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1、现代海洋资源开发技术简介彭宗波 海洋是人类至今难以全面涉足的神秘领域 这一资源丰富的 有待开发的新空间 将成为人类未来重要的能源基地 对海洋的探测和太空探测一样 具有很强的吸引力和挑战性 为什么要开发海洋 为什么要开发海洋 占地球表面积70 8 的海洋 是人类发展的四大战略空间 陆 海 空 天 中第二大空间是对我国经济与社会的发展 稳定 国防安全产生巨大支撑作用的 最有发展潜力的战略空间 海洋资源的种类 海洋油气资源海洋固体矿产资源 如分布于2000 6000米水深起伏比较平缓的海底表面的锰结核 分布于800 3000米水深海山 岛屿斜坡或丘陵地带的富钴结壳 分布于2500米左右水深的洋中脊
2、海底正在张开的裂谷中的热液硫化物 分布于1000 3000米水深海底的天然气水合物等等 海洋资源的种类 海洋生物资源 渔业 海水养殖 深海生物基因等等海洋空间资源 海底隧道 海底工作站 大桥 人工岛 海上城市 海底城市等等海洋能源 波浪 潮流 温度差 盐度差 海水发电等等海水资源 海水淡化 海洋空间利用技术 浮式海上活动中心 海洋资源开发的重要性和紧迫性 我国人均矿产资源占有量不足世界人均水平的一半 居世界第53位据预测 至2020年 我国石油 天然气 富铁 铬 贵金属 钾盐等45种主要矿产有近一半保有储量将不能满足要求仅2015年我国石油消费5 43亿吨对外依存度突破60 能 资源短缺 经济
3、发展受到制约 海洋资源开发迫在眉睫开发海洋资源是21世纪的重要战略任务 海洋中蕴藏着丰富的矿产资源 是我国实施可持续发展战略的重要物质基础 我国是一个海洋大国 海岸线长达18000多公里 海岛6000多个 管辖海域面积近300万平方公里 南海北部 南海南部 我国南海具有丰富的油气资源 石油地质储量 350亿吨 传统国界内230亿吨约占总资源量的1 3天然气338万亿m3 北界 中央海盆的龙南山至黄岩岛一线东南界 菲律宾 加里曼丹西部 中南半岛南端金瓯角 马来半岛东岸通帕连线南部 马来西亚古晋 文莱斯里巴甲湾一线 南沙海区 总面积 115万km2我国国界内面积 9段线60北 83万km2 南海南
4、部深水区具有广阔的油气资源前景 南海海域 海洋中蕴藏着丰富的矿产资源 是我国实施可持续发展战略的重要物质基础 在国际海底区域获得7 5万平方公里多金属结核矿区 大洋底锰结核的蕴藏量约为3万亿吨 仅太平洋就有1 7万亿吨 按目前的工业消耗量计算 仅太平洋锰结核中的金属钴就可供全世界使用34万年 镍和锰使用2万年 铜使用900多年 正在或将要进行富钴结壳 天然气水合物 多金属硫化物和深海基因资源的调查和研究开发 这些是我国实施可持续发展战略的重要物质基础 中国多金属结核合同区资源概况面积7 5 104km2资源量4 2亿吨干结核1 12亿吨锰406 40万吨铜98 49万吨钴514 42万吨镍 海
5、底锰结核 海底摄像系统拍摄的2000多米水深下的富钴结壳 热液硫化物 温度高达410 C 天然气水合物 GasHydrate 新的替代能源能量密度高 分布广 规模大 埋藏浅 成矿物化条件优越产出的甲烷气能满足能源 经济 环境和效率需要新发现的水合物储藏区水深1000 2000m 海洋中蕴藏着丰富的矿产资源 是我国实施可持续发展战略的重要物质基础 我们所面临的问题 我国海洋主权和权益正在受到侵犯 形势严峻复杂 与8个相邻 相向的国家有海域划界问题 主要争议海域的面积超过120万平方公里 黄海 东海大陆架和南海海域都存在海洋油气资源开发争议 现代国际间的竞争 说到底是资源的竞争 是综合国力的竞争
