全球可燃冰勘探開(kāi)發(fā)漸行漸近

□ 文/范廣慧 李文翎

全球可燃冰勘探開(kāi)發(fā)漸行漸近

□ 文/范廣慧 李文翎

目前，全球范圍內(nèi)已直接或間接發(fā)現(xiàn)的可燃冰礦點(diǎn)中97%集中在海洋，其余3%主要位于陸地凍土帶。自上世紀(jì)60年代起，以美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)、印度為代表的一些國(guó)家都制訂了可燃冰勘探開(kāi)發(fā)研究計(jì)劃。迄今，人們已在近海海域與凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)可燃冰礦點(diǎn)超過(guò)230處，涌現(xiàn)出一大批可燃冰熱點(diǎn)研究區(qū)。近年來(lái)，在一些研究比較深入的可燃冰熱點(diǎn)區(qū)，如美國(guó)阿拉斯加北坡區(qū)、加拿大馬更些三角洲、中國(guó)南海神狐海域和日本南海海槽區(qū)，已進(jìn)行了多次可燃冰開(kāi)采試驗(yàn)，成功地從自然界水合物藏中采出了可燃冰分解氣，全球掀起了可燃冰勘探開(kāi)發(fā)熱潮。

5月18日，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施的中國(guó)海域可燃冰試采在神狐海域?qū)崿F(xiàn)連續(xù)8天穩(wěn)定產(chǎn)氣，試采成功。這標(biāo)志著我國(guó)可燃冰勘探開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了歷史性突破，對(duì)推動(dòng)可燃冰開(kāi)發(fā)利用具有重要而深遠(yuǎn)的影響。

可燃冰商業(yè)化開(kāi)采尚待時(shí)日

我國(guó)是繼日本之后，全球第二個(gè)成功開(kāi)展海域可燃冰試采研究的國(guó)家。

迄今，全球在陸地凍土區(qū)與海域深水區(qū)都已成功開(kāi)展了多次可燃冰試采研究，對(duì)加熱法、降壓法與二氧化碳置換法等可燃冰主要開(kāi)采方法的技術(shù)可行性進(jìn)行了初步探索，在阿拉斯加北坡、加拿大馬更些三角洲、日本南海海槽與中國(guó)南海北部都獲得了試采研究的成功。但這些試采研究的成功，也只是證實(shí)了現(xiàn)有技術(shù)可以從自然界可燃冰藏采出天然氣。整體上看，可燃冰開(kāi)采研究仍處于探索階段，迄今為止尚沒(méi)有形成能夠經(jīng)濟(jì)有效地開(kāi)采可燃冰的技術(shù)方法或方法組合，距離可燃冰商業(yè)開(kāi)發(fā)對(duì)技術(shù)的要求還相差很遠(yuǎn)。

從現(xiàn)有開(kāi)采研究結(jié)果看，一方面，可燃冰開(kāi)采過(guò)程中的采氣持續(xù)性與采氣規(guī)模問(wèn)題一直沒(méi)有能夠很好地解決；另一方面，可燃冰開(kāi)采過(guò)程中，海域可燃冰原地分解會(huì)導(dǎo)致地層滑塌風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)鉆井平臺(tái)與海底油氣設(shè)施的安全性造成不利影響；同時(shí)，可燃冰開(kāi)采過(guò)程中還可能存在甲烷無(wú)序釋放問(wèn)題，從而影響海洋生態(tài)與大氣環(huán)境?？扇急纳虡I(yè)開(kāi)發(fā)，必須同時(shí)解決技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性與安全開(kāi)采等問(wèn)題。目前投入可燃冰研究的一些主要國(guó)家，正在通過(guò)技術(shù)改進(jìn)積極探索上述問(wèn)題，并已取得初步成效。

