW/M2,这比正常的海底热流值高三倍多。随后在这些区域进行的深潜调查都发现了海底热液硫化物矿的存在。此外,海底热液硫化物矿的发现在很大程度上还依赖于人类深潜技术的成熟。美国ALVIN号深潜器、法国的NAUTILE号深潜器、前苏联的MIR号深潜器及日本的深海2000号和深海6500号深潜器都在海底热液活动及其热液硫化物矿产的调查研究中起到了非常重要的作用。从1963年美国发现者号在红海发现热液成因的多金属软泥,到1979年Alvin号深潜器在东太平洋海隆发现正在生长的热液黑烟囱,直到现在,现代海底热液硫化物矿产的调查研究已经历了半个多世纪的历程。半个多世纪以来,科学家们通过不懈的努力取得了令人注目的调查发现和研究成果。

  1.2分布

  随着调查活动的不断进行,海底热液硫化物矿区的发现已从特定的区域拓展到大洋中脊,从弧后盆地拓展到板内火山。很快,人们认识到海底热液硫化物矿在全球的海底是一种十分普遍的地质现象。已经知道,大洋中的三大构造背景(大洋中脊,板内火山和弧后盆地)普遍发育热液硫化物矿。虽然对大洋中除大洋中脊、板内火山和弧后盆地以外的其它地区没有更多的调查资料,但可以肯定,大洋中构造活动的地区应是海底热液硫化物发育的主要场所。到目前为止我们已在世界海底发现了一百多个热液硫化物矿化点。根据我们的研究结果,现代海底热液硫化物主要分布在中低纬度的洋中脊的中轴谷和火山口附近,水深一般在2600米,处于洋中脊扩张段地形较高的部位,并且扩张速率和热液活动区的分布密切相关。

  1.3潜在的巨大资源

  从1978年在东太平洋海隆发现块状硫化物以后,热液成矿的问题在现代海底热液活动的调查研究中得到了足够的重视。到1993年在世界海底已圈定了139处热液矿化点,其中多处资源量超过百万吨。如,东北太平洋海隆勘探者海脊的块状硫化物堆积体,直径达200米,高为10米,储量大于1.5Mt,北胡安得福卡海脊7处热液堆积体,直径400米,高60米,估计每处资源量超过1.0Mt,红海阿特兰提斯II海渊的热液金属储量估计为94.0Mt,大西洋中脊TAG热液活动区的一处硫化物堆直径250米,高50米,估计块状硫化物的储量为5.0Mt。另外,根据对西太平洋劳海盆黑白烟囱体的调查研究,无论从规模大小还是硫化物的含量看,其储量都不低于大西洋中脊TAG热液区。加上绵延在4公里长,200米宽的地带中存在着数百个锰烟囱,按一般厚度4.5厘米计算,资源量估计超过10.0Mt。可见整个世界海底热液矿产资源量十分可观,资源开发前景十分诱人。

  1.4我国的研究

  早在1985年我国就有学者提出了热液成矿的多元理论,并注意了洋脊地下热液在Fe、Cu等硫化物沉淀中的作用。但这一时期我国在这方面的研究仅限于理论研究和以国际合作的形式参与国外的调查研究。1988年和1990年中、德、美合作利用德国的太阳号科学考察船两次对马里亚纳海槽的热液硫化物进行调查。1993年,中国科学院海洋研究所首次用科学一号在冲绳海槽进行了一个航次的热液矿床的调查,并在1994年3月再度组队对冲绳海槽的热液硫化物进行实地调查。1998年我国的大洋一号在马里亚纳海槽开展了首次大洋热液矿点实验调查。我国经过短短十几年的大洋热液矿产调查取得了较为注目的成绩。如,我们在冲绳海槽的热液样品中发现金和银的含量都很高。

  

