直擊我國(guó)海域天然氣水合物(可燃冰)成功試采

我國(guó)海域天然氣水合物試采成功,這是在我國(guó)南海神狐海域進(jìn)行天然氣水合物試采作業(yè)的“藍(lán)鯨一號(hào)”鉆探平臺(tái)。由國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施的我國(guó)海域天然氣水合物試采在南海神狐海域?qū)崿F(xiàn)連續(xù)8天穩(wěn)定產(chǎn)氣,試采取得圓滿成功,實(shí)現(xiàn)了我國(guó)天然氣水合物開發(fā)的歷史性突破。(新華社提供)

國(guó)土資源部部長(zhǎng)姜大明宣布可燃冰試采成功
1999年“奮斗五號(hào)”船首次赴南海開展天然氣水合物調(diào)查。
天然氣水合物分布于深海沉積物或陸域永久凍土中,是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀化合物。因其外觀似冰,且遇火燃燒,又被人稱為可燃冰。
可燃冰具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。1立方米可燃冰可以分解出160~170立方米的天然氣,其燃燒后分解為二氧化碳和水,被譽(yù)為清潔能源。其儲(chǔ)量豐富,全球儲(chǔ)量約是當(dāng)前已探明的所有化石能源包括煤、石油、天然氣中碳含量綜合的2倍。據(jù)研究,97%的可燃冰資源分布于海洋。目前,全球已發(fā)現(xiàn)的可燃冰分布區(qū)超過(guò)110多處。據(jù)科學(xué)家們估計(jì),可燃冰的儲(chǔ)量至少夠人類使用1000年。因而,各國(guó)都將其視為石油天然氣的替代能源。自上世紀(jì)中葉起,美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)先后投入巨資,開展了海域可燃冰資源的調(diào)查評(píng)價(jià),并在上世紀(jì)八九十年代獲取了海域可燃冰的實(shí)物樣品。
“中國(guó)可燃冰資源一樣豐富。”國(guó)土資源部黨組成員、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局局長(zhǎng)鐘自然說(shuō),“除陸地凍土區(qū)外,經(jīng)過(guò)近20年的勘查,我國(guó)南海可燃冰地質(zhì)資源量約為800億噸油當(dāng)量。”這意味著,如果全部開采出來(lái),可穩(wěn)定供應(yīng)我國(guó)消費(fèi)200年。
然而,對(duì)于人類而言,可燃冰卻似“水中月、鏡中花”。一是其賦存于尚未石化的海底砂層中,賦存空間猶如用砂構(gòu)筑的蜂巢,開采時(shí)可燃冰分解為天然氣和水后,“蜂巢壁”極可能坍塌并被帶走,進(jìn)而堵塞采氣管道。二是只要溫度、壓力條件一變,可燃冰即揮發(fā)成氣體進(jìn)入大氣,瞬間變成環(huán)境殺手。因開采難度極大,其在海域被發(fā)現(xiàn)至今的幾十年間,開采一直無(wú)重大進(jìn)展。美國(guó)、加拿大在陸地上進(jìn)行過(guò)試采,但效果不理想。日本在2013年開展的首次海上試開采工作,因出砂等技術(shù)問題而失敗。2017年4月,日本進(jìn)行了第二次試采,累計(jì)采氣近3.5萬(wàn)立方米,5月15日因出砂問題中止。
我國(guó)的試采技術(shù)研究?jī)?chǔ)備始于2011年。“我國(guó)南海天然氣水合物試采區(qū),與日本試采區(qū)比較,具有儲(chǔ)層水深大、埋藏淺、滲透性差、飽和度低、儲(chǔ)層粒度更細(xì)、水合物類型更復(fù)雜等特點(diǎn)。僅儲(chǔ)層類型而言,日本試采區(qū)為細(xì)砂質(zhì)類型,我國(guó)南海為泥質(zhì)粉砂質(zhì)類型。目前,國(guó)際上試采儲(chǔ)層類型的一般為砂礫型,簡(jiǎn)而言之,就整體開采難度而言,中國(guó)較日本更高,目前沒有開采經(jīng)驗(yàn)可循。”在試采平臺(tái),中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局副總工程師、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局局長(zhǎng)、試采現(xiàn)場(chǎng)指揮部總指揮葉建良說(shuō),“砂細(xì)導(dǎo)致滲透率更低,同時(shí)我國(guó)的可燃冰試采區(qū)水深更大,儲(chǔ)層埋藏淺,開采施工難度更大。”
一邊是我國(guó)能源特別是油氣資源對(duì)外依存度居高不下,一邊是巨量的新能源沉睡海底。這一現(xiàn)實(shí),也成為中國(guó)人,尤其是中國(guó)地質(zhì)人心中的一大隱痛。
