近日，由新華通訊社主辦的大型時事政經(jīng)新聞周刊《瞭望》第17期刊登了《我國有望摘掉“貧氦國”帽子》的報道，新聞周刊記者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技術(shù)。目前，我國首個“地?zé)峋芎ぬ崛≡囼炚尽币言陉兾飨剃柸眨蔡柕責(zé)峋ǔ?，這標(biāo)志著水溶性氦資源試驗提取技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。

相關(guān)人士表示，渭河盆地是一個大型地?zé)岷退芎づ璧兀畈繜醿μN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，氦是熔點和沸點最低的已知元素；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。

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，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狻６嗄陙?，我們堅持開展對渭河盆地水溶性氦資源的研究與評價。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進(jìn)入到一個新階段?！彼f。

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驗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，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氣體，大家心中都很困惑?！?/p>

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)該是有未知氣體存在，而且很可能是國家急需的“氦氣”。激動的心情、求知的欲望、為國分憂的信念，使他堅持要分析定性到底。

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)時的地質(zhì)礦產(chǎn)部系統(tǒng)內(nèi)曾引起不小的轟動。原地礦部第三石油普查勘探大隊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目組在三普小區(qū)對兩口地?zé)峋M(jìn)行了連續(xù)的動態(tài)監(jiān)測，開展含氦水溶氣穩(wěn)定性的試驗研究，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。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)實驗。2015年冬天，科研人員把渭新１井的試驗設(shè)備搬到咸陽三普２號地?zé)峋M(jìn)行地?zé)峋芎馓崛≡囼?，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“地?zé)峋芎ぬ崛≡囼炚尽?。?jīng)過雙方近50天的現(xiàn)場試驗，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)試驗證明試驗裝備先進(jìn)、性能可靠、運行穩(wěn)定，各項指標(biāo)均達(dá)到和超過設(shè)計要求。

孫啟邦表示，渭河盆地首個地?zé)峋芎ぬ崛≡囼炚镜慕ǔ?，?biāo)志著我國水溶氦資源評價和提取技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，對于推動渭河盆地高位水溶氦氣資源工業(yè)化、規(guī)?；崛￠_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)實意義。