笔记:知之甚少的天然气氦资源
原创 nancy921 实验Work随笔 2022-05-11
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一、内容综述

氦气具有强化学惰性和低沸点等独有特征,在高新技术产业和科研实验中具有不可替代的作用。氦在地球上以微量组分广泛分布,但从含氦、富氦天然气藏中提取氦气仍是工业制氦的唯一途径。

目前全球已发现的氦储量主要分布在美国、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯和加拿大等国,上述五国氦储量占全球总储量的92%。

天然气藏中的氦气有3个主要来源:大气源、壳源和幔源。目前主要根据3He/4He值来确定氦的来源,通常大气源的3He/4He值为1.4×10-6、壳源的3He/4He值为2×10-8和幔源的3He/4He值为1.1×10-5。

富氦天然气的成藏条件和成藏特征与常规天然气藏既有共性又有明显的差异,一些有利于形成大型油气藏的高生烃强度地区,反而不利于富氦、高氦气藏的形成。而生烃强度相对低的隆起区则有利于富氦、高氦气藏的形成。

全球已发现的氦气资源主要分布于晚元古代—古生代地台背景下的沉积盆地,此外在中—新生代构造—岩浆活动强烈且具有古老花岗岩的基底区也是富氦气藏发育的有利区带。

现有资料表明,中国四川盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、鄂尔多斯盆地和东部中新生界含油气盆地中已发现一些富氦气藏。同时非常规天然气领域亦展现出良好的氦资源勘探前景,如渭河盆地水溶气和四川盆地页岩气。中国富氦天然气具有点多、类型多、资源前景较好的特征,但氦气资源整体研究程度很低。
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二、全球氦资源整体分布特征

天然气藏中氦的含量低于0.05%,为贫氦气藏,氦含量大于0.1%为富氦天然气藏,当氦含量大于0.3%时,天然气藏中氦就具有很好的经济价值。目前全球可进行工业利用的氦气资源主要赋存于含氦、富氦天然气藏中。

美国是当前世界上最大的氦气生产国和供应国,2016年其氦气产量约占全球总产量的65%,而卡塔尔、阿尔及利亚、澳大利亚、俄罗斯和波兰则分别为22%、6.5%、2.6%、1.9%和1.3%。但卡塔尔发现气藏氦含量较低,需要富集才可利用。全球已发现的氦气资源主要集中在美国、阿尔及利亚和俄罗斯等少数国家和地区。
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三、天然气藏中氦气来源及成因判识
1、氦气来源

天然气藏中氦气具有多种来源和成因,利用氦及稀有气体同位素组成可有效判识氦的成因、来源。氦有3He和4He 2种稳定同位素,3He主要来源于地幔脱气,4He主要来源于放射性元素238U、235U和232Th衰变。沉积盆地中氦主要有3个来源,分别为大气源、壳源(放射性来源)和幔源。

大气氦是指赋存于大气圈气中氦,主要来自固体地球脱气作用释放出的氦气,如火山喷发、断裂—岩浆作用的脱气和岩石风化作用释放的氦。

壳源氦是由赋存在岩石(矿物)中的铀、钍衰变产生的。在矿物、岩石中的放射性元素238U、235U和232Th的衰变作用将产生4He。

幔源氦是指地球深部(地幔)赋存的原始氦,即地球形成时赋存于地球内部的氦,具有相对富集3He的特征。幔源氦可通过岩浆、断裂活动等脱气作用释放到地球浅层的沉积圈层中。在沉积盆地油气藏中也可发现相当数量的幔源氦。
2、氦气成因判识

应用氦及其他稀有气体同位素组成特征可以有效地判识氦气成因、来源。不同来源、成因的氦其同位素3He/4He值具有明显的差异,氦的同位素组成特征(3He/4He值)能作为其成因判识的有效指标。大气来源氦的3He/4He值为1.4×10-6;壳源氦的3He/4He值为n×10-8~n×10-9;幔源氦的3He/4He值为1.1×10-5或更高。氦的同位素比值也常用样品氦的3He/4He值与大气氦的3He/4He值的比值表征,即R/Ra=(3He/4He)样品/(3He/4He)大气。在用R/Ra值表示气样氦同位素分布特征时,当R/Ra>1,表示具有明显的幔源氦加入;当R/Ra<0.1时,可以认为天然气中氦基本来自壳源。
四、气藏特征及成藏主要影响因素
1、气藏的化学组成及氦气藏的主要类型