可喜的是,新中國(guó)地質(zhì)人早已形成以國(guó)家需求為導(dǎo)向的傳統(tǒng)。更可喜的是,地質(zhì)人能將滿足國(guó)家需求變成工作動(dòng)力。
20世紀(jì)80年代中期,當(dāng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度進(jìn)入快車道,常規(guī)油氣資源供需矛盾越來(lái)越大時(shí),地質(zhì)人開始關(guān)注到國(guó)際上可燃冰有關(guān)報(bào)道和研究成果。
1995年,在中國(guó)大洋協(xié)會(huì)、原地質(zhì)礦產(chǎn)部和國(guó)家科委的支持下,中國(guó)地科院礦產(chǎn)資源研究所曾先后在南海和太平洋國(guó)際海底開展了可燃冰的前期調(diào)研。
1999年,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成立后,我國(guó)可燃冰研究進(jìn)入到加速發(fā)展階段。同年,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局在南海北部西沙海域開展了可燃冰前期調(diào)查,發(fā)現(xiàn)了其存在的重要地震標(biāo)志——似海底反射(BSR),第一次在我國(guó)海域找到了可燃冰的蹤影,引起國(guó)家高度重視。
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可燃冰是什么?
可燃冰,是由氣體分子與水分子組成的一種冰狀的固體物質(zhì),學(xué)名為“天然氣水合物”,外觀多呈白色或淺灰色晶體,外貌似冰雪,可直接點(diǎn)燃,故被稱為“可燃冰”。
根據(jù)可燃冰的分子晶體結(jié)構(gòu),可為三種類型:Ⅰ型為立方晶體結(jié)構(gòu),組成的氣體分子主要為甲烷(含量大于93%);Ⅱ型為菱形晶體結(jié)構(gòu),組成的氣體分子除甲烷外,還含有相當(dāng)數(shù)量的乙烷、丙烷和異丁烷;H型為六方晶體結(jié)構(gòu),由直徑較大的氣體分子構(gòu)成,如二氧化碳等。
可燃冰的形成需具備四個(gè)基本條件:低溫、高壓環(huán)境以及充足的氣源和水。自然界中的可燃冰主要賦存于高壓、低溫環(huán)境的海底淺表層沉積物和高緯度凍土里,約有97%可燃冰分布于海洋中,僅3%分布在陸地凍土帶。可燃冰可在低于10℃時(shí)生成,超過(guò)20℃便會(huì)分解。在0℃時(shí),只需30個(gè)大氣壓即可生成,壓力越大越穩(wěn)定。
海洋中,可燃冰往往分布于水深大于300米的海底沉積物中,分布范圍從海底到海底之下1000米左右,氣體主要來(lái)源于海底淺部的生物成因氣和地層深部熱解氣。目前,在全球直接或間接發(fā)現(xiàn)水合物的礦點(diǎn)已達(dá)到234處,在49處獲得了水合物樣品。在5個(gè)礦點(diǎn)開展了試開采或開采,其中海域有兩個(gè)礦點(diǎn):中國(guó)1個(gè)、日本1個(gè);陸域有三個(gè)礦點(diǎn),美國(guó)1個(gè)、加拿大1個(gè)、俄羅斯1個(gè)。
可燃冰的自然產(chǎn)出狀態(tài)有塊狀、脈狀、結(jié)核狀、分散狀等,其成因主要有兩種類型:一種是由于氣體滲漏到地層的孔洞或裂縫中,呈塊狀、脈狀或結(jié)核狀;另外一種是氣體擴(kuò)散到沉積物的孔隙中,形成微小的可燃冰顆粒充填于沉積物的孔隙中,通常不為肉眼所識(shí)別,這種可燃冰就像一杯水倒進(jìn)沙子里,什么都看不到一樣。


在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,1體積的可燃冰大概可以分解為164體積的甲烷氣體。據(jù)估算,全球可燃冰中的有機(jī)碳占全球有機(jī)碳的53.3%,而煤、石油和天然氣三者的總量才占到26.6%。儲(chǔ)量巨大和高效清潔的特點(diǎn)使得可燃冰被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色能源。由于可燃冰的重大戰(zhàn)略資源意義,從20世紀(jì)80年代開始,美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、加拿大、日本、印度、韓國(guó)等相繼投入巨資開展勘查開發(fā)及科學(xué)研究。
