我國可燃冰開發(fā)實(shí)現(xiàn)歷史性突破

□ 余木寶

我國可燃冰開發(fā)實(shí)現(xiàn)歷史性突破

□ 余木寶

我國可燃冰勘探開發(fā)理論、技術(shù)、工程實(shí)現(xiàn)了由“并跑”到“領(lǐng)跑”歷史性跨越，搶占了可燃冰開發(fā)科技創(chuàng)新制高點(diǎn)。

國土資源部部長姜大明宣布南海神狐海域可燃冰試采成功。李曉東 供圖

5月18日，國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局宣布，我國在南海北部神狐海域進(jìn)行的可燃冰試采獲得成功。6月2日，國土資源部南海神狐海域可燃冰試采成功新聞發(fā)布會(huì)宣布，神狐海域可燃冰已連續(xù)產(chǎn)氣超過22天，平均日產(chǎn)8350立方米，氣壓氣流穩(wěn)定，井底狀態(tài)良好。這標(biāo)志著我國成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)在海域可燃冰試開采中獲得連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國家。此次試采成功，也實(shí)現(xiàn)了可燃冰開發(fā)理論、技術(shù)和工程的重大創(chuàng)新。

實(shí)現(xiàn)重大理論自主創(chuàng)新

本次試采實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)重大理論自主創(chuàng)新：初步建立“兩期三型”成礦理論，指導(dǎo)在南海準(zhǔn)確圈定找礦靶區(qū)；初步創(chuàng)建可燃冰成藏系統(tǒng)理論，指導(dǎo)試采實(shí)施方案的科學(xué)制定；初步創(chuàng)建“三相控制”開采理論，指導(dǎo)精準(zhǔn)確定試產(chǎn)降壓區(qū)間和路徑。

依托國家調(diào)查專項(xiàng)，在分析南?？扇急{(diào)查資料數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，我國重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目“南?？扇急患?guī)律與開采基礎(chǔ)研究”取得重要進(jìn)展。

南海可燃冰富集規(guī)律與開采基礎(chǔ)研究項(xiàng)目從2009年1月正式啟動(dòng)。項(xiàng)目依托國土資源部，中國地質(zhì)調(diào)查局為第一承擔(dān)單位，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局、中科院廣州地球化學(xué)研究所、中科院廣州能源研究所、中國地科院礦產(chǎn)資源研究所、中科院地質(zhì)與地球物理研究所、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)等國內(nèi)優(yōu)勢單位共同參加研究工作。

該項(xiàng)目首席科學(xué)家、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局總工程師楊勝雄介紹說，該項(xiàng)目利用國家調(diào)查專項(xiàng)獲取的海量資料，先后開展了3個(gè)有針對性的補(bǔ)充調(diào)查航次，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)圍繞我國南海北部陸坡可燃冰有關(guān)的成藏條件、成藏過程動(dòng)力學(xué)、成藏富集規(guī)律等關(guān)鍵科學(xué)問題開展深入研究，取得了一系列重要研究成果和創(chuàng)新性認(rèn)識(shí)，首次建立起我國南?？扇急A(chǔ)研究系統(tǒng)理論。

南?？扇急A(chǔ)研究系統(tǒng)理論提出了滲漏型可燃冰重要概念，根據(jù)成因類型，將可燃冰礦藏劃分為擴(kuò)散型和滲漏型兩種，并揭示了南海北部可燃冰富集規(guī)律。該理論同時(shí)首次提出可燃冰成核機(jī)制的籠子吸附假說和可燃冰在成核過程中形成水合物非晶相的新觀點(diǎn)，建立了南海北部可燃冰的綜合識(shí)別方法。

開采技術(shù)領(lǐng)跑世界

可燃冰埋藏在深海，且十分不穩(wěn)定，開采難度很大，連續(xù)8天穩(wěn)定產(chǎn)氣是一個(gè)技術(shù)上的突破，“我們做成了一件別人都沒成功的事”。

本次試采實(shí)現(xiàn)了六大技術(shù)體系二十項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新：防砂技術(shù)3項(xiàng)，包括“地層流體抽取”、未成巖超細(xì)儲(chǔ)層防砂和可燃冰二次生成預(yù)防技術(shù)；儲(chǔ)層改造技術(shù)3項(xiàng)，包括儲(chǔ)層快速精細(xì)評(píng)價(jià)、產(chǎn)能動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)等技術(shù)；鉆完井技術(shù)3項(xiàng)，包括窄密度窗口平衡鉆井、井口穩(wěn)定性增強(qiáng)和井中測試系統(tǒng)集成技術(shù)；勘查技術(shù)4項(xiàng)，包括4500米級(jí)無人遙控潛水器探測、保壓取樣、海洋高分辨率地震探測和海洋可控源電磁探測技術(shù)；測試與模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)4項(xiàng)，包括微觀測試、開采現(xiàn)場測試、地球物理與地球化學(xué)參數(shù)模擬實(shí)驗(yàn)和開采模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)；環(huán)境監(jiān)測技術(shù)3項(xiàng)，包括多學(xué)科多手段環(huán)境評(píng)價(jià)、立體環(huán)境監(jiān)測和井下原位實(shí)時(shí)測量技術(shù)。