6、维护海洋权益已成为各国关注的重大问题 资源状况始终是综合国力的基本构成 资源问题同时也是国际政治中的核心问题 资源的安全就是国家的安全 周边国家在南沙海域勘探开发现状统计 钻探了700多口井91个油田及含油构造95个气田及含气构造 年开采石油5000 104t以上天然气 380万方分别是我国整个近海石油年产量和天然气年产量的2 5倍和7倍 我们所面临的问题 资源短缺 人均矿产资源占有量不足世界人均水平的一半 居世界第53位据预测 至2020年 我国石油 天然气 富铁 铬 贵金属 钾盐等45种主要矿产有近一半保有储量将不能满足要求 我国能源供需矛盾突出石油可采资源量 约占世界的3 6 天然气可采
7、资源量 约占世界的2 7 油气消耗量占世界第三位 仅次于美日 我国油气资源总量比较丰富 勘探上还有较大潜力 但人均占有资源量严重不足 我国的油气资源现状 我国石油 天然气的供需形势 我国已成为石油资源供需短缺的国家 石油供需缺口将进一步加大 1990 2002年石油消费年均增长1100万吨石油产量年均增长240万吨 2015年石油进口量3 0亿吨 2020年我国石油需求总量4 0 4 3亿吨我国国内石油产量1 8 2 0亿吨 2020年我国天然气需求量2000亿米3我国国内天然气产量1200亿米3 海洋高新技术研究的主要方向 海洋开发的关键技术 主要包括海洋矿产资源开发技术 海洋石油天然气资源
8、开发技术 海洋生物资源开发技术 海洋能源开发技术 海洋空间利用技术和海水综合利用技术 水下检测技术 水下施工工艺及技术 如海底管道及电缆的埋设技术 等等 海洋高新技术研究的主要方向 为全球变化研究所需的全球海洋长期监测和观测系统海洋产业相关的高新技术为海洋防灾减灾所需的海洋预报技术 海洋空间利用技术 可沉 浮人工海底结构 水下作业系统 海洋开发的未来 全球海洋长期监测系统 MARS海底观测网络 MontereyAcceleratedResearchSystem 海洋资源开发的总体趋势 海洋油气勘探开发技术 增储 上产 高效 安全油气资源由近海向深水发展 钻井世界记录2953米水深 我国仅为50
9、3m 探查与开发21世纪的海洋新能源开发海底矿产资源和深海生物基因资源 关键技术 勘探 钻井 开发 工程 高分辨率地震勘探 多波多分量技术 旋转 地质导向钻井 成像测井技术 时移地震技术 三次采油技术 深水工程技术 管线检测维修技术 海洋平台检测 监测 海洋油气开发技术 增储 降低成本 上产 保障 海洋油气资源开发的国内外发展现状 勘探 钻井 开发 工程和安全是海洋油气资源开发的五大关键技术国际上海上钻井的最大水深已超过2000米大位移井的最大水平位移已超过10000米海洋油气开发向着更大水深发展水下生产系统 油气混输 是海洋油气开发的发展趋势之一 近20年来 世界范围内深水油气田 天然气水合
10、物等深水资源的普查勘探成果层出不穷 据统计 目前有60多个国家进行了深水油气勘探 截止2010年 全球深水区共探明油气当量580亿桶 深水油气田的开发规模和数目不断增加 目前 深水区目前已经有33个超过5亿桶的巨型油气发现 勘探 钻井关键技术 开发关键技术 工程 安全生产技术 深水平台技术的发展 陆上 90S 中深水 80S 浅水 2000S 深水 超深水 PetrobrasXVIII Visund 深水海洋工程技术和装备飞速发展 2001年 261座半潜式平台 170座浮式生产储油 72艘张力腿 14座立柱式 5座 2007年 173座 各类深海平台设计建造技术逐步完善 深水油气开发在发达国
11、家已经达到相当水平 常规型张力腿 小型型张力腿 固定平台 顺应塔型平台300 600m 148 1432m 立柱浮筒平台588 1710m 浮式生产系统335 2133m 浮式生产储油系统 水下系统770 1853m 深水水下生产新技术不断涌现 2003年 2300套2007年 5700套 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 1941 50 1951 60 1961 70 1971 80 1980 90 1991 00 2001 10 maxproductionwaterdepth metres SHIP SHOAL 5m TRIDENT 2953m poss