天然气水合物

  现代社会经济增长的基础是对能源的占有和利用。当今世界能源的80%来自化石燃料——煤、石油和天然气。随着经济的发展、人口的增长,人类对资源的需求也在逐年增大。按照我们传统的化石燃料理论和勘探结果,人类行将面临不可再生化石燃料资源的短缺问题。因此,寻找新型替代(或称后续)资源以解决资源短缺问题,维持经济持续发展,是我国也是世界各国共同面临的重要课题。天然气水合物自上个世纪在海底沉积物中广泛发现以来,因其分布广、资源量大、能量高而引起科学界的高度重视,并被认为可望成为“21世纪行将枯竭的常规油气能源的后续能源”。日本科学家的最新研究结果表明,日本的天然气水合物探明储量可供日本在石油和天然气枯竭后使用140年。这一结果足以引起我们对天然气水合物研究的高度重视。可以预计21世纪,天然气水合物单从能源的角度来看将会扮演一个非常重要的角色。

  2.1稳定赋存和分布

  天然气水合物是一种水包气(一般是甲烷)的笼形物,外形似冰。水分子形成一个笼形格架,中间为一个气体分子。很多气体分子的大小都适合于填充到笼形格架中形成水合物,如二氧化碳、硫化氢和一些低碳的碳氢化合物。一般地,如果笼形格架中充填了二氧化碳则称为二氧化碳水合物,如果充填了甲烷则称为甲烷水合物。研究表明,天然气水合物是在一定的温度-压力条件下才形成并稳定存在的。气体水合物主要形成于低温高压的环境中。温度范围一般在-10℃—30℃,相应的压力范围为1-100MPa。如果温度升高相应的压力也必须升高。比如在0℃,只要压力条件大于3MPa就可以形成气体水合物,而当温度升高到20℃时,压力必须大于20MPa,气体水合物才能形成并稳定存在。

  根据天然气水合物稳定存在的稳压范围容易推知,天然气水合物主要存在于两极低温的陆区和深海高压的沉积物中。目前,已在世界各大洋和大陆内海确定了80多处天然气水合物远景区,其中多处经海底钻已探得到证实,如秘鲁近海、美国东部和西部海域、日本近海等。

  2.2潜在的巨大能源

  据资料,陆地面积的27%,海域面积的90%都有天然气水合物分布。而且目前已知的绝大多数天然气水合物为甲烷水合物。甲烷水合物是甲烷气体的捕获器,在一个大气压下,分解单位体积的甲烷水合物,可以得到160体积的甲烷气。因此,在地表以下深约2000米的浅层沉积天然气水合物内隐藏着大量的甲烷。甲烷水合物的含碳量是所有化石含碳量的两倍。这种甲烷水合物的能量通量(在标准状况下每单位体积岩石中的甲烷体积)是其它非常规气源(如煤层、黑色页岩和深部含水层)能量通量的10倍,是常规天然气能量通量的2-5倍。其储量大约相当于煤炭和常规石油天然气总量的3倍。根据美国地质学家的资料,现代天然气水合物的总资源量为1×1018m3,据28届地质大会资料,天然气水合物的资源量可达28×1013m3。

  可见,天然气水合物的储量极为丰富。有些科学家已肯定地指出天然气水合物将是21世纪的重要能源。

  2.3国外对天然气水合物的研究

  80年代以来,俄、美、日、加、德、荷、印等国在海洋天然气水合物调查与开发方面给予高度重视,从资源储备的战略高度相继制定了长远发展规划和实施计划。应该指出的是,90年代以来天然气水合物的研究才蓬勃发展起来。美国1995年在ODP第164航次中,率先在布莱克海脊布设了三口勘探井,首次有计划地取得了天然气水合物样品。1995-1999日本基本完成了南海海槽天然气水合物的海上地球物理调查,3000米的勘探井揭穿增生楔的天然气水合物沉积。在1998年5月,美国参院资源委员会一致通过“海底天然气水合物研究与资源开发计划”。本世纪大洋钻探计划(ODP21)也将海底天然气水合物的形成机理确定为主要的学术目标之一。印度针对本国能源不足的现状,在1996-2000年间设立了寻找海底天然气水合物资源的专项研究,计划投入5600万美元在孟加拉湾和阿拉伯海开展调查研究工作。