根據(jù)可燃冰的儲(chǔ)集類型,目前認(rèn)為自然界中大部分可燃冰分布在海洋黏土質(zhì)或粉砂質(zhì)細(xì)粒沉積物中,其次是分布在地層的孔洞或裂縫中的可視型可燃冰,再其次是分布在海洋砂層中的可燃冰和陸域凍土帶砂層中的水合物。據(jù)估算,全球賦存在砂層可燃冰中的氣體量可能超過(guò)1217萬(wàn)億立方米,約占全球可燃冰原地資源量的中間范圍估值的5%。從目前的技術(shù)條件看,砂巖中的可燃冰較容易開采,陸域及日本海域目前主要針對(duì)砂巖儲(chǔ)層中的可燃冰進(jìn)行開采試驗(yàn),而中國(guó)在神狐海域開采的可燃冰儲(chǔ)集類型是黏土質(zhì)粉砂儲(chǔ)層,開采難度較大。
如何揭開南海可燃冰的神秘面紗?
在國(guó)土資源部、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)導(dǎo)下,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局負(fù)責(zé)實(shí)施南海可燃冰勘查試采工作,廣泛吸收國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)力量,在南海水合物勘查、試采、成藏地質(zhì)理論研究、技術(shù)裝備研發(fā)等發(fā)揮了主導(dǎo)作用。自1999年開始,歷經(jīng)前期調(diào)查(1999-2001年)、調(diào)查與評(píng)價(jià)國(guó)家專項(xiàng)(2002-2010年)、勘查與試采國(guó)家專項(xiàng)(2011年至目前)三個(gè)階段,通過(guò)近20年的攻關(guān),我國(guó)創(chuàng)新集成了具有南海特點(diǎn)的水合物綜合探測(cè)技術(shù)體系,初步形成了天然氣水合物成礦、控礦、找礦理論,建立了南海水合物資源評(píng)價(jià)、區(qū)帶評(píng)價(jià)及目標(biāo)預(yù)測(cè)理論和方法,取得一系列重大找礦突破和開拓性創(chuàng)新成果,實(shí)現(xiàn)了從國(guó)內(nèi)空白到領(lǐng)跑世界的跨越發(fā)展。
目前,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局在南海已完成高分辨率多道地震13萬(wàn)千米、多波束測(cè)量7萬(wàn)千米、淺層剖面測(cè)量2.4萬(wàn)千米、熱流測(cè)量522個(gè)站位、地質(zhì)取樣2272個(gè)站位、OBS調(diào)查195臺(tái)站、可控源電磁測(cè)量20臺(tái)站、深潛器(ROV)調(diào)查23站位,在南海北部陸坡基本完成地質(zhì)-地球物理普查測(cè)網(wǎng)調(diào)查,在重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)開展了以三維地震探測(cè)為主的多手段詳查,鉆井87口。通過(guò)系統(tǒng)勘查評(píng)價(jià),預(yù)測(cè)南海海域水合物遠(yuǎn)景資源量達(dá)800億噸油當(dāng)量,并圈定了6個(gè)水合物成礦遠(yuǎn)景區(qū)、19個(gè)成礦區(qū)帶、25個(gè)有利區(qū)塊、24個(gè)鉆探目標(biāo)區(qū),發(fā)現(xiàn)珠江口盆地東部海域和神狐海域2個(gè)千億方級(jí)的水合物礦藏。
我國(guó)可燃冰的勘探開發(fā)歷程已有近20年的歷時(shí)。1999年,我國(guó)首次在南海西沙海域可燃冰存在的地震反射證據(jù)——似海底反射界面(BSR)。2004年,首次在臺(tái)西南盆地發(fā)現(xiàn)“九龍甲烷礁”。2007年,首次在南海神狐海域鉆探獲取實(shí)物樣品,使我國(guó)成為繼美國(guó)、日本、印度之后第4個(gè)通過(guò)國(guó)家級(jí)研發(fā)計(jì)劃在海底鉆探獲得可燃冰實(shí)物樣品的國(guó)家。
2013年,在南海珠江口盆地東部海域首次鉆獲大量塊狀、脈狀、分散狀等多類型的高飽和度水合物樣品,首次證實(shí)超千億方級(jí)天然氣水合物礦藏。
2015年,在南海北部神狐海域?qū)崿F(xiàn)水合物鉆獲成功率100%,再次鉆探證實(shí)超千億方級(jí)天然氣水合物礦藏。利用自主研發(fā)“海馬”號(hào)深潛器在珠江口盆地西部海域發(fā)現(xiàn)“海馬冷泉”,并利用大型重力活塞取樣器獲取塊狀水合物實(shí)物樣品。
2016年,通過(guò)鉆探鎖定試采目標(biāo),系統(tǒng)獲取了試采目標(biāo)井儲(chǔ)層關(guān)鍵數(shù)據(jù),為試采實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2017年,首次在世界上成功實(shí)現(xiàn)連續(xù)安全可控試采,實(shí)現(xiàn)了我國(guó)海域水合物試采歷史性突破。

可燃冰能被開發(fā)利用嗎?
