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《瞭望》新聞周刊記者最近從中石化華北石油局三普石油工程公司（以下簡稱“中石化華北三普公司”）了解到，經(jīng)過我國科研人員多年聯(lián)合攻關(guān)，從渭河盆地勘探出的含氦水溶氣已成功完成氦氣提取的試驗(yàn)技術(shù)。目前，我國首個(gè)“地?zé)峋芎ぬ崛≡囼?yàn)站”已在陜西咸陽三普２號地?zé)峋ǔ?，這標(biāo)志著水溶性氦資源試驗(yàn)提取技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。
相關(guān)人士表示，渭河盆地是一個(gè)大型地?zé)岷退芎づ璧?，深部熱儲蘊(yùn)藏著豐富的地?zé)崴退芎べY源，這是在渭河盆地特定的地質(zhì)條件下形成的。它的綜合開發(fā)利用，或?qū)⒏淖兾覈Y源性“貧氦”和涉氦產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口的現(xiàn)狀。
戰(zhàn)略稀缺資源
氦（He）氣是一種無色惰性氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氦是熔點(diǎn)和沸點(diǎn)最低的已知元素；在正常壓力下，氦是唯一不能低溫固化的元素。由于特殊的物理性質(zhì)，氦氣化學(xué)性能穩(wěn)定，一般不生成化合物，只有在特定條件下和某些金屬可形成化合物。
氦氣是一種稀缺的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，因其稀少而珍貴，故有“黃金氣”之說。它廣泛應(yīng)用于低溫超導(dǎo)、激光技術(shù)、紅外線探測、核電、醫(yī)療、深海潛水、高精度焊接、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等高科技領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外消費(fèi)的氦主要來自含氦天然氣。
作為元素周期表中排名僅次于氫的“二號”元素，空氣中氦氣含量只有百萬分之五。一般認(rèn)為，天然氣中氦含量達(dá)到0.1%即可進(jìn)行工業(yè)利用。美國是世界上氦資源最豐富的國家，雖然已大規(guī)模開采60多年，但氦氣儲藏量仍占世界總儲量的40%以上。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的一份調(diào)查報(bào)告：美國、阿爾及利亞、卡塔爾和俄羅斯擁有世界89%的氦資源，其中美國約200億立方米，卡塔爾100億立方米，阿爾及利亞82億立方米，俄羅斯68億立方米，加拿大20億立方米，波蘭３億立方米。
隨著國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，各國對氦氣的需求量逐年增加。氦需求的增長主要是受電子工業(yè)特別是平面液晶顯示器行業(yè)的驅(qū)動(dòng)。
氦氣還是低溫冷源的主要材料。據(jù)了解，利用液氦-268.9℃的低沸點(diǎn)，液氦可以用于超低溫冷卻。而超低溫冷卻技術(shù)在超導(dǎo)技術(shù)等領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用，超導(dǎo)技術(shù)在交通行業(yè)的磁懸浮列車、醫(yī)療領(lǐng)域的核磁共振成像設(shè)備方面都有較大應(yīng)用。
此外，核電第四代氣冷堆（發(fā)電效率可提高30%～50%）冷卻氣需求是另一重要原因。
我國氦氣資源相當(dāng)貧乏，含量很低，提取難度大、成本很高，大部分氦氣依賴進(jìn)口。渭河盆地發(fā)現(xiàn)的水溶性氦氣（簡稱“水溶氦”）是一種新型氦氣資源。
艱辛尋“氦”路