美國(guó)啟動(dòng)多個(gè)可燃冰試采項(xiàng)目

作為美國(guó)最大的常規(guī)油氣產(chǎn)區(qū)之一，墨西哥灣可燃冰勘探研究始于20世紀(jì)80年代。2001年，美國(guó)能源部啟動(dòng)了為期10多年、由多個(gè)國(guó)家眾多機(jī)構(gòu)共同參與的專門針對(duì)墨西哥灣可燃冰研究的“聯(lián)合工業(yè)項(xiàng)目”，開(kāi)展了鉆探取芯與隨鉆測(cè)井研究，證實(shí)了墨西哥灣存在高飽和度、高品質(zhì)含可燃冰砂層，同時(shí)還在細(xì)粒沉積層中發(fā)現(xiàn)了裂隙填充型可燃冰。

繼墨西哥灣“聯(lián)合工業(yè)項(xiàng)目”結(jié)束之后，2014年年底，美國(guó)能源部下屬國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)立了“深水甲烷可燃冰描述與科學(xué)評(píng)價(jià)”大型項(xiàng)目。該項(xiàng)目計(jì)劃分為目標(biāo)站位優(yōu)選、研究計(jì)劃制訂、野外研究3個(gè)實(shí)施階段。至2015年9月底已完成第一階段的工作，完成了墨西哥灣某些可燃冰研究站位的初步評(píng)價(jià)，重新審視了目標(biāo)研究站位的地震與測(cè)井資料，并向綜合大洋鉆探計(jì)劃組織提交了初步研究成果，為將來(lái)申請(qǐng)海洋調(diào)查船做好溝通準(zhǔn)備。目前，第二階段的研究工作正在進(jìn)行，截至2016年年底，已向綜合大洋鉆探計(jì)劃提交了可燃冰鉆探航次的計(jì)劃編制工作，完成了保壓取芯工具研制，并通過(guò)了陸上環(huán)境可燃冰取芯效果測(cè)試，現(xiàn)正在海上深水區(qū)開(kāi)展測(cè)試，檢驗(yàn)其在深水環(huán)境下可燃冰取芯效果。

2016年10月，美國(guó)在墨西哥灣又啟動(dòng)了一項(xiàng)為期3年的可燃冰研究項(xiàng)目，采用電磁法研究不同沉積類型、不同流體含量環(huán)境中可燃冰系統(tǒng)的導(dǎo)電性及可燃冰因開(kāi)采而導(dǎo)致的導(dǎo)電性變化特征。通過(guò)在2—3個(gè)可燃冰遠(yuǎn)景站位開(kāi)展研究，建立地層導(dǎo)電性與測(cè)井資料之間的關(guān)系，提高可燃冰原地資源量評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度。

此外，阿拉斯加凍土區(qū)也是美國(guó)可燃冰研究的主戰(zhàn)場(chǎng)。根據(jù)美國(guó)2015年新頒布的《甲烷可燃冰研究與開(kāi)發(fā)修正案》，自2017年起，將在阿拉斯加凍土區(qū)開(kāi)展為期兩年的可燃冰中長(zhǎng)期試采研究。為了配合這次可燃冰試采研究，現(xiàn)正在開(kāi)展選區(qū)準(zhǔn)備工作，一方面致力于更全面地了解可燃冰藏的地質(zhì)情況，選擇該區(qū)已確定的可燃冰藏開(kāi)展地質(zhì)與工程評(píng)價(jià)研究；另一方面努力改進(jìn)可燃冰開(kāi)采技術(shù)，同時(shí)積極尋求合作者，目前已與日本石油天然氣和金屬礦產(chǎn)公司接洽并達(dá)成合作研究事宜。