可燃冰的試開采一直是一項(xiàng)世界性難題。由于絕大部分埋藏于海底，開采難度十分大。美國和加拿大雖然起步早，但由于加拿大天然氣儲(chǔ)量豐富，美國30%的能源靠加拿大進(jìn)口，因此兩國在這一領(lǐng)域并不“上心”。日本能源嚴(yán)重依賴進(jìn)口，因此對開發(fā)可燃冰十分用心，但迄今未取得突破。日本共同社稱，2013年日本曾嘗試進(jìn)行海域可燃冰的試開采工作，雖然成功出氣，但6天后由于泥沙堵住了鉆井通道，試采被迫停止。日本成功在日本中部沿海地區(qū)的可燃冰中提取天然氣，不過仍未實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采。

“藍(lán)鯨1號(hào)”海上鉆井平臺(tái)。李曉東 供圖

此次試采未對周邊大氣和海洋環(huán)境造成影響，整個(gè)過程安全、友好、可控、環(huán)保。李曉東 供圖

南海神狐海域的可燃冰為泥質(zhì)粉砂型儲(chǔ)層類型，資源量在世界上占比超過90%，是我國主要的儲(chǔ)集類型。這是我國首次，也是世界第一次成功實(shí)現(xiàn)該類型資源安全可控開采，為可燃冰廣泛開發(fā)利用提供了技術(shù)儲(chǔ)備，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

試采工程首席科學(xué)家、北京大學(xué)教授盧海龍?zhí)岢龅貙恿黧w抽取試采法，有效解決了儲(chǔ)層流體控制與可燃冰穩(wěn)定持續(xù)分解難題。他們成功研發(fā)出儲(chǔ)層改造增產(chǎn)、可燃冰二次生成預(yù)防、防砂排砂等開采測試關(guān)鍵技術(shù)，其中很多技術(shù)都超出了石油工業(yè)的防砂極限。

此次我國開采可燃冰利用的是降壓法，將海底原本穩(wěn)定的壓力降低，從而打破了可燃冰儲(chǔ)層的成藏條件，利用我國自主研發(fā)的一套水、沙、氣分離核心技術(shù)最終將天然氣取出。此次我國連續(xù)穩(wěn)定試開采可燃冰成功，表明我國在可燃冰的勘探、開發(fā)、利用上，走在了世界前列。

試采可燃冰，外界一直有一個(gè)疑問，就是會(huì)不會(huì)對周邊海域的環(huán)境造成影響。

由于甲烷是比二氧化碳威力更強(qiáng)的溫室氣體，因此開采可燃冰的環(huán)境影響一直是人們關(guān)心的一個(gè)重要問題。我國進(jìn)行海域可燃冰試采，同樣非常重視環(huán)境問題，為此投入人力物力進(jìn)行了研究。

2011年6月至2017年3月，南海可燃冰環(huán)評(píng)項(xiàng)目組在南海神狐可燃冰區(qū)先后共組織了10個(gè)航次的野外調(diào)查工作，對試采區(qū)進(jìn)行了多年系統(tǒng)調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括海底工程地質(zhì)特征、地質(zhì)災(zāi)害特征、海底環(huán)境監(jiān)測、海洋生物特征、海水溶解甲烷含量、海水物理化學(xué)及水文特征、海表大氣甲烷含量特征等，基本查明了可燃冰試采區(qū)的海洋環(huán)境特征，同時(shí)，發(fā)展了一系列我國自主產(chǎn)權(quán)的環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)，為可燃冰試采、開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。

可燃冰試采的環(huán)境問題，主要是試采過程中是否發(fā)生不可控的可燃冰分解，導(dǎo)致甲烷泄漏，從而引起海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，甚至是甲烷泄漏到海洋或者大氣中而引起環(huán)境問題。針對這些問題，在試采過程中，一方面根據(jù)水合物區(qū)海底地形地貌特征、工程地質(zhì)特征、水合物儲(chǔ)層特征，通過合理設(shè)計(jì)井位及降壓方案，從工程設(shè)計(jì)上避免發(fā)生甲烷泄漏所引發(fā)的環(huán)境問題和災(zāi)害問題；另一方面通過布設(shè)海底地形、氣體滲漏等監(jiān)測設(shè)備，構(gòu)建海水—海底—井下一體化環(huán)境安全監(jiān)測體系，實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、甲烷濃度及海底穩(wěn)定性參數(shù)的實(shí)時(shí)、全過程監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果顯示，試采未對周邊大氣和海洋環(huán)境造成影響，整個(gè)過程安全、友好、可控、環(huán)保。

本次開采試驗(yàn)為后續(xù)研究提出了很多課題。下一步重點(diǎn)是研究如何解決本次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一些問題，并在之后3～5年內(nèi)開展第二次試采，進(jìn)一步為商業(yè)化開采做好技術(shù)鋪墊。如試采過程中，由于地層復(fù)雜而導(dǎo)致施工困難很大，測井?dāng)?shù)據(jù)采集需要面對高排量與低排量鉆進(jìn)之間的矛盾；泥漿比重配值、鉆井安全及地層防漏失問題的協(xié)調(diào)；地層可動(dòng)水含量少對測試過程控制造成的困難，以及如何解決長期開采防砂、穩(wěn)產(chǎn)等難題，都是本次試采遇到的需要通過后續(xù)研究來解決的問題。