全球已发现的氦气资源基本上均是以伴生组分赋存于烃类为主的天然气藏、以氮气或二氧化碳为主的非烃类天然气藏中,未见以氦气为主的或氦气独立成藏的报道。富氦天然气藏按其组分特征可分为3类:高氮—富氦型气藏;高二氧化碳—富氦型气藏;高烃类—富氦型气藏。

对富氦、高氦气藏的组分研究表明,氦含量与氮气具有良好的正相关趋势,氦含量高,则氮气含量也高,但反之未必成立。在一些富氦、高氦天然气藏中Ar/N2值与Ar/He值具有较好的线性关系,当He浓度增加时,Ar/He值有下降趋势。

氦气的富集、保存及富氦天然气成藏条件、主控因素与常规天然气藏既有一些共性也有其独特性;一些有利于形成大型油气藏的高生烃强度地区,可能不利于富氦、高氦天然气藏的形成;而生烃强度相对低的隆起区则可能有利于富氦、高氦天然气的形成,目前对氦气资源的成藏条件、主控因素、成藏机制还未形成较为成熟的认识,全球已探明的氦资源大多是在进行油气勘探过程中偶然发现的。
2、区域地质及盆地基底

全球氦气资源主要分布于晚元古代—古生代地台背景下的沉积盆地中,这些沉积盆地一般埋深小于3 500 m,且具有前元古界的花岗岩基底。目前已探明的氦资源主要分布区具有下述明显的特征:一方面发育高含U、Th的烃源岩或盆地基底中发育高含U、Th的花岗岩;另一方面这些地区深层具有强烈的岩浆和断裂活动。沉积盆地中天然气藏中氦含量与其大地构造背景、基底岩石、矿物特征具有密切的关系。
3、氦源(岩)及释放机制

富氦天然气藏中氦气的主要来源和成因存在不同的认识,是有待进一步深入探讨的关键问题:目前多数学者认为具有商业价值的氦主要为“壳源氦” 。烃源岩能否作为有效“氦源岩”有待进一步研究,也有研究认为盆地基底花岗岩中的铀、钍元素衰变生成的氦是富氦天然气藏中最重要的氦来源。

研究认为构造抬升、隆起、岩浆活动(热力作用)、断裂作用可有效地促进氦从源岩中释放。氦气从岩石/矿物的晶格中逃逸、释放的过程就是氦气的初次运移过程。但目前还不清楚氦如何有效地从岩石、矿物的晶格中释放出来。目前有2种不同的观点:(1)稳定释放机制,主要来自于漫长的地质历史时期稳定释放;(2)幕式释放机制,非稳定地质条件下(如岩浆/火山活动),不仅存在大量的幔源氦(相对富3He)释放,随着地温的升高可促进壳源放射性氦从母源中的释放。
4、运移富集过程

一些学者认为富氦天然气的成藏具有2个重要的环节:(1)氦源岩中由U、Th衰变生成的氦经扩散作用进入地层水;(2)含氦的地层水在浅层适当的条件下充分地析出聚集成藏。一些学者认为深部的断裂系统是氦气运移的主要通道。对于氦气的溶解/解析—交换特征,前人也做了相应的研究,利用“亨利定律”提出了氦气富集机理和模型。

氦气在地层流体的运移、聚集过程中除流体的温度、盐度外,地层水动力强度和地层压力也具有关键的控制作用。氦气在地层中的二次运移过程中一方面与常规油气运移具有相同之处,受岩石的孔隙度、渗透率和毛细管压力的影响;另一方面,由于氦气是微量组分且具有惰性特征,所以更具有其独特机制。
5、盖层特征及封盖条件

现有资料表明从盖层条件来看,富氦、高氦气藏均具有致密膏盐层,灰岩层、页岩层作为封盖层;此外,异常高压层也是良好的盖层,这些致密盖层能形成良好的封闭条件。
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五、我国氦资源前景

目前我国氦气资源研究、评价、勘探程度均很低,资源量和储量情况基本不明。一方面由于我国几乎没有专项课题对我国氦资源进行评价和研究;另一方面过去对天然气藏中氦含量的分析方法和标准不够规范,部分地区同一气藏、甚至同一单井产出的天然气,不同文献报道的氦含量存在数量级的差异,其原因主要在于:(1)样品采集或分析过程中可能存在空气污染;(2)氦含量分析方法不当;(3)样品在运输、保存过程中可能存在泄漏。

因此,目前我国已报道的氦气含量资料,需要对其可靠性进行甄别和进一步证实。整体而言,四川盆威远气田天然气、部分塔里木盆地天然气、渭河盆地水溶气及部分郯庐断裂带附近天然气中氦含量数据较为可靠。由于我国以前对氦气资源总体关注不够,使得我国氦资源的评价、富集成藏条件、分布规律研究工作十分欠缺,造成对我国氦气资源的分布情况缺乏认识,氦气产业基本未得到应有的发展,完全不能满足国家对氦资源的需求。因此我国氦资源的评价、富集成藏条件、规律研究工作亟待。