  近10年来,对海底天然气水合物的产生条件、分布规律、形成机理、环境效应、勘查技术、开发工艺、经济评价与环境保护等方面的研究已取得实质性进展。

  2.4我国边缘海域的天然气水合物研究

  近年来国内有关单位召开了以天然气水合物为主题的研讨会,强调了在我国开展天然气水合物研究的意义,并首先资助了南海海域天然气水合物的海上调查工作。目前,我国一些主要的科技项目,如国家自然科学基金项目、ODP项目、973项目、S863项目等都把天然气水合物的研究列为重点的研究内容。

  我国东海及邻近的海域不仅具有丰富的地质内涵,而且具有丰富的石油天然气资源。从上世纪六十年代开始在该区域进行的以构造演化和矿产资源(油气)评价为主要目地的地质地球物理调查,积累了大量的可资天然气水合物研究的资料。其中包括地质取样资料、海底温度资料、地壳热流资料、地温梯度资料、折射地震资料、多道地震资料、钻井资料等。资料显示,在我国边缘海域中(东海、南海和台湾东部海域)的部分地区具备天然气水合物稳定存在的水深条件和海底温度条件。ODP184航次在南海的钻探结果显示出天然气水合物的化学异常,南海北部陆缘多处地震剖面上都识别出BSR。专为天然气水合物研究而在南海布设的地震测量剖面上也发现有明显的BSR显示。我国东海及邻近海域的天然气水合物研究与勘探工作正在进一步展开。(矿业俱乐部)

  展会背景:中国国际矿业大会(CHINA MINING)

  中国国际矿业大会作为全球矿业高峰论坛暨展览会,是世界顶级矿业盛会之一,是全球最大的矿产勘探、开发交易平台之一,涵盖了地质勘查、勘探开发、矿权交易、矿业投融资、冶炼与加工、技术与设备、矿业服务等整个产业链,为国内外矿业企业创造交流机会、加强相互合作起到了积极的推进作用。

  2017(第十届)中国国际矿业大会将于2017923-25日在天津市区的梅江会展中心举行。(www.chinaminingtj.org)

  

2016中国矿产资源报告

编辑:KYJC  来源:国土资源部门户网站  时间:2016-11-25

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  2017(第十九届)中国国际矿业大会将于2017年9月在天津市区的梅江会展中心举行。(www.chinaminingtj.org)

    

准噶尔盆地二氧化碳地质储存概况

编辑:KYJC    来源:中国矿业报    时间:2016-07-25

  自18世纪中叶工业革命以来,因人类活动影响,全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化。进入21世纪,全球气候变化的趋势还在加剧,由气候变化导致的气温增高、极端天气和气候事件频发等问题也日益凸显。

  准噶尔盆地,这一位于新疆北部的阿尔泰山和天山之间的我国第二大内陆盆地,也同样需要面对因经济发展带来的气候变化的挑战。由于受历史发展条件制约,准噶尔盆地与我国中西部其他盆地类似,工业发展以煤电、重化工产业为主,“生态环保”的经济社会发展需求与“高投入、高消耗、高污染和低产出、低效益、低品质”传统发展方式的矛盾依然突出,产业升级与转型在一定时期内还面临较大困难。这种矛盾在新疆维吾尔自治区尤为突出,尤其是处于经济发展快速增长的准噶尔盆地准东地区。

  2012年12月11日,经新疆维吾尔自治区人民政府批准,《新疆准东经济技术开发区总体规划》颁布实施,确立了准东经济技术开发区的定位和发展目标:成为世界级煤炭、煤电、煤化工为重点的煤炭资源综合利用产业聚集区;成为国家战略型能源开发综合改革试验区;成为国家西部地区能效经济发展示范区;成为国家级资源型地区绿色发展先导试验区;成为天山北部工业生态文明发展示范区。