工程裝備完全自主創(chuàng)新

在試采作業(yè)中，大量國產(chǎn)裝備成功投入應(yīng)用，充分表明“中國造”海域可燃冰開采工程設(shè)備已走在世界的前列。

本次試采沒有現(xiàn)成的專用設(shè)備和材料可用。常規(guī)海洋油氣勘探開發(fā)裝備材料無法直接用于可燃冰試采，針對該情況，科研人員自主研發(fā)了可燃冰開采專用的裝備、管材、特殊材料等。在本次試采過程中，七項(xiàng)自主創(chuàng)新的重大技術(shù)裝備問世：研制了我國第一臺(tái)4500米作業(yè)級(jí)無人遙控探測潛水器“海馬”號(hào)，研發(fā)了可燃冰保溫保壓取樣器，研發(fā)了海底可控源電磁探測系統(tǒng)，研制了適合試采儲(chǔ)層特點(diǎn)的防砂篩管，研制了用于實(shí)時(shí)監(jiān)測海底形變的地震監(jiān)測儀，研發(fā)了可燃冰試采大型模擬實(shí)驗(yàn)裝置，投用了我國自主設(shè)計(jì)建造的超深水半潛式鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”。

我國試采可燃冰設(shè)施與日本不同。日本的測試在船上進(jìn)行，而我國使用的是浮動(dòng)平臺(tái)。此次可燃冰試采作業(yè)，大量我國自主研發(fā)制造的裝備成功投入應(yīng)用。此次開采的亮點(diǎn)之一是試采作業(yè)最重要的“大國重器”——我國最新研制成功的世界最大、鉆井深度最深的海上鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”。承擔(dān)此次試采任務(wù)的“藍(lán)鯨1號(hào)”由中集集團(tuán)旗下中集來福士自主設(shè)計(jì)建造。2016年8月16日中國石油海洋工程有限公司與中集來福士公司簽署了基于中集“藍(lán)鯨1號(hào)”的鉆井平臺(tái)技術(shù)服務(wù)合同。2017年3月6日23時(shí)，中集“藍(lán)鯨1號(hào)”完成運(yùn)營準(zhǔn)備工作，從煙臺(tái)起航，經(jīng)過8天的航行順利到達(dá)井位。

此外，大量擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)工具的成功應(yīng)用，表明國內(nèi)石油公司已具有深水工藝及設(shè)備研發(fā)能力，如完井防砂工藝，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前石油工業(yè)的防砂極限；完井與測試系統(tǒng)集成裝備，結(jié)合可燃冰試采工程開發(fā)與科研需求，為我國可燃冰開發(fā)研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

穩(wěn)步邁向商業(yè)化開采

從目前試采的連續(xù)性和產(chǎn)氣量來看，我國可燃冰開發(fā)離商業(yè)化不遠(yuǎn)了?！八{(lán)鯨1號(hào)”在南海成功試采可燃冰，為可燃冰的商業(yè)化開發(fā)鋪路，將對我國能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響，有助于提高能源自給率，保障國家能源安全，同時(shí)緩解煤炭、石油等帶來的環(huán)境污染問題，實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展。

要知道，可燃冰儲(chǔ)量巨大，僅我國海域預(yù)測遠(yuǎn)景資源量就達(dá)到800億噸油當(dāng)量，世界資源量約為2100萬億立方米，可供人類使用1000年！

可燃冰可采還面臨高昂成本問題。當(dāng)前中國南海可燃冰開采費(fèi)用達(dá)200美元/立方米，折合成天然氣達(dá)6元/立方米，而常規(guī)天然氣本身開采只有不到1元/立方米，差距甚大。但根據(jù)專家測算，未來可燃冰的生命周期成本總體為0.77元/立方米，相比于常規(guī)天然氣0.99元/立方米的生命周期成本，還是具備極大的商業(yè)開采價(jià)值。

目前，可燃冰試開采團(tuán)隊(duì)將緊緊圍繞可燃冰勘探開采產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的目標(biāo)，全力推進(jìn)后續(xù)各項(xiàng)工作，為在2030年前進(jìn)行可燃冰商業(yè)開發(fā)打下基礎(chǔ)。一是爭取神狐海域試采成果最大化。二是加大可燃冰資源調(diào)查力度。三是開展不同類型可燃冰試采。四是把加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)放在突出位置，圍繞環(huán)境保護(hù)進(jìn)一步完善理論技術(shù)方法體系，為安全可控的資源開發(fā)創(chuàng)造條件。持續(xù)開展環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測，獲取海洋環(huán)境參數(shù)，評(píng)價(jià)可燃冰環(huán)境效應(yīng)。加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)可燃冰綠色開發(fā)。五是加強(qiáng)科技創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，提高海洋科技創(chuàng)新能力。