近年來(lái),國(guó)際可燃冰研發(fā)態(tài)勢(shì)已逐步從勘查階段進(jìn)入試采驗(yàn)證階段,迄今已在加拿大麥肯齊三角洲、美國(guó)阿拉斯加北坡、中國(guó)祁連山凍土區(qū)、日本南海海槽和中國(guó)南海神狐海域?qū)嵤┝嗽囼?yàn)性開采,前蘇聯(lián)在西西伯利亞麥索亞哈氣田進(jìn)行了可燃冰開發(fā)。
1969-1990年,前蘇聯(lián)在麥索亞哈氣田對(duì)水合物藏進(jìn)行商業(yè)開采。該氣田為常規(guī)氣田,在氣田上方形成水合物藏。該水合物層經(jīng)由減壓途徑無(wú)意中得以開采的,通過(guò)開采水合物藏之下的常規(guī)天然氣,導(dǎo)致水合物層壓力降低發(fā)生分解。氣田的最高年產(chǎn)量為21億立方米。從該氣藏的游離氣中大約生產(chǎn)出80億立方米天然氣,從分解的水合物中生產(chǎn)出約30億立方米天然氣。
2002年,加拿大、日本等在加拿大西北部麥肯齊三角洲(馬利克地區(qū))進(jìn)行第一次陸上試采,采用“熱水循環(huán)法”在全球首次成功從水合物層中產(chǎn)出天然氣,生產(chǎn)持續(xù)5天,總產(chǎn)氣量470立方米。2007年進(jìn)行第二次陸上試采,采用“降壓法”實(shí)現(xiàn)連續(xù)12.5小時(shí)從水合物層中產(chǎn)出天然氣,總產(chǎn)氣量850立方米。2008年進(jìn)行第三次陸上試采,采用“降壓法”實(shí)現(xiàn)連續(xù)5天從水合物層中產(chǎn)出天然氣,總產(chǎn)氣量1.3萬(wàn)立方米。
2011年,中國(guó)在青海祁連山凍土區(qū)成功實(shí)施陸域天然氣水合物試開采,采用降壓法和加熱法成功將地下130米~400米處的天然氣水合物分解出天然氣。
2012年,康菲石油公司等在美國(guó)阿拉斯加北部斜坡完成了利用二氧化碳置換可燃冰的開采測(cè)試。在整個(gè)開采階段,包括后續(xù)6天的氣體回收,共開采出甲烷約24210.9立方米,在固相中實(shí)現(xiàn)了甲烷—二氧化碳的置換。
2013年,日本在其南海海槽利用降壓法進(jìn)行可燃冰試采,開采出氣持續(xù)6天,生產(chǎn)天然氣12萬(wàn)立方米,后因嚴(yán)重出砂被迫終止。
國(guó)際上試驗(yàn)性開采均針對(duì)高滲砂質(zhì)儲(chǔ)層,我國(guó)首次瞄準(zhǔn)低滲細(xì)粒水合物儲(chǔ)層進(jìn)行試采,難度更大,極具挑戰(zhàn)性。
2017年5月10日,中國(guó)在南海神狐海域首次試采可燃冰點(diǎn)火成功,至5月18日連續(xù)產(chǎn)氣8天,平均日產(chǎn)超過(guò)1.6萬(wàn)立方米。截至6月10日,連續(xù)產(chǎn)氣31天,總產(chǎn)氣量21萬(wàn)立方米,平均日產(chǎn)6800立方米。試采井產(chǎn)氣過(guò)程平穩(wěn),井底狀態(tài)良好,鉆井作業(yè)安全,海底海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常,無(wú)海底甲烷氣體泄漏情況。取得了持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、氣流穩(wěn)定、環(huán)境安全等多項(xiàng)重大突破性成果。
中國(guó)海域水合物試采成功具有十分重大的意義,必將引領(lǐng)和推動(dòng)世界可燃冰開發(fā)基礎(chǔ)研究和技術(shù)方法發(fā)展,加快人類開發(fā)利用可燃冰的步伐。(中國(guó)國(guó)土資源報(bào))

塊狀

脈狀

結(jié)核狀

分散狀
我國(guó)可燃冰實(shí)質(zhì)性調(diào)查與研究就此展開。隨后,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局(以下簡(jiǎn)稱廣海局)擴(kuò)大調(diào)查范圍和戰(zhàn)果,在我國(guó)南海北部多處海區(qū)發(fā)現(xiàn)了可燃冰蹤跡。