  在保证社会经济和人民生活水平提高的同时,落实绿色、生态文明发展的要求,必须探索应用新的产业技术。二氧化碳地质储存与资源化利用技术是减排二氧化碳的直接有效技术之一,受到国内外的普遍关注。该技术是指将二氧化碳注入地下,利用地下矿物或地质条件,生成或者强化有利用价值的产品,且相对于其他具有相同产品或功效的工艺可减少二氧化碳排放的过程。二氧化碳地质储存与驱油、驱气、驱热结合,可提高石油、天然气、煤层气、地热等能源采收效率;与驱替高含钾、锂的卤水结合,可提高钾、锂等稀缺矿产资源保障,又能在一定程度上控制气候变化等环境问题。另外,在砂岩型铀矿中使用二氧化碳加氧气进行地浸采铀具有低成本、低污染和高产出的技术优势,对解决我国铀能源保障具有重要意义。

  近年来,中国地质调查局水文地质环境地质调查中心依托地质调查工作,对新疆维吾尔自治区境内的准噶尔盆地实施二氧化碳提高石油、天然气、煤层气采收率和强化深部咸水开采技术开展了深入研究评价,为类似盆地实现环境保护和提高能源资源保障能力的双赢探索了新思路。

  二氧化碳提高石油采收率技术是将二氧化碳注入到油藏中,利用其与原油间的物理、化学、水力学作用,实现石油增采和二氧化碳封存的工业过程。该技术已被证明是众多三次采油技术中最为有效的技术之一,未随原油排除的二氧化碳将被永久封存到油藏中。

  准噶尔盆地受多期构造运动影响,油气藏具叠合盆地典型的“多源、多期、多机制、多类型”成藏特征。2009年以来,中石油新疆油田开展了准噶尔盆地二氧化碳驱油、埋存潜力评价及先导试验可行性研究,在基础研究、野外技术示范等方面取得大量实践经验。2013年6月,新疆油田工程技术公司在塔里木盆地的塔河油田实施了深度超过6000米的超深井二氧化碳提高石油采收率储存作业,创造了该技术领域国内多项记录。

  二氧化碳提高石油采收率技术可将二氧化碳注入现有油井中埋存,减少碳排放,在适宜条件下还可以增加原油产量,一举两得。据国土资源部新一轮全国油气评价成果显示,准噶尔盆地石油地质资源量40.72亿吨~80.75亿吨。按新疆油田典型区块平均提高石油采收率10.88%计算,可增采石油4.43亿吨~8.79亿吨,储存二氧化碳8.28亿吨~16.41亿吨。在众多二氧化碳地质储存技术中,因二氧化碳提高石油采收率技术经济效益显著,在盆地具有很好的应用前景。

  二氧化碳提高天然气采收率技术指注入高压二氧化碳到即将枯竭的气藏恢复地层压力,由于重力分异作用二氧化碳会向下运移,促使天然气向顶部运移并稳定地产出,从而将自然衰竭无法开采的天然气驱替出来提高天然气的采收率,同时将大量二氧化碳封存于气藏地质结构中来实现二氧化碳减排,并且有效避免了坍塌沉淀和水侵等现象的发生。准噶尔盆地陆梁隆起、中央坳陷和山前断褶带天然气田内天然气地质储存约1625.77亿立方米,可储存二氧化碳约1.56亿吨。

  二氧化碳提高煤层气采收率技术是指将二氧化碳注入深部不可开采煤层中封存起来,同时将煤层中的煤层气驱替出来加以利用的过程。该过程不仅储存了二氧化碳,实现了温室气体减排,同时开采了煤层气这种优质能源,具有双赢效果。据国土资源部新一轮全国油气评价成果显示,准噶尔盆地2000米以浅区煤层气主要分布在侏罗系八道湾组和西山窑组,地质资源量为38698.37亿立方米,可储存二氧化碳约15.97亿吨。

