可燃冰-1

馒头笼子

" m* w0 m4 R) d  _5 v. @
可燃冰最近因为神狐创纪录的连续开采试气，一下成了全社会的焦点。满天飞的媒体报道里面充斥着各式是是而非的观点和真真假假的数据。作为石油民工深感有必要在这个话题上写点儿什么，希望让大家对可燃冰有一个更清晰的认识。不过，俺只是一个十几年工龄的石油民工，从来没有参与到可燃冰项目中。所有的信息都来自于公开发表的书籍和论文。信息不一定全面而且有非常大的滞后性。再加上我平时涉及的领域也只是石油勘探开发中的一小部分，水平那是相当的有限。各位看官权当一个参考即可。
8 m/ t. k4 ^( M6 U- z
% @1 ]  l) s/ h3 k0 U
为了节省大家的时间。俺就不照着课本从物理化学性质，形成条件过程......慢慢来讲起了。咱们直接怼媒体经常引用的一些有问题的数据和观点。


# L9 o9 i$ \, I5 Q. B
首先第一个. 可燃冰储量为煤炭和石油总储量的两倍。

- x  T0 a$ G: L+ S& ?
) b2 F  n$ q9 m& Z这个说法源自Kvenvolden(1988)的一篇被广泛引用的论文。按照他的估算，地球上的可燃冰总量大概在21X10 15 m3, 约等于11000 Gt C ( GtC = billions of metric tons of carbon). 正好是目前估算的全球生物化石燃料总和5000Gt C的两倍。学术界对Hydrate总量的预测发过大量的论文，预测的值高的有700多倍的，低的有接近1%的。下面这张表总结了这些年大神们的预测。可以注意到一个显著的趋势就是随着时间，科学界对Hydrate的了解越深入（从70年开始发的论文成指数增长），尤其是其生成和存在的条件了解，预测值有越来越小的趋势。

9 I5 L4 x# S+ ?
) i* i- n/ L& j9 @, J
% @' O9 [- B- E

" M7 M5 j0 n+ E% B2 n+ j大神们的神估算

& K1 l# O7 |( l2 |
) X* y3 ]. q$ k4 n4 K9 c1 i

1 w5 j; j! |+ [! Q% L排个时间顺序，就能看出减少的规律

7 D9 W% t; D. j1 z0 Q

  ]# b  T& k; {. i

4 [1 b6 h6 t, K这些年来的预测论文。很明显，这个话题越来越火爆

6 x' k( z( |; [$ {! p8 E+ x
我们先来看看K是如何得到这个结果的。88年K同学先做了一个极地海洋Hydrate总量的估计。然后在90年根据88年的工作，估计了全球的总量。

4 Z5 _( P  [" k3 k
首先呢，他根据当地地震波资料里面BSR的结果，判断出在极地海洋水深400-2800米的区域，大约有75%的区域有Hydrate。这样他就能的到整个海底有可能有Hydrate的区域面积。这个计算里面的水深条件，是从产生 Hydrate时需要的温度和压力条件来计算获得的。 而BSR（Bottom Simulating Reflector） 则是一个目前业界在海洋环境用来寻找Hydrate广泛使用的一个方法。其机理是Hydrate的底部，通常会有free gas。哪怕少量的free gas都会极大的减慢声波在其地层传播的速度，而之上的Hydrate是固体层，声波传递速度很快。两厢对比，会在地震波结果里产生一个非常明显的信号BSR. 不过BSR有其缺陷，后面有机会会展开来讲。
3 b* l- @) ?; v8 K, |7 P
0 Z% h+ g" @4 L9 T) Q. A8 U

* G( [* I6 E& J3 H" k
4 C  c' n5 I, TBSR长这样
& o# n) f3 s* z) Q( `! T, {# F) F; o

# J% g& }8 _: `5 N
3 U# W  T2 x* b0 t- Y
* B9 B  E( a. S  }* N面积知道之后，第二个就是需要深度z，从而计算整个Hydrate区域体积。一般估计gas hydrate stability zone (GHSZ) 大概在海底300~500m左右。再往下，地层会越来越热超过Hydrate能稳定存在的条件。在这里他认为在这个400m里面，应该只有10%，也就是40m左右有Hydrate的稳定存在。


接下来就是更多的假设了。首先是孔隙度（Porosity。你可以把砂岩想象成一个海绵，这个百分比就是空隙占总体积的比例）为30%（还算靠谱）。Hydrate 饱和度（Saturation ）为100%（饱和度则是指空隙中该物质所占的比例。100%，纳尼？）。每一立方hydrate产生140立方的Methane（这基本上是理论的极限值了）。
8 K! o5 `% Q5 W* J
6 y& D7 ^3 o* v' \7 @- i% W3 G
有了这些假设之后套用下面这个公式，极地海洋的Hydrate总量就出来啦。
+ y  q4 M+ a( X( s* L
4 c) H2 ~+ L% \; j: k% |- K" c) k