印度已在近海獲得可試采研究理想?yún)^(qū)塊

印度于1995年制訂國(guó)家級(jí)可燃冰研究計(jì)劃。2006年在其近海海域開(kāi)展了國(guó)家可燃冰研究計(jì)劃第一階段研究，以克里希納-戈達(dá)瓦里盆地、喀-孔盆地、默哈納迪盆地，以及安達(dá)曼島近海為研究區(qū)，開(kāi)展了為期113天的可燃冰鉆探航次，在上述4個(gè)研究區(qū)的21個(gè)站位共鉆孔39個(gè)，進(jìn)行了取芯與測(cè)井研究，采出約140個(gè)可燃冰巖芯樣品，取得了印度可燃冰勘探的重大突破。

2015年，印度正式啟動(dòng)了國(guó)家級(jí)可燃冰研究計(jì)劃第二階段的研究工作，主要目標(biāo)是優(yōu)選可燃冰富集區(qū)。工區(qū)主要集中于前期勘探研究所識(shí)別出的可燃冰賦存區(qū)，包括克里希納-戈達(dá)瓦里盆地和默哈納迪盆地，開(kāi)展了一項(xiàng)150天的可燃冰調(diào)查研究。在近5個(gè)月的時(shí)間里，鉆孔42個(gè)。在克里希納-戈達(dá)瓦里盆地和默哈納迪盆地4個(gè)區(qū)域，對(duì)25個(gè)鉆孔進(jìn)行了隨鉆測(cè)井，并對(duì)最有利的10個(gè)鉆孔進(jìn)行了取芯研究，在16個(gè)鉆孔進(jìn)行了常規(guī)電纜測(cè)井與保壓取芯。

這些研究在克里希納-戈達(dá)瓦里盆地的3個(gè)富含粗砂沉積系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了高飽和度可燃冰藏，其中兩個(gè)富砂系統(tǒng)可燃冰高飽和度極高，可達(dá)80%以上，可作為今后開(kāi)展可燃冰試采研究的理想站位。這是首次在印度洋發(fā)現(xiàn)的具有開(kāi)采前景的可燃冰礦藏，是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大、儲(chǔ)量最為豐富的可燃冰礦藏之一。

我國(guó)南海北部可燃冰試采取得歷史性突破

我國(guó)南海北部海域可燃冰實(shí)質(zhì)性勘探研究始于1999年，集中在東沙、神狐、西沙、瓊東南4個(gè)海域開(kāi)展了大量的可燃冰綜合調(diào)查。2004年，在東沙群島以東海域發(fā)現(xiàn)世界最大冷泉噴溢區(qū)“九龍甲烷礁”，初步獲得南海北部陸坡可燃冰存在證據(jù)；2007年，在神狐海域?qū)嵤┛扇急@探研究航次，鉆孔8個(gè)，在其中3個(gè)鉆孔采出分散態(tài)可燃冰樣品。

2011年，以加快南海北部可燃冰資源遠(yuǎn)景區(qū)勘查評(píng)價(jià)、選擇重點(diǎn)靶區(qū)實(shí)施可燃冰試驗(yàn)性開(kāi)采為目標(biāo)的可燃冰鉆探專項(xiàng)啟動(dòng)；2013年，在珠江口盆地東部海域開(kāi)展鉆探研究，首次發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的高純度可燃冰，可燃冰呈塊狀、瘤狀、層狀、脈狀和分散狀等多種賦存方式產(chǎn)出。23口鉆井獲得控制資源量達(dá)1000億立方米—1500億立方米。

2015年，我國(guó)在神狐海域2007年鉆探區(qū)附近再次開(kāi)展鉆探研究，所有20多口鉆井均發(fā)現(xiàn)可燃冰存在證據(jù)，證實(shí)神狐海域可燃冰廣泛存在，發(fā)現(xiàn)超千億方級(jí)可燃冰礦藏。通過(guò)鉆探取芯落實(shí)了兩個(gè)大型礦體，為海域可燃冰試采研究提供了重要參考靶區(qū)。神狐海域的此次鉆探取芯研究，還發(fā)現(xiàn)可燃冰分解氣中存在少量乙烷和丙烷，證實(shí)該區(qū)存在Ⅱ型可燃冰。此外，2015年，還在神狐海域西南陸坡區(qū)，利用海馬號(hào)潛水器，首次發(fā)現(xiàn)海底“冷泉”現(xiàn)象，并通過(guò)重力取芯器采出肉眼可見(jiàn)可燃冰樣品。