  二氧化碳强化深部咸水开采技术是指将二氧化碳注入深部咸水层或卤水层,驱替高附加值液体矿产资源(例如锂盐、钾盐、溴素等)或深部咸水资源,加以综合开发和利用同时实现二氧化碳长期储存的过程。该技术是传统的二氧化碳深部咸水层储存与地面咸卤水处理技术的组合。但与传统的储存相比,该技术因抽采深部地下水,一方面可增加二氧化碳储量、降低大规模二氧化碳储存风险 ;同时,抽采的咸卤水进行处理,可用于解决工农业用水困难,甚至可以获得高附加值的钾、锂、溴素等矿产资源,产生显著的经济效益。由于受历史发展条件制约,新疆境内的准噶尔盆地工业发展仍以高二氧化碳排放、高耗水的煤电、重化工产业为主。真正上规模的煤化工企业,要保持正常运行,每小时必须供应上千吨淡水。以中石化“十三五”期间在新疆准东综合示范区规划建设的每年300亿立方米煤制天然气项目为例,据测算,项目投产后将年消耗水量1.75亿吨,产生1.2亿吨二氧化碳。众所周知,项目所在地准东地区水资源匮乏,计划采用“引额济乌”工程“500”水库东延管线供水。油气勘探表明,准噶尔盆地深层砂岩地层中赋存深层地下水。据测算,盆地内深部咸水层溶解机理和束缚气机理二氧化碳地质储存量可达177.59亿吨。

  社会经济的发展要求决定了新疆准噶尔盆地未来一段时期内仍会以煤电、煤化工产业为主,能源资源需求与环境生态要求的矛盾将长期存在,二氧化碳地质储存与资源化利用是一种可使二氧化碳由“上天为害”变为“入地为宝”的新技术,具有应用前景。但是,我们必须清醒的认识到,科学技术的应用具有两面性。在利用二氧化碳地质储存技术为我们带来经济环境效益的同时,也需要全面评价该技术可能产生的环境影响和安全风险,以便我们能够用更科学的技术要求来规范工程的实施,减少甚至避免产生不良影响。(李旭峰 刘迎娟)

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  2016(第十八届)中国国际矿业大会将于2016年9月22-25日在天津市区的梅江会展中心举行。(www.chinaminingtj.org)

全球深水油气勘探的四新领域

编辑:KYJC    来源:中国矿业报    时间:2016-07-11

  石油界将海域按深浅划分为浅海(水深不足500米)、深水(水深超过500米)和超深水(水深超过1500米)。

  全球海洋油气资源丰富。据估计,海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%,累计获探明储量约400亿吨,探明率30%左右,尚处于勘探早期阶段。据美国地质调查局(USGS)评估,世界(不含美国)海洋待发现石油资源量(含凝析油)548亿吨,待发现天然气资源量78.5万亿立方米,分别占世界待发现资源量的47%和46%。

  海洋油气资源主要分布在大陆架,约占全球海洋油气资源的60%。在探明储量中,目前浅海仍占主导地位,但随着石油勘探技术的进步,海洋油气勘探逐渐转向深海。目前,海洋石油钻探最大水深已经超过3000米,油田开发的作业水深达到3000米,铺设海底管道的水深达到2150米。

  从区域看,海上石油勘探开发形成三湾、两海、两湖(内海)的格局。“三湾”即波斯湾、墨西哥湾和几内亚湾;“两海”即北海和南海;“两湖(内海)”即里海和马拉开波湖。其中,波斯湾的沙特、卡塔尔和阿联酋,墨西哥湾的美国、墨西哥,里海沿岸的哈萨克斯坦、阿塞拜疆和伊朗,北海沿岸的英国和挪威,以及巴西、委内瑞拉、尼日利亚等,都是世界重要的海上油气勘探开发国。其中,巴西近海、美国墨西哥湾、安哥拉和尼日利亚近海是备受关注的世界四大深海油区,几乎集中了世界全部深海探井和新发现的储量。