【速圍觀!英國媒體難得一見的對華正面報道】

當地時間4月24日,英國《國家地理》雜誌發表文章《中國為什麽用鵝來支持其“動態清零”政策》。盡管看得出作者仍想在中國“動態清零”政策上“玩花樣”,但內文沒有英國媒體對華報道中常見的陰間濾鏡,也沒有“雖然……但是……”這種抹黑中國的常規句式,基本可以算是一篇中規中矩的對華正面報道。

文章稱,在中越邊境地區,500多只大鵝正在幫助中國邊防部隊守衛邊境。這些大鵝即使在睡覺時也能及時發現非法入境者,然後發出警告。此外,中國邊防部隊還用400多條混種護衛犬幫助其巡邏。文章稱,這種“多元化”部隊能有效防止非法入境者,幫助中國實現“動態清零”政策。例如,2021年12月,一只中國大鵝曾鳴著“大喇叭”幫助中國邊防部隊抓獲兩個非法入境者。

文章稱,用鵝來幫助抗疫還是頭一回,但把鵝用來守衛邊境的做法卻歷史悠久。公元前390年,一只鵝曾通過鳴叫發出警報,使羅馬免遭高盧的秘密入侵。

文章還援引國際自然保護聯盟鵝專家組主席Petr Glazov的話稱,鵝確實比犬類更有優勢,雖然犬類也會發出警報,但它們只是為了好玩或者只是同類之間的交談,而鵝只有在有入侵者進入它們的領地時才會發出警報。(來源:香港新聞網 編譯:王一冰)
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【“包头制造”向优攀高】疫霾渐去,春暖花开。包钢钢业有限公司与德国本特勒公司日前签下“第一大单”,包钢S420MC酸洗材料进入本特勒全球供应系统,标志着“包钢制造”首次实现对世界500强汽车零部件企业供应汽车钢材料。

  人勤春早,火力全开。在北重集团北方股份的总装车间,一批用于大型矿山装卸、运输的电动轮矿用自卸车车厢正在开足马力生产,即将出口交付刚果(金)。

  在中核北方核燃料元件有限公司,多条生产线安全生产、平稳运行,“包头制造”正在加速奔跑。

  “作为全国唯一一家全工序、全流程生产极薄取向硅钢带生产企业,目前我们的产品订单源源不断。”包头威丰稀土电磁材料股份有限公司副总经理刘宝志说,今年一季度,公司产值已突破2亿元。

  一幅幅热气腾腾的奔跑画卷涌动着包头市澎湃发展的新动能,其工业经济呈现出向“优”攀“高”的新势头。

  一季度,包头市装备制造产业高端化、数字化、智能化、绿色化发展亮点频现,科技创新驱动力强劲,多个自主研制的新产品下线,新订单含金量十足,新项目建设快速推进。

  走进一机集团桥箱公司,13条桥壳生产线满负荷运转。“这条生产线全长200多米,数字化程度非常高,只需2人盯着就能开展自动化生产。”公司安全生产部部长王强指着一条生产线告诉记者。

  强大的数字化生产线能轻松保证上万台新能源重卡和矿用车的车桥订单生产,今年前两个月,该公司累计保供北奔2200多台,还为三一重工、徐工、大运等主机厂供货1500台左右,目前在手订单价值近亿元。

  在自治区最先进的自动化铸造生产线——一机十分公司硅溶胶精密铸造车间,机械手和机器人交替作业,不锈钢管阀类铸件、铝合金箱体等精巧铸件产品陆续下线。它们即将发往全国各地,应用于特种车辆、航空航天、铁路车辆等领域。生产线主任杨玉红说,生产线智能化改造后,产品综合合格率能达到98%以上。在不增加人员和工作时长前提下,产能由每天的4吨钢水、2吨铸件,提升到现在的18吨钢水、9吨铸件。“新生产线刚运行不久,就已接到25万件订单。”

  北重集团防务事业部部分数控设备24小时运行不间断,确保从毛坯投料、机加生产、总装配套、产品产出各环节形成闭环。一季度,公司防务装备产品在手合同饱满,1至2月完成工业总产值同比增长104%。

  在包头装备制造产业园区,南高齿(包头)传动设备有限公司厂房内机器轰鸣,企业正着手拓展新产能,将风电用齿轮年产能从600台冲到800台。“目前,我们在手订单已经超过2亿元。每个月产出60多台,并正在陆续发货中。”公司副总经理朱红亮说。