2002年,國(guó)家批準(zhǔn)設(shè)立專項(xiàng),在我國(guó)海域開展可燃冰綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)工作。以廣海局為主力,并廣泛吸收高等院校、科研院所、國(guó)家石油公司等參與,發(fā)現(xiàn)了我國(guó)南海北部可燃冰賦存的大量的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)及生物等異常標(biāo)志,初步圈定出可燃冰資源遠(yuǎn)景最有利的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū),并在國(guó)家科技計(jì)劃等給予支持,持續(xù)開展了探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)等研究。同時(shí),中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在青島海洋地質(zhì)研究所建成了可燃冰模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,并人工合成可燃冰。
2007年,在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的組織下,廣海局聯(lián)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)調(diào)查勘探力量,在南海北部神狐海域?qū)嵤┝宋覈?guó)首次可燃冰鉆探,成功獲取實(shí)物樣品,成為繼美國(guó)、日本、印度之后第四個(gè)通過(guò)國(guó)家計(jì)劃在海底鉆獲可燃冰實(shí)物樣品的國(guó)家。
為盡早開發(fā)利用可燃冰,2011年,以加快南海北部水合物資源遠(yuǎn)景區(qū)勘查評(píng)價(jià)、選擇重點(diǎn)靶區(qū)實(shí)施水合物試驗(yàn)性開采為目標(biāo)的可燃冰勘查與試采專項(xiàng)工作啟動(dòng),可燃冰調(diào)查進(jìn)入了全新階段。
在開展分層次多學(xué)科綜合性勘查評(píng)價(jià)后,新的鉆探靶區(qū)被確定在了珠江口盆地東部海域。2013年,廣海局組織實(shí)施了珠江口盆地東部海域可燃冰鉆探航次,鉆獲獲取到大量層狀、塊狀、脈狀及分散裝等多種類型可燃冰樣品,并發(fā)現(xiàn)超千億方級(jí)可燃冰大型礦藏。2015年,廣海局通過(guò)調(diào)查,在珠江口盆地西部海域首次發(fā)現(xiàn)大型活動(dòng)冷泉——“海馬冷泉”,并成功采獲大量淺表層可燃冰實(shí)物樣品。同年,再次在神狐海域組織實(shí)施鉆探并取得重大發(fā)現(xiàn)——鉆探區(qū)天然氣控制資源量超過(guò)1500億立方米,為特大型可燃冰礦藏,為本次試采提供了重要參考靶區(qū)。
為加速我國(guó)可燃冰勘查開發(fā)進(jìn)程,2016年,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局明確由廣海局作為可燃冰試采工程項(xiàng)目承擔(dān)單位,在廣海局成立試開采現(xiàn)場(chǎng)指揮部,葉建良擔(dān)任總指揮,青島海洋地質(zhì)所所長(zhǎng)吳能友擔(dān)任副總指揮,并在廣海局成立了可燃冰工程技術(shù)中心,創(chuàng)新研發(fā)了試采關(guān)鍵技術(shù)和裝備體系,鎖定全球最先進(jìn)的超深水雙鉆塔半潛式鉆井作業(yè)平臺(tái),完成了試采工程實(shí)施方案和長(zhǎng)線物質(zhì)相關(guān)服務(wù)準(zhǔn)備。同時(shí),在試采經(jīng)費(fèi)尚未落實(shí)的情況下,廣海洋局抽調(diào)近50人組織開展了試采攻關(guān),以強(qiáng)力推進(jìn)試采科技攻關(guān)。
2017年,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局將可燃冰試開采列入重中之重工作“1號(hào)工程”,并明確了獲得日產(chǎn)萬(wàn)方天然氣、持續(xù)試采一周,獲取完整有效科學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)目標(biāo),以及確保試采安全、環(huán)保、順利等可燃冰試采工程目標(biāo)。中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司、北京大學(xué)等相關(guān)單位人員組成試開采團(tuán)隊(duì),創(chuàng)新制定了科學(xué)的技術(shù)方案。
