本篇内容源自金正纵横《国内外氦气资源潜力及提取技术现状专题报告》
1、氦气的重要性
氦气作为一种战略资源，被称为“工业气体黄金”，是国防军工的命脉，同时在航空航天、医疗、半导体等领域有非常重要的应用。中国氦气资源十分稀缺，储量仅占全球储量的2%，对外依存度高达95%，主要从卡塔尔（进口占比74%）、美国（进口占比16%）等国家进口氦气。美国的氦气资源及技术垄断全球，不仅拥有世界上最大的氦气储量（占比超40%），也具备最先进的氦气提取技术；我国主要氦气进口国卡塔尔的氦气提取技术、设备也依赖美国，一旦美国对出口中国的氦气实施“卡脖子”封锁，我国氦气供应局面将非常被动。2020年以来，国家高度重视氦气的资源调查，中国石油等相关的研究单位也开始立项展开氦气资源的调查和研究工作，因此，全面调研国内外典型油气田中氦气的组分及资源潜力，对于我国石油企业未来进一步深化该领域的研究具有重要意义。
2、全球氦气资源分布
据美国地质调查局（USGS）2020年调查报告的数据，全球氦气总资源量约519亿立方米，主要分布在美国、卡塔尔、阿尔及利亚和俄罗斯，上述四国氦气资源占全球总资源量的88%（图1-2-1）。全球氦气总探明储量（探明储量不等于资源量）约74亿立方米（近20年累计采出约32亿立方米），剩余储量仅可满足20余年的需求。其中美国是全球氦气资源头号大国，资源量约206亿立方米，占全球的近40%；卡塔尔氦气资源量约101亿立方米，阿尔及利亚氦气资源量82亿立方米，俄罗斯氦气资源量68亿立方米，前四家占比高达88.1%。加拿大氦气资源量20亿立方米，中国氦气资源量11亿立方米，波兰氦气资源量3亿立方米。
全球氦气剩余探明储量也很有限，且分布极度不均。美国最多，达39亿立方米，阿尔及利亚、俄罗斯分属第二、第三，分别为18亿立方米、17亿立方米，波兰有0.23亿立方米。天然气田中的氦含量各异。美国气田的氦含量最高，平均约为0.8%（摩尔分数），个别气田的氦含量高达7.5%。
3、中国氦气进口现状
近五年我国氦气进口呈先增后降走势。2018年以来，我国氦气进口逐年下降，2020年我国进口氦气3707.6 t，同比下降6.7%，但进口占需求的比例高达97.7%。
2021年氦气进口3685吨，同比下降0.5%。2021年自卡塔尔地区进口氦气3005.9吨，占比82%；自美国进口346.1吨，占比9%；自澳大利亚进口304.6吨，占比8%，自俄罗斯地区进口氦气24吨，占比1%。相较于2020年，美国地区产量、船运及关税等因素对中国氦气进口量形成显著制约，自美国地区进口量呈现进一步下滑走势，而自卡塔尔地区进口量的增长弥补了自美国进口的减少量，所以其占比持续提升，自澳大利亚进口量相对平稳。
图1-3-1 2015-2021年中国氦气进口量（单位：吨。数据来源：海关总署）
由于国际形势变化大、卡塔尔氦气产量上升快，我国氦气进口结构有所调整，近五年自卡塔尔进口的氦气量连年攀升，自美国进口的氦气量则在递减。
我国氦气基本从普莱克斯公司、空气产品公司、法国液化空气公司、林德公司、岩谷气体公司等跨国公司进口，国内产量极少，进口氦气分销渠道以合资企业和外资企业为主。
4、氦气提纯工艺技术
深冷法是目前国内提氦的常用技术。目前国内氦气提取的深冷技术大致分为两类：一类为从天然气中利用深冷方式直接进行氦气的分离，另外一类为从LNG的存储罐中利用深冷方法进行氦气分离。