中石化華北三普公司項(xiàng)目負(fù)責(zé)人孫啟邦向《瞭望》新聞周刊記者介紹，渭河盆地氦氣發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)70年代，是我國科研人員在汾渭盆地開展石油天然氣普查勘探時(shí)于渭深13井首次發(fā)現(xiàn)的。2004年以后，又在渭河盆地地?zé)峋樯鷼庵袡z測到高含量的氦氣。“分析結(jié)果表明，渭河盆地地?zé)崴軞庵泻懈吆亢?。多年來，我們?jiān)持開展對渭河盆地水溶性氦資源的研究與評價(jià)。2012年中國石化華北分公司在渭河盆地部署了第一口氦氣資源預(yù)探井——渭新１井，標(biāo)志著渭河盆地水溶性氦資源的評價(jià)進(jìn)入到一個(gè)新階段。”他說。
據(jù)了解，我國科研人員于上世紀(jì)六、七十年代曾兩次在汾渭盆地開展石油普查勘探工作，取得了豐富的油氣地質(zhì)資料，為盆地的基礎(chǔ)地質(zhì)研究奠定了基礎(chǔ)，在渭深13井發(fā)現(xiàn)的含氦可燃天然氣就是其成果之一。
渭深13井位于陜西省周至縣，據(jù)中石化華北三普公司實(shí)驗(yàn)室原工程師張子培回憶：當(dāng)年用我國自行研制的熱導(dǎo)氣相色譜儀分析渭深13井送檢的試氣層氣體樣品時(shí)，除了含有從甲烷到戊烷的可燃天然氣外，永久性組分中還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇特的組分，這是以往在鄂爾多斯盆地天然氣樣品分析結(jié)果中未曾見過的。“多次分析后，我們確定這種成分既不是氫和氧加氬，更不是氮，身邊所有氣體標(biāo)準(zhǔn)都已驗(yàn)證完，仍然定不了性。到底是儀器問題或污染干擾，還是未被確定的未知?dú)怏w，大家心中都很困惑。”
張子培隨后翻閱了大量天然氣組分分析資料，了解到天然氣中會含有一些稀有氣體。在排除了儀器和污染因素后，他預(yù)感到應(yīng)該是有未知?dú)怏w存在，而且很可能是國家急需的“氦氣”。激動(dòng)的心情、求知的欲望、為國分憂的信念，使他堅(jiān)持要分析定性到底。
要完成測試，首先要解決“標(biāo)樣”問題。但當(dāng)時(shí)的條件有限，西安附近都沒能找到，經(jīng)過多方查找信息，終于在一家有氦氣的軍工單位找到了。拿回標(biāo)樣，分析結(jié)果很快得出：確認(rèn)這個(gè)奇特的組分就是氦氣（后送外檢也得出同樣結(jié)論），含量在2.08%～4.14%之間，平均為3.0%，其品位是相當(dāng)高的（氦氣工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為0.1%）。
渭深13井發(fā)現(xiàn)稀有氦氣的喜訊，在當(dāng)時(shí)的地質(zhì)礦產(chǎn)部系統(tǒng)內(nèi)曾引起不小的轟動(dòng)。原地礦部第三石油普查勘探大隊(duì)高級工程師姚志溫認(rèn)為，渭深13井含氦可燃天然氣的形成條件與國內(nèi)油、氣田典型氣體不同，屬于一種特殊類型天然氣。
從2006年10月至今，中石化華北三普公司項(xiàng)目組在三普小區(qū)對兩口地?zé)峋M(jìn)行了連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，開展含氦水溶氣穩(wěn)定性的試驗(yàn)研究，氦氣含量始終分別為2.1%和2.2%，并且不受季節(jié)、用水量和井口壓力等諸多因素變化的影響。特別是2009年以后，氦含量有明顯增高的趨勢。
經(jīng)過中石化華北三普公司和中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所膜技術(shù)國家工程研究中心（以下簡稱“中科院大連化物所膜中心”）連續(xù)多年的聯(lián)合攻關(guān)，科研人員認(rèn)為，30多年前在渭河盆地渭深13井發(fā)現(xiàn)的含氦可燃性氣體是水溶性含氦天然氣，水溶氦不同于國內(nèi)外含氦天然氣中的氦，是一種新的氦氣成藏類型和資源，而且具有品位高、規(guī)模大、分布范圍廣的特點(diǎn)。初步估算，氦氣生成量達(dá)上千億立方米，預(yù)測氦氣資源量有300多億立方米，具有很好的綜合開發(fā)和利用前景。