- T8 W3 U6 n& O) }( L0 H) h- }) {

4 c$ w' E# O/ z3 E% B6 {
90年的文章里，K同学认为极地海洋的A占全球海洋的 5%，再假设全球海洋的情况和极地海洋类似。塔拉~~，全球的hydrate总量就出来啦。
1 n- l. r+ H" i- o9 ]5 ^0 ^5 }, M$ D
# ~1 v: X# Y1 c9 t
9 m0 P; J, [1 c! S6 s# G如果把这三十年大神们的神预测做一个大致的分析，基本上可以将其划分为三个大的阶段。
9 Q& ]7 _& a0 u; F: o(1) 七十年代到八十年代早期。大洋数据木有，海洋钻探数据也基本木有。各位都是来一堆假设，然后来蒙。
(2) 八十年代末期到九十年代初。大洋数据开始被采用（BSR），海洋钻探数据还是基本木有。虽然还是一大堆假设，不过有地震等大洋资料打底，还是准确不少。预测结果下降一个数量级。
(3) 九十年代末到现在。大洋数据以及DSDP（Deep Sea Drilling Project)/ODP（Ocean Drilling Program）数据的广泛采用，预测结果根据不同的方法又有了进一步的下降。95年两个哥们儿，根据当时ODP的结果（170口井，只有一口有Hydrate），直接用0.6%（1/170）把总体积降了两个数量级。


0 P' u8 ^1 m9 ]5 C地震波资料结合DSDP和ODP的数据，可能蕴藏hydrate的面积应该在大陆架总面积的10%到30%的范围。总的蕴藏体积应该在0.7-2x10 6 km3.是之前K预测值的1/10到1/3。根据目前Hyrdate勘探项目的测量结果D值也修正到了1.4-2.4m3/m3 比K的预测小了一个数量级。估计范围是1~5x10 15 m3 (500~2500 Gt C).
$ t* D. Z( g. r+ G; ]* c) i6 e" i7 l
+ F2 `: k3 e$ v  N0 v# }3 E0 e
) k& v1 c( z8 q( x1 E; M* p取低值500Gt C的话，Hydrate为化石燃料的10%，占总有机碳的比例如下
4 s( V" v2 w9 g5 ~7 S+ Y, d; q0 O

取高值2500Gt C的话，Hydrate为化石燃料的一半，占总有机碳的比例如下

4 b2 {9 l! N. I
2 @9 e7 w: t9 D/ Z1 U, s) e2 M
" ^8 r0 q9 g- H* E, i6 e) D' s+ k所以在今天还广泛采用K在第二阶段做出的估计是很有误导性质的。而且作为能源来讲，最重要的是经济可开采储量。当然Hydrate目前的经济可开采储量为零。那么长远看怎么样呢？我们后面接着看。


5 @( ]" m) Z% k& L, ]  k* G  N这段时间忙着休假带娃，估计会比之前预期的还慢。大家见谅

tianxq888

我们后面接着看

leekai

涨姿势

njyd

1 {* q- x' h8 p- O" i; r
随着开采和勘探的增加，估算储藏量会不会再上升？石油陆地天然气好象是在上升。我记得上世纪七十年代就说石油在几十年内会耗完。

馒头笼子

njyd 发表于 2017-5-31 20:30
; n* X% F4 J4 |5 c. W& k* _随着开采和勘探的增加，估算储藏量会不会再上升？石油陆地天然气好象是在上升。我记得上世纪七十年代就说石 ...

可能性非常小。石油，天然气，上升的是可开采储量，这个随着技术的进步和能源价格的变化随时都在变化。对Hydrate来说，经济可开采量目前为零。希望在不远的将来能有突破。

这里估算的是总储量。因为以前的估算都偏大太多。就目前看，对生成机制，保存条件的理解越多，这个值在不断趋小。当然也不排除，目前的理解有重大问题的情况。比如现在估算比较不成熟的是冻土地带和Fault之类的情况。这个用BSR是不管用的。

njyd

馒头笼子 发表于 2017-5-31 21:28
% |. ~# ^( T  ~& y可能性非常小。石油，天然气，上升的是可开采储量，这个随着技术的进步和能源价格的变化随时都在变化。对 ...

7 n' j3 E. L2 j, L! r1 F; z这个问题我一直有疑问：现在一般说地球上的石油天然气一类碳氢化合物是古代生物变成的，但是又说某个卫星上有甲（乙？）烷海，那里显然不会有古生物，这说明还有生物以外的生成途径。那么地球古代有没有这种生成环境呢？
, I( @; l# R$ x& i4 M或者概本与古生物无关，是形成太阳系的尖埃云中本身念有的物质，只是各星球富集程度不同？而只能在层积岩中找到是因为只有层积岩中才有储存的空隙同时又容易形成良好的封闭条件让它跑不掉？
最关键是其他卫星上的甲烷（好象彗星上也有）是从哪来的？

肖恩

njyd 发表于 2017-6-1 21:39
这个问题我一直有疑问：现在一般说地球上的石油天然气一类碳氢化合物是古代生物变成的，但是又说某个卫星 ...

+ D+ ~) L' s  }6 T' B! I甲烷肯定是有无机形成的，石油的无机成油也有一堆人在研究，说不定啥时候就搞明白了

kylins

njyd 发表于 2017-6-1 21:39
9 n$ r" q& w, V* S; K" Y这个问题我一直有疑问：现在一般说地球上的石油天然气一类碳氢化合物是古代生物变成的，但是又说某个卫星 ...

9 \6 K5 y0 T% \8 @8 s无机成油的学说早就有了，不过可惜的是没有一个油田是靠这个理论找到的。一个不能指导实践的理论嘛，慢慢就无人问津啦。