单一的天然气提氦技术能耗巨大，成本较高。基于我国氦资源稀缺的情况，将多种提氦方法共同应用的联合法及将天然气提氦与LNG生产等集成的方法不仅能提高氦气的回收率及回收纯度，还能大幅降低提氦的成本及整体装置的投资，经济效益显著，展现出了广阔的应用前景。报告探讨了膜分离+变压吸附组合工艺、天然气轻烃回收+提氦联产工艺等组合工艺，并通过研究发现，采用膜与 PSA 复合的工艺用于较低氦含量（<0.5vol%）天然气提氦的可行性，可有效提高企业的投资收益、降低运行成本。天然气轻烃回收+提氦联产工艺使用了能够提供-169.8 ℃低温温位的自产冷剂循环制冷，并能有效地集成回收和利用冷量，与单一工艺相比，联产工艺具有明显的节能降耗优势，具有实际应用价值。
一方面，LNG 生产工艺与提氦工艺类似，均有深冷单元，装置设备也类似。用深冷法在天然气提氦的同时联产LNG，能有效利用能源。将天然气提氦与制 LNG 工艺联产，一方面可同时得到粗氦和 LNG 两种产品，提高能源利用率，降低设备投资及能耗；另一方面，该工艺采用氮气膨胀制冷，利用原料气中的氮气作为制冷剂，能够降低制冷成本。
5、我国氦气发展建议
针对目前我国氦气资源调查不足以及提纯技术存在的问题，提出以下五点发展建议。
（1）加快开展氦气勘查示范工程
建立上下游一体化密切协作的氦气资源调查体系，进一步加大人力、物力、财力投资力度，通过富氦气层测井识别和地球物理勘探攻关，研究氦气成藏规律，优选富氦天然气有利目标区。同时，参照天然气勘探完井方式开展钻探和测试工作，验证气藏分布特征，开展氦气勘查开发示范工程，深入研究资源赋存条件，寻找和发现氦气资源，实现氦气资源新类型调查重大突破，完善氦气钻探工艺及综合利用方法系列，为氦气生产井部署提供目标和方向。
（2）加强伴生氦气资源调查利用
开展地热井、天然气井等氦资源专项调查，形成现有条件下伴生氦气资源的综合评价、有效利用技术方法，探索针对性的地球物理探测方法、有效测井系列和解释测井模型及钻探（录井）、气藏测试工艺，创新、总结出适合区域资源特征的开发模式。另外，积极促进并配合政府编制氦气资源勘探与开发的中、长期发展规划，研究出台操作性强、行之有效的氦气产业发展政策，给予氦气资源综合利用项目税收减免、财政补贴、土地使用等鼓励支持，主导和指引参与企业及单位进行科学合理开发。
（3）推动氦气商业勘探开发进程
研究编制我国氦气需求分析报告，提交国家相关单位，增强氦气资源短缺危机感，高度认识氦气资源对国家战略安全的重要意义，促进国家制定出台针对氦气矿业权配置的有利政策，引导相关企业及单位踊跃跟进参与，推进我国氦气资源气资源勘探开发商业进程，尽快构建氦气战略安全脊梁。另外，深入开展国内外与氦气相关的产业发展调研，努力推动相关企业开展装备制造、科学研究、氦气供应等方面的深度合作，争取国外氦气相关产业在国内布局，提高氦气销量和受益，推动区域经济友好又快发展。
（4）深化氦气勘探开发技术研究
由政府主导，以开放平台广泛吸纳国内外相关科研院所及企业单位，强强联合，充分发挥各自优势，加快省部级氦气研究创新中心建设，打造世界一流的氦气资源研究机构，重点针对氦气成藏理论、找矿模式等关键地质问题和地球物力探测方法、测井系列、解释模型等勘查技术手段进行攻关，开展专业化氦气勘探开发理论与技术研究，服务我国氦气资源调查评价工作，进行伴生氦气低成本的提取/提浓/提纯工艺及设备研发，完善氦气勘探与开发技术体系，为我国氦气资源规模化、产业化发展保驾护航。
（5）积极探索天然气提氦新工艺
采用操作运行优化与技术改造相结合，努力解决现有装置能耗高客观问题，考虑以工艺模拟计算为手段，调整运行工艺参数以及改造设备尺寸大小来提高装置的适应性。改进现有的深冷法提氦装置和工艺，降低能耗，发展低温法、吸附法以及膜分离相结合的复合工艺，通过LNG联产和扩大生产规模等降低提氦成本。
走天然气综合提氦之路，提高低含氦天然气提氦的经济性，可考虑建设天然气脱氮提氦、天然气提氦联产轻烃或LNG一体化装置，以降低单位产品能耗和增加产品产量，积极探索新的天然气提氦工艺。