12、NAKIKA 2292m dev RONCADOR 1853m GREEN CANYON31 682m COGNAC 314m DIAMOND 114m CUARTA 60m 已投产的最大深度 CanyonExpress2195米深水油气勘探最大深度2953米 深水油气田开发的水深记录被快速刷新 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 maxproductionwaterdepth m 1970 stre
13、nd 1990 strend 深水开发的速度不断加快 深水已经成为世界油气开发的主战场 国外钻探最大水深 3095米 我国 505米投产油田最大水深 2192米 我国 333米 自主开发油田 200米以浅 国外深水作业能力 起重能力14000吨水下维修深度2000米我国 起重能力3800吨铺管水深150米 国内外主要深水技术和装备能力对比 新能源开发热点之一 天然气水合物 燃烧的水合物 外型 天然气水合物外貌类似冰雪 可以象酒精一样燃烧 天然气水合物的特点 结晶状笼形化合物 全球共122个地区发现天然气水合物陆地38处 海洋84处海底取芯20多处 Kvenvolden 1993 目前全球水合物
14、中甲烷资源量为2 1016m3是全球已探明煤 石油 天然气总含碳量的2倍是常规天然气探明储量的几十倍 储量巨大 引自ODP190 196航次报告 引自ODP190 196航次报告 试采成功制定了近年的商业开采计划 日本 美国布莱克海台水合物样品 MacDonald拍摄 ODP204航次美国水合物脊采集的地质样品 Lee 2002 美国制定了2016年商业开采计划 底图据刘光鼎 1992 我国广阔的海域和专属经济区域具有巨大的天然气水合物前景 南海东北部地震反射剖面 已经发现 BSR冷泉 碳酸盐结壳菌群 贝壳等生物标志2007年取得样品 目前的工作初步证实我国南海西沙海槽 东沙陆坡 台湾西南陆坡
15、 南沙海槽 冲绳海槽等可能存在天然气水合物 据估计我国南海陆坡和海槽沉积物中的水合物可以满足今后数百年的需求 2007年我国在南海海域首次获得天然气水合物样品 天然气水合物的勘探方法 1 地震勘探方法 实质就是发现BSR 海底地震反射层 2 钻孔取芯及室内分析技术 证明NGH的最直接和最直观的方法 3 测井技术 特征信号 温度 压力 改变相平衡条件 天然气水合物的开发思路 基本原理 连续改变天然气水合物的存在条件或相平衡条件 降压 热激发 化学药剂 发展趋势 多种原理和方法联合开采 天然气水合物 气体 热或化学药剂连续注入 水合物分解 随着气体开采储层压力降低 天然气水合物开采进程 1968年
16、 前苏联成功开发麦索亚哈天然气水合物藏1972年 美国从阿拉斯加取得岩心 1995年 美国在布莱克海底取海洋岩心 1999年 日本在近海试采成功 2002年 日本在加拿大西北试采成功 加拿大马更歇水合物试采井 海底沉积物中天然气水合物岩心 主要海洋非油气类资源 固体矿产 深海生物基因 近海底多参量探测 直视探测取样 保真取样技术 现场实验技术 海洋非油气资源及其开发技术 锰结核 富钴结壳 热液硫化物 海洋能 深拖系统获得的海底锰结核图像 海洋非油气类资源开发的国内外发展现状 海洋多金属调查研究和试开采的技术 多波束回声探测仪 可以绘制海底地形地貌 拖曳式观察系统可以在海底遥控摄制照片和录象 潜水深度分别可达6500米和10000的载人和无人遥控潜水器可以在海底进行勘探 调查和取样 水力升举式采集系统可解决深海多金属结核由海底提升到海面的复杂技术问题我国于1995年开始在太平洋运用6000米深拖系统进行海底锰结核的调查工作 并取得了非常有价值的资料 电视抓斗抓取的富钴结壳 500kg 海洋非油气类资源开发的国内外发展现状 富钴结壳是海底最重要的固体矿产资源之一 主要分布在800 3000