2015年8月，雙方科研人員在渭新1井，成功完成水溶氦氣常溫、膜法提取技術(shù)實(shí)驗(yàn)。2015年冬天，科研人員把渭新１井的試驗(yàn)設(shè)備搬到咸陽三普２號地?zé)峋M(jìn)行地?zé)峋芎馓崛≡囼?yàn)，在中石化綠源地?zé)崮荛_發(fā)有限公司的協(xié)助下，在咸陽三普２號井建成了國內(nèi)首個(gè)“地?zé)峋芎ぬ崛≡囼?yàn)站”。經(jīng)過雙方近50天的現(xiàn)場試驗(yàn)，水溶氦濃度由井口的３%提高到50%～60%，回收率達(dá)到了80%以上，連續(xù)試驗(yàn)證明試驗(yàn)裝備先進(jìn)、性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到和超過設(shè)計(jì)要求。
孫啟邦表示，渭河盆地首個(gè)地?zé)峋芎ぬ崛≡囼?yàn)站的建成，標(biāo)志著我國水溶氦資源評價(jià)和提取技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，對于推動(dòng)渭河盆地高位水溶氦氣資源工業(yè)化、規(guī)模化提取開發(fā)，解決國家氦氣資源貧乏與戰(zhàn)略保障問題，具有重要戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。
有望摘掉“貧氦國”帽子
由于氦的特殊成因，地球上的氦資源極為有限且分布極不均勻。我國屬于貧氦國家，進(jìn)口依賴度非常高，已對我國一些尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展造成嚴(yán)重制約。20世紀(jì)70年代，西方國家曾經(jīng)把氦氣列入對華禁運(yùn)物資之一，當(dāng)前，美國仍要求在對華出口合同上注明氦氣必須用于非軍事目的。
據(jù)專家預(yù)測，在未來10多年內(nèi)，全球?qū)獾男枨罅繉⒁悦磕?%～6%的速度增長，預(yù)計(jì)國內(nèi)氦氣需求量將保持8%～10%的增速。
到目前為止，我國獲得探明儲量的天然氣藏中含氦量很少，多數(shù)無回收利用價(jià)值，只有四川威遠(yuǎn)氣田燈影組儲層的天然氣中氦含量達(dá)0.18%，略高于天然氣儲量規(guī)范中氦濃度0.1%的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，年產(chǎn)量很低。目前我國對氦資源的需求量越來越大，其儲量直接關(guān)系到國家的安全。因此尋找新的氦資源，解決我國氦氣自供能力的問題迫在眉睫。
孫啟邦告訴本刊記者，目前相關(guān)單位在前期取得的成果基礎(chǔ)上，已開展水溶氦氣提純技術(shù)研究工作。通過采用變壓吸附技術(shù)，完成水溶氦從提濃到提純過程，從而達(dá)到工業(yè)級氦氣標(biāo)準(zhǔn)，全面打通地?zé)峋芎馓崛?、提濃、提純工藝技術(shù)路線。未來幾年內(nèi)，通過企業(yè)與地方政府有效結(jié)合，依托現(xiàn)有條件，力爭在咸陽市建成“年產(chǎn)萬方級水溶氦先導(dǎo)性開發(fā)試驗(yàn)區(qū)”，為渭河盆地氦氣田的開發(fā)提供新思路，為地?zé)豳Y源的綜合利用開發(fā)提供新模式，為解決國家氦氣資源貧乏與戰(zhàn)略保障問題作出貢獻(xiàn)。
受訪人士表示，渭河盆地是一個(gè)大型地?zé)岷退芎づ璧兀畈繜醿μN(yùn)藏著豐富的地?zé)崴退芎べY源，是在渭河盆地特定的地質(zhì)條件下形成的。這是大自然饋贈(zèng)給我們的寶貴資源，它的綜合開發(fā)利用將改變我國的“貧氦”現(xiàn)狀，對我國國防安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。
陜公網(wǎng)安備 61019102000282號 能源監(jiān)管熱線：12398