可燃冰成功試采一直是葉建良心中的夢(mèng)想。2003年,葉建良獲得地質(zhì)工程博士學(xué)位,博士論文即是以可燃冰為題,此后,他組織編寫了可燃冰專著,積極推動(dòng)陸域可燃冰的發(fā)現(xiàn)等。2016年,他出任廣海局局長(zhǎng),成為了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局可燃冰試采的最優(yōu)專家人選,并一直堅(jiān)守在平臺(tái)上,全身心投入到試采工作中。今年3月14日,平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”抵達(dá)試采目標(biāo)區(qū)——南海神狐海域;3月28日,中國(guó)海域首次天然氣水合物試開采正式開鉆。5月10日上午,葉建良一聲令下,降壓工作正式開始,14點(diǎn)52分,排氣管一次點(diǎn)火成功。至5月18日10時(shí),已連續(xù)產(chǎn)氣7天19小時(shí),最高產(chǎn)量3.5萬(wàn)立方米/天,平均日產(chǎn)超1.6萬(wàn)立方米,累計(jì)產(chǎn)氣超12萬(wàn)立方米,天然氣產(chǎn)量穩(wěn)定,甲烷含量>最高達(dá)99.5%,實(shí)現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)。
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壓力就是動(dòng)力,動(dòng)力催生成果。經(jīng)過(guò)近20年的不懈努力,我國(guó)取得了天然氣水合物勘查開發(fā)理論、技術(shù)、工程、裝備的自主創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)了歷史性的跨越,成為中國(guó)人民勇攀世界科技高峰的又一標(biāo)志性成就。

經(jīng)過(guò)幾十年的研究,國(guó)際上公認(rèn)的海域可燃冰開采主要有三種方案,即熱解、置換和降壓。其中,熱解和置換兩種方法因成本高昂而不具經(jīng)濟(jì)可行性,降壓法成為人類利用可燃冰的最有前景的一道可通之門。
在無(wú)成功先例、無(wú)成熟團(tuán)隊(duì)、無(wú)成熟平臺(tái)、無(wú)成熟工藝的情況下,試開采團(tuán)隊(duì)以我國(guó)南海神狐海域水深1266米海底以下203米~277米的可燃冰礦藏為試采區(qū),超額實(shí)現(xiàn)了試采目標(biāo)。這次成功試采,既是中國(guó)首次也是世界首次對(duì)此類可燃冰的成功試采。
“試采成功是我國(guó)天然氣水合物開發(fā)利用重大突破,標(biāo)志著我國(guó)在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了歷史性跨越。”鐘自然在給予了高度評(píng)價(jià)的同時(shí),對(duì)試采成功的貢獻(xiàn)進(jìn)行了高度概括:實(shí)現(xiàn)了可燃冰勘探開發(fā)理論、全流程試采核心技術(shù)和開采環(huán)境安全防控三大重大突破。
在可燃冰勘探開發(fā)理論上,試采工程實(shí)施項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、現(xiàn)場(chǎng)指揮部辦公室副主任、廣海局水合物室主任陸敬安說(shuō),在多年調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,建立了可燃冰“兩期三型”成礦理論,指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)超千億方級(jí)礦藏,并精準(zhǔn)鎖定了試采目標(biāo);創(chuàng)建了可燃冰成藏系統(tǒng)理論等。這些指導(dǎo)了試采實(shí)施方案的科學(xué)制定,并在此次試采中得到了證實(shí)。
在可燃冰全流程試采核心技術(shù)上,現(xiàn)場(chǎng)指揮部辦公室副主任、中國(guó)地調(diào)局基礎(chǔ)部主任助理、廣海局局長(zhǎng)助理謝文衛(wèi)介紹說(shuō),已形成了國(guó)際領(lǐng)先的新型試采工藝,首創(chuàng)“地層流體抽取”新型試采方法,實(shí)現(xiàn)了小幅降壓取得產(chǎn)能增加的突破;掌握了鉆完井核心技術(shù),研發(fā)特殊的平衡鉆井、井口穩(wěn)定性增強(qiáng)等技術(shù),構(gòu)建了深水淺層鉆完井技術(shù)體系等。