  海上油气生产始于20世纪40年代,海洋油气勘探首先集中在墨西哥湾、马拉开波湖等地区;上世纪50年代~60年代,则在波斯湾、里海等海区初具规模;上世纪70年代,是海洋油气勘探最为活跃的时期,成果最显著的是北海含油气区。此后,随着技术进步逐步向深水领域推进,形成了美国墨西哥湾、巴西、西非三大传统深水油气区。近年来,巴西盐下、东地中海、东非等其他深水区相继取得突破,发现了一大批世界级的大油气田,成为国际大石油公司的投资热点。2013年和2014年,全球十大油气新发现主要来自热点勘探海域。目前,全球90%左右的已发现深水石油储量集中在巴西、西非、美国墨西哥湾和挪威四大海域,亚太作为迅速崛起的深水新区,也非常值得关注。

  全球已进入深水油气开发阶段,近几十年来,海上油气发现的平均水深不断加深。2010年,全球油气发现的平均水深为624米,其中在拉美地区油气发现的平均水深达到1211米,非洲1000米,大洋洲790米。比较而言,自2000年到2009年间,全球油气发现的平均水深为422米,而1991年到2000年间,平均水深仅为183米。2000年以来,深水油气勘探取得明显进展。至2013年底,深水2P油气储量已达到187亿吨油当量,是2008年的2倍,是2000年的7倍。当前全球主要深水油气发现已形成美国墨西哥湾、巴西和西非的“深水三角区”。

  全球深水油气勘探有四新领域。新领域之一为深层“盐下”。目前巴西东部深水区盐下油气勘探主要集中在位于Santa Catarina州和SaPaulo州海域的桑托斯盆地,盐下勘探活动始于2004年。巴西深水油气盐下开采技术难度大,单井成本高,但由于单井产量高,桶油成本是全球深水作业区中最低的,平均操作成本在10美元/桶左右,盈亏平衡点在40美元/桶左右。目前的低油价水平对正在进行的巴西深水油气项目影响甚微,桑托斯、坎普斯等盆地的勘探开发仍然正常有序进行。

  新领域之二为“超深水区”。“超深水区”是目前海域油气勘探的又一焦点,主要集中分布于西非海域、墨西哥湾、巴西近海、澳大利亚西北陆架、挪威中部陆架、巴伦支海、孟加拉湾、缅甸湾、南中国海以及日本海等。超深水区油气勘探始于20世纪80年代后期,90年代后期以来持续活跃。近两三年,全球共钻探超深水勘探井约200口,绝大多数集中于巴西近海和非洲海域。全球陆续有超深水区重大油气发现,其中以巴西2006年在桑托斯盆地发现Tupi巨型油田和Iara巨型油田最为引人瞩目。

  新领域之三为环北极深水盆地群。该区域由于自然条件及归属等原因,研究起步很晚且研究程度非常低,是未来深水油气的巨大增长点。环北极深水区已经有油气重大发现,主要集中在波弗特海的北极斜坡盆地、巴伦支海盆地和喀拉海区域。

  新领域之四为滨西太平洋低勘探程度深水盆地群区域。主要包括日本海盆地、澳大利亚东南部的吉普斯兰盆地等,是深水油气的潜在增长亮点。

  海洋油气勘探开发的趋势是:从浅海走向深水超深水;近海走向远海;从一般海洋环境迈向恶劣海洋环境和极端海洋环境;从水面向水下发展;从水下生产向岸上生产发展。(中国地质调查局油气资源调查中心-孙喜爱)

