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解读大热的可燃冰(2):哪里可以找到可燃冰?人类何时又如何发现了它?(3)

然而,直到1930年代天然气水合物作为油气管道中工业灾害而被人们认识的。当时,随着天然气开始作为燃料被广泛应用并通过管道输送,一些管道内由于出现一种冰的东西堵塞了管道,使得天然气输送受阻。后来被证实这些冰就是天然气水合物。因此,被认为是工业灾害。在其被发现后的几十年里,研究的重点主要是如何阻止天然气水合物在管道及相关设备内形成。

到了1960年代,研究重点开始发生了变化,这时俄罗斯科学家发现了自然界天然气水合物自然存在的重大证据。

图18 可燃冰发现者Yuri F. Makogon

1965年,Yuri F. Makogon实践证明自然界岩石中有可燃冰,1969年得到苏联正式承认并注册。在其60多年的油气研究与实践生涯中,出版6部可燃冰专著,发表270多篇科学论文,拥有27项专利。他1990成为俄罗斯自然科学院(RANS)正式院士,并担任油气委员会主席。他还是国际石油工程师学会(SPE)首任主席,并在1991-1993年任SPE俄罗斯分会主席,也是国际SPE会员。(来源:Makogon网站)

1963年,Yuri F. Makogon当时居住在前苏联雅库特自治共和国(现萨哈共和国)西北部,是Moscow Oil-Gas Gubkin Institute石油工程硕士研究生。他参与了Markhinskaya井的钻井工作,钻至1800米深度时,井下温度为3.8°C(图4)。该井揭示了在1450米深度时地层温度为0°C的一套岩石,这里永久冻土带的下限在1200米深左右。Yuri认识到这套岩石与可燃冰形成的条件相匹配。他认为在如此冰冷的地层中可能存在可燃冰并聚集。他的这个看法受到专家们的严重怀疑,而且这种想法也需要实践验证。1965年,Yuri最终通过实践证明了可燃冰在多孔隙岩石中可以大量聚集(图5)。1969年,这个发现被苏联正式承认并登记注册。今天,Yuri被正式公认为是自然界可燃冰的发现者。

图19  俄罗斯萨哈共和国位置图(雅库特)(来源:Wikipedia)

图20  Markhinskaya No. 1井温度-深度记录曲线(来源: Makogon, 1966)

图21  Yuri F. Makogon 1966年发表的论文《Features of NaturalGas Fields Exploitation in Permafrost Zone》

直到1970年代后期至1980年代早期开展的深海钻探计划(Deep Sea Drilling Program)等一系列的研究与考察,可燃冰在自然界中广泛大量的存在才被认识与确认。1978年,俄罗斯Gazprom VNIIGAZ一个团队获得Lake Baikal4底部可燃冰形成的证据。

不断增长的能源需求与大家对气候变化的关心,使得人们对可燃冰中巨量甲烷的兴趣越来越大,人们越来越关注可燃冰。其结果使得在过去二十多年里对可燃冰的调查、研究得以加速,自然环境下可燃冰科学发现的步伐持续加快,重大发现接二连三。

图22   可燃冰发现与研究的简单历程(来源:Frozen Heart)

工业领域还是将重点放在减轻生产与运输设施方面形成的有害的可燃冰,开始投资研究这种可燃冰对深水和北极地区能源开发造成的灾害。在学术界,通过国家计划支持,开展对可燃冰基本的物理化学进行研究,开展可燃冰对沉积物的物理性质影响进行研究等,这些都取得了重大成果。通过这些研究,我们对可燃冰在全球环境变化过程中所起的作用有了进一步的认识,包括自然地质灾害、长期碳循环和全球气候变化等(甲烷是一种严重的温室气体)。

然而,目前对可燃冰进行研究的主要驱动力是可燃冰作为一种能源资源利用的前景如何。对于世界上能源需求不断地稳步增长,而未来能源供应又不确定,这种可燃冰中天然气资源广泛而大量地存在不断激励着众多国家加强研究调查、加大投资。

可燃冰的研究也从最初的单个科学家个人研究不断地向多国合作研究转变。因此,政策制定者、商界领袖和普通公民现在都热衷于讨论可燃冰最合适的研究与发展方向、管理以及资金问题。全球范围内广泛分布大量的可燃冰引起了众多的社会与科学关注。

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