在試采環(huán)境安全防控上,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)部副主任、廣海局局長(zhǎng)助理、現(xiàn)場(chǎng)指揮部辦公室主任邱海峻說(shuō),通過(guò)試采,已建立了可燃冰環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)技術(shù)方法,全面調(diào)查獲得試采前環(huán)境本底數(shù)據(jù);構(gòu)建大氣、海水、海底、井下“四位一體”的立體環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度、壓力、甲烷濃度及海底穩(wěn)定性參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及安全預(yù)警;綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,試采未對(duì)周邊大氣和海洋環(huán)境造成影響。
國(guó)家千人計(jì)劃學(xué)者、北京大學(xué)盧海龍教授介紹說(shuō),本次南海神狐海域試采的可燃冰儲(chǔ)層類型為泥質(zhì)粉砂型,具有特低孔隙度、特低滲透率等特點(diǎn),開采難度極大。但該類型在全球分布最為廣泛,資源量在全球占比超過(guò)90%。我國(guó)首次成功試采,為可燃冰廣泛開發(fā)利用提供了技術(shù)儲(chǔ)備,奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
對(duì)此,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局副局長(zhǎng)李金發(fā)說(shuō)得更為直接:“這有可能是繼美國(guó)引領(lǐng)頁(yè)巖氣革命之后,由我國(guó)引領(lǐng)的可燃冰革命,標(biāo)志著人類已經(jīng)找到魚和熊掌兼得的可燃冰開采之路。”


“試采成功,帶有鮮明的中國(guó)特色。”試采平臺(tái)上,葉建良感慨地說(shuō),中國(guó)特色體現(xiàn)在,一是發(fā)揮了社會(huì)主義制度可以集中力量辦大事的政治優(yōu)勢(shì),二是參研單位積極實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略。
自開展可燃冰的系統(tǒng)研究后,國(guó)家先后實(shí)施可燃冰調(diào)查與評(píng)價(jià),以及勘查與試采兩個(gè)國(guó)家專項(xiàng)。專項(xiàng)實(shí)施過(guò)程中,國(guó)家多個(gè)部委提供了政策、資金等各種強(qiáng)力支持,國(guó)土資源部、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局舉全系統(tǒng)之力,整合形成了集地質(zhì)調(diào)查、科研、裝備研發(fā)和油氣生產(chǎn)單位緊密配合、集中攻關(guān)的模式,從而使我國(guó)在較短時(shí)間內(nèi),完成了可燃冰成礦理論、預(yù)測(cè)、調(diào)查評(píng)價(jià)到勘查試開采全流程理論和方法技術(shù)體系的建立。
廣海局作為國(guó)家水合物專項(xiàng),以及試采工程實(shí)施項(xiàng)目的主要承擔(dān)單位,初步形成了我國(guó)海域天然氣水合物綜合探測(cè)技術(shù)體系,并首次建立起我國(guó)南海天然氣水合物基礎(chǔ)研究系統(tǒng)理論,為南海天然氣水合物資源調(diào)查實(shí)現(xiàn)重大突破以及試采成功提供了重要的理論和技術(shù)支撐。
中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所已建成了可燃冰綜合實(shí)驗(yàn)室,為試采提供了準(zhǔn)確的物化參數(shù)等技術(shù)支持。
這次試采,整合了中國(guó)地調(diào)局系統(tǒng)內(nèi)的這兩家海洋地質(zhì)調(diào)查單位,并聯(lián)合系統(tǒng)內(nèi)勘探技術(shù)所、油氣調(diào)查中心、水環(huán)中心、探礦工程所和測(cè)試中心等直屬單位優(yōu)勢(shì)專業(yè)力量,構(gòu)建起以中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局為核心層,以中石油、北京大學(xué)為緊密層,以其他科研院所和第三方服務(wù)商為協(xié)作層,創(chuàng)新制定了科學(xué)的技術(shù)路線和詳細(xì)的試采工程實(shí)施方案,優(yōu)化形成了四種防砂方案和兩種人工舉升方式,選定全球最先進(jìn)的第七代半潛式鉆井平臺(tái),連續(xù)奮戰(zhàn)18個(gè)月,終于實(shí)現(xiàn)我國(guó)海域可燃冰試開采成功。