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页岩气“甜点”:非常规能源的宝藏本

编辑:KYJC    来源:中国矿业报    时间:2016-06-12

  页岩是一种沉积岩,页岩气是一种从地下页岩层中开采出来的天然气,藏匿于页岩的孔隙之中,甲烷含量占97%以上,属于一种非常规天然气。

  世界上对页岩气资源的勘探开发工作最早起源于美国。自1821年起,经过几个世纪的研究和技术积累,得益于水力压裂和水平井技术的突破,美国最终实现了Barnett页岩气的规模化商业开发。从此以后,美国的页岩气革命全面展开,一改天然气进口大国的局面,实现了全面自给自足,甚至有望成为天然气出口国。革命悄然开始,巨变轰然降临。

  我国的页岩气资源也非常丰富。据美国能源信息署评价,全球可采页岩气储量约2.06×1014立方米,其中中国的页岩气储量高达3.61×1013立方米,位居世界第一。根据国土资源部2011年启动的“全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选”项目评价,中国的页岩气可采资源潜力也在2.5×1013立方米,其中,已获得工业气流或已发现页岩气的评价单元可采资源潜力为1.595×1013立方米,按照目前的天然气消费水平,足够全国使用上百年。

  所谓的页岩气“甜点”,就是指页岩气富集且易于开发的区域,能“多吃好吃”的才是甜点。页岩气“甜点”区有许多评价标准,例如页岩的总有机碳(TOC)、脆性和含气量等,这些参数有助于我们判断某个页岩气勘探区域是否属于“甜点”区。

  明确了页岩气“甜点”区之后,如何将这些富集的页岩气开发出来,就成为一个大问题。页岩气储存于页岩中,相对于常规油气的储集层,页岩更加致密,孔隙度和渗透率都很低,这也是长久以来制约国内外页岩气开发的难题。通过上百年的探索,美国采用两种关键技术率先解决了这个问题:水力压裂和水平井技术。自此,页岩气开发变得有迹可循。首先在页岩气勘探预测的“甜点”区,打直井到目的层,然后根据预测的页岩气“甜点”层位的角度打一个相同角度的井,即水平井,这样便加大了地面上井眼与地下页岩气储层的接触面积,能够将更大范围内的页岩气储层纳入控制范围,大幅提高采收率。水平井完钻后,页岩气开发正式开始,通过射孔将套管和水泥射穿,将生产管柱和页岩气储层联通起来,随后在地面利用高压泵将压裂液压入井底,沿着之前射穿的孔洞进入页岩气储层,并在液压之下将页岩气储层压裂挤碎,产生一系列的裂缝和孔隙,进一步扩大页岩气储层的连通性,页岩气就会源源不断地被开采出来了。

  分布广泛、储存量大是页岩气的最大优势。与此同时,页岩气的勘探开发也存在很多弊端。例如相对于常规油气,页岩气产能衰减很快,一口井持续开发的能力很弱,一年之后产量大都会衰减一半以上,因此需要不断地打新井来维持产量,这也造就了美国页岩气矿区钻井密布的现象。另外,开发页岩气的压裂技术最常用、最成熟的就是水力压裂,由于无法对压裂液体进行完全回收利用,所以会不可避免地带来环境问题。同时,我国的页岩气资源目标区很多都位于水资源不太丰富的地区,也会给页岩气的开发带来不同程度的困难。

  近一两年,国际油价持续下跌,油气勘探开发的利润不断压缩,这令本就投入甚高的页岩气勘探开发处于尴尬的境地。我国的页岩气开发利用尚处于起步阶段,刚一开始便举步维艰。但是作为一个能源进口大国,一种安全、清洁和可持续的能源对于我国的能源战略具有十分重要的意义,这些是常规油气以及煤炭资源无法满足的。目前,我国的页岩气开发工作主要集中于几大石油公司,中石油和中石化均已建立起具有商业开发价值的页岩气钻井甚至页岩气田。通过无数人员的共同努力,页岩气开发虽任重道远,但前景光明。(田玉昆)

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