2017年5月18日，神狐海域可燃冰試采成功，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)8天穩(wěn)定產(chǎn)氣，累計(jì)產(chǎn)氣超12萬(wàn)立方米，最高產(chǎn)量每日產(chǎn)氣達(dá)3.5萬(wàn)立方米，平均日產(chǎn)氣1.6萬(wàn)立方米，其中甲烷含量最高達(dá)99.5%。這次試采不僅在海域可燃冰試采研究中第一次實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣，而且也是世界首次成功實(shí)施泥質(zhì)粉砂型可燃冰藏安全可控開(kāi)采試驗(yàn)，取得了海域可燃冰試采研究的歷史性突破。

日本兩次試采均獲得天然氣產(chǎn)量

日本于2017年5月開(kāi)始了南海海槽區(qū)第二次海洋可燃冰試采研究。日本國(guó)內(nèi)油氣資源貧乏，因此對(duì)可燃冰寄予厚望。其國(guó)內(nèi)可燃冰勘探研究始于20世紀(jì)90年代早期，可燃冰研究區(qū)重點(diǎn)集中于其周邊近海海域，經(jīng)過(guò)大量勘探研究，至2009年，已初步在日本近海識(shí)別出一批可燃冰遠(yuǎn)景區(qū)，確定了南海海槽區(qū)為最具遠(yuǎn)景的可燃冰分布區(qū)。在此基礎(chǔ)上，2013年3月在南海海槽區(qū)實(shí)施了世界首次海域可燃冰試采研究。采用降壓法，在6天的時(shí)間內(nèi)累計(jì)產(chǎn)氣量達(dá)12萬(wàn)立方米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了此前陸地凍土區(qū)可燃冰試采研究獲得的產(chǎn)氣量。

近年，日本加快了其近?？扇急碧介_(kāi)發(fā)研究步伐。2015年，日本制訂了新的海洋可燃冰試采計(jì)劃，打算在2017年開(kāi)展為期1個(gè)月的海洋可燃冰試采研究。為此目標(biāo)，已針對(duì)2013年可燃冰試采研究中出現(xiàn)的因可燃冰分解而致的含砂流體堵塞井筒等問(wèn)題，加強(qiáng)了對(duì)可燃冰開(kāi)采過(guò)程井筒堵塞防治研究，為可燃冰持續(xù)試采研究提供了技術(shù)支撐。

2017年，日本按計(jì)劃在南海海槽區(qū)開(kāi)展新一輪可燃冰中長(zhǎng)期降壓試采研究。這次可燃冰試采研究區(qū)位于2013年可燃冰試采研究同一區(qū)域，即日本愛(ài)知縣渥美半島以南80千米處的南海海槽第二渥美海丘區(qū)，水深1000米，可燃冰藏位于海底以下300米。這次南海海槽區(qū)可燃冰試采研究目標(biāo)，一是在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)氣；二是解決可燃冰原地分解出砂造成的井眼堵塞問(wèn)題。5月8日，日本經(jīng)產(chǎn)省宣布，南海海槽區(qū)的可燃冰降壓試采研究已于5月4日正式開(kāi)始，并已成功采出天然氣。

此外，日本近年還加強(qiáng)了日本海東部大陸邊緣可燃冰勘探研究，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)可燃冰有利構(gòu)造900多個(gè)，確定了近海底淺部氣煙囪型與較深部砂層孔隙填充型兩種可燃冰賦存模式。研究表明，日本不僅在南海海槽區(qū)富含可燃冰，而且日本海東部大陸邊緣可燃冰資源量也十分引人注目。

作者單位：海洋地質(zhì)調(diào)查局