  企业在开拓市场的同时,科技创新之力也厚积薄发。3月,北奔重汽集团发布自治区首台套L4级智能无人驾驶重卡、L4级纯电动版无人驾驶重载运输车,公司晋身内蒙古智能无人驾驶领域领航者,将带动自治区“无人化口岸”建设。

  同样在3月,包头造核酸采样车、核酸采样工作站在一机集团专汽公司下线,加上正在研制、即将下线的核酸检测车,公司再次填补了自治区移动核酸采样和检测领域的装备空白。在疫情频发的当下,两款移动核酸采样装备广受关注,订单倍增。

  一处处场景、一组组数据、一项项目标、一次次创新,无不彰显着包头装备制造业高质量发展的强劲动能。

  目前,包头市装备制造业已基本形成涵盖金属制品、通用设备、专用设备、汽车制造、铁路装备、电器机械和仪器仪表7大门类较为完备的产业体系。2021年,包头市编制印发了《包头市“十四五”现代装备制造业基地发展规划》,并深入梳理“一业一策”3年行动计划;全市9户企业的14类产品获得自治区技术装备首台套、关键零部件首批次认定,数量领跑全自治区;一机路通等4户装备企业获评国家级专精特新“小巨人”企业,占自治区总数近一半。

  今年,包头市以“向新而生、逐绿而行”为导向,正在加紧构建以新能源汽车和风电新能源装备为核心,工程机械、应急装备等领域多元支撑的发展格局。装备制造业现有1个国家重点实验室、3个国家级企业技术中心。全年计划建设装备制造业重大项目81个,总投资537.8亿元。项目集中于新能源汽车、风电等重点领域。1至2月,包头市装备制造业增长愈加强劲,实现增速48.9%。

  在新能源汽车方面,包头市以“国家新能源汽车换电模式应用试点城市”为抓手,在钢厂、铝厂、电厂、矿山、物流园区等领域全面加强新能源换电重卡的推广应用。继续深入推广“散改集+新能源”模式,带动新能源重卡产销量将向1万台目标发起冲刺,推动新能源汽车产业向集群化、绿色化迈进。

  在风电装备方面,包头市目前已形成永磁发电机1000台、齿轮箱800台、叶片350套、塔筒42万吨、法兰与锚栓1.3万吨的产能规模,基本实现产业链关键环节全覆盖。今年,国内风电前三强企业明阳集团,已开工建设投资50亿元的5-10MW超大型陆上风电整机及关键部件智能制造产业园项目,并计划二期投资200亿元打造风光氢储一体化产业园区。国内风电大铸件龙头企业山东龙马集团,今年投资160亿元开工建设高端风电装备产业园项目,用2年时间建成涵盖整机发电机、齿轮箱、叶片、塔筒、核心电气、铸锻件等零部件的风电装备全产业链。此外,远景能源、上海电气、山东中车等前10强企业纷纷落地,包头市将在“十四五”时期建成国内最大的陆上风电装备制造基地。

  在稀土新材料产业方面,实施安泰科技年产5000吨高端稀土永磁制品等总投资110亿元的在建项目41个,力争稀土磁性材料产量达到6万吨,建设全国最大的稀土磁材生产基地,2022年稀土产业产值将突破500亿元大关。

  此外,包头市在工程机械、应急装备等方面着力推进传统产业提档升级,北方股份连续9年入选全球工程机械50强,海外订单占比超50%,始终引领国内矿用车电动化、无人化趋势。一机徐工大马路推土机行业排名跃升至全国第四,部分产品位列全国第二,已获评国家专精特新“小巨人”企业。一机集团7型装备列入国家应急管理部装备专项计划和公安部采购目录。青山电气、展浩电气、凯普松电子等企业分别获评自治区“专精特新”示范企业,产业转型升级效果明显。

  包头市工信局负责人刘永明表示,今年,包头市围绕加快推动工业高质量发展“一个主题”,坚持“提质”和“扩量”齐抓、“改旧”和“育新”并重,实施传统产业特别是装备制造业高端化、数字化、智能化、绿色化“四化”改造;打造在全国范围内有重要影响力的6个新兴产业集群;重点推进“专精特新”企业培育、工业企业技术改造和企业创新能力提升“三大工程”,不断提高产业核心竞争力,努力在以生态优先、绿色发展为导向的高质量发展之路上继续跑出包头工业新速度,让“包头制造”走向世界。(内蒙古日报)#高质量发展看内蒙古# #内蒙古优化营商环境进行时#


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