5月17日晚,前來(lái)參加試采現(xiàn)場(chǎng)會(huì)的中石油海洋公司總經(jīng)理劉圣志、“藍(lán)鯨1號(hào)”制造商中集集團(tuán)公司副總裁于亞興奮異常。
“商業(yè)化開采的礦區(qū)準(zhǔn)備好了嗎?什么時(shí)候組織區(qū)塊招拍掛?”一見面,劉圣志就向廣州海洋局副局長(zhǎng)秦緒文拋出了自己的問題。
而于亞則向同事說(shuō)出了今后的打算:“會(huì)后要根據(jù)這次試采形成的相關(guān)參數(shù),組織人員進(jìn)行自主設(shè)計(jì)的研究工作,形成完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的適合我國(guó)海域可燃冰賦存特點(diǎn)的鉆井平臺(tái)。”
原來(lái),“藍(lán)鯨1號(hào)”本是外國(guó)一家公司支付訂金的海洋石油鉆井平臺(tái),無(wú)奈在其建造快完成時(shí)遭遇全球油價(jià)大跌。于是,平時(shí)推崇契約精神的外國(guó)公司撕毀了當(dāng)初合同,訂金、平臺(tái)都不要了。在這種情況下,中集集團(tuán)公司決定以砸在手里的鉆井平臺(tái)為基礎(chǔ),聯(lián)手中石油海洋公司組建專門的海洋油氣鉆探施工隊(duì)伍。雙方意向剛一達(dá)成,就遇上了我國(guó)首次海域可燃冰試采工作。
相對(duì)兩位市場(chǎng)人士的熱情,秦緒文冷靜表示,試采雖然成功,但仍面臨許多難題需要攻克,市場(chǎng)化之路還有很多坎要過(guò)。
“美國(guó)頁(yè)巖氣革命從成功到商業(yè)化開發(fā)利用,前后走了20多年時(shí)間。”秦緒文說(shuō),可燃冰專用鉆井平臺(tái)的研制一定要盡快進(jìn)行,“‘大馬拉小車’的情況結(jié)束得越早越好。這樣,我們就可以在相同投入的情況下,進(jìn)行對(duì)更多海域不同儲(chǔ)層可燃冰的試采,為商業(yè)化開發(fā)積累更多的經(jīng)驗(yàn)。”
據(jù)了解,本次試采工作確定要施工3口開采井和1口監(jiān)測(cè)井,將分別根據(jù)海域和儲(chǔ)層情況,制定不同的方案、采用不同的工藝和裝備,以進(jìn)一步豐富、完善海域可燃冰開采理論和方法技術(shù)體系。
“一口井到底降壓范圍有多大?海底井口封堵裝備是不是適應(yīng)所有海域等,都需要我們今后不斷試驗(yàn)才能得出結(jié)論。”對(duì)此,謝文衛(wèi)解釋說(shuō)。
清醒認(rèn)識(shí)的結(jié)果,是中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在試采成功后,立即理出了今后工作的思路:加大區(qū)域勘查力度,摸清資源家底。提高南海北部可燃冰資源潛力,拓展找礦空間;深化開采技術(shù)研發(fā),鞏固領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)。優(yōu)化完善泥質(zhì)粉砂儲(chǔ)層試采技術(shù)工藝,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,開展多種類型可燃冰試采,加快建立適合我國(guó)資源特點(diǎn)的開發(fā)利用技術(shù)體系;加強(qiáng)科技平臺(tái)建設(shè),提升創(chuàng)新能力。創(chuàng)建可燃冰國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,深化基礎(chǔ)理論研究,建設(shè)可燃冰國(guó)家工程技術(shù)中心,增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)自主研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化能力,全面提升可燃冰勘探開發(fā)和深海科技創(chuàng)新能力。
路漫漫其修遠(yuǎn)兮。保障國(guó)家能源安全,向地球深部進(jìn)軍,中國(guó)地質(zhì)人仍在路上……(新華社)