“燃冰為火” 點(diǎn)亮能源 新時(shí)代

提起能源，人們想到的往往是煤、油、氣點(diǎn)燃的火炬而不會(huì)是冷冷的冰塊，但中國(guó)科技工作者已經(jīng)可以將蘊(yùn)藏在海底的“冰塊”點(diǎn)燃，讓“冰火交融”從夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)。

從5月10日起，源源不斷的天然氣從1200多米的深海底之下200多米的底層中開采上來，點(diǎn)燃了全球最大海上鉆探平臺(tái)“藍(lán)鯨一號(hào)”的噴火裝置。這是我國(guó)首次也是全球首次對(duì)資源量占比90%以上、開發(fā)難度最大的泥質(zhì)粉砂型儲(chǔ)層可燃冰成功實(shí)現(xiàn)試采。到6月10日，我國(guó)南海神狐海域可燃冰試采已連續(xù)產(chǎn)氣達(dá)31天，實(shí)現(xiàn)了試采工作的“滿月”記錄。試采總產(chǎn)氣量達(dá)到21萬立方米，平均日產(chǎn)6800立方米。

這次試采不僅對(duì)我國(guó)未來的能源安全保障、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)具有重要意義，甚至可能給世界能源格局帶來改變。不過，我國(guó)實(shí)現(xiàn)可燃冰的商業(yè)性開發(fā)還很遙遠(yuǎn)。

和人們熟悉的海底石油、海底天然氣田相比，可燃冰要神秘得多。可燃冰的學(xué)名叫“天然氣水合物”，這種由水和天然氣在高壓、低溫情況下形成的類冰狀結(jié)晶物質(zhì)是標(biāo)準(zhǔn)的“高潛力”能源。

它燃燒值高——1立方米的可燃冰分解后可釋放出約0.8立方米的水和164立方米的天然氣，燃燒產(chǎn)生的能量明顯高于煤炭、石油，燃燒污染卻又比煤炭、石油小，更加清潔環(huán)保。

它資源儲(chǔ)量豐富——可燃冰廣泛分布于全球大洋海域，以及陸地凍土層和極地下面。估算其資源量相當(dāng)于全球已探明傳統(tǒng)化石燃料碳總量的兩倍。

“可燃冰被各國(guó)視為未來石油、天然氣的戰(zhàn)略性替代能源，是世界矚目的戰(zhàn)略資源，對(duì)我國(guó)能源安全及經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著重要意義?！痹嚥涩F(xiàn)場(chǎng)指揮部總指揮、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局局長(zhǎng)葉建良說。

巍然矗立在蔚藍(lán)海面中的“藍(lán)鯨一號(hào)”是個(gè)凈重超過4.3萬噸、37層樓高的龐然大物，今年2月剛剛“誕生”就從煙臺(tái)起航駛抵南海，投入了可燃冰試采任務(wù)。

南海海域是我國(guó)可燃冰最主要的分布區(qū)，全國(guó)可燃冰資源儲(chǔ)存量約相當(dāng)于1000億噸油當(dāng)量，其中有近800億噸在南海。

試采現(xiàn)場(chǎng)指揮部地質(zhì)組組長(zhǎng)陸敬安說，勘探顯示，神狐海域有11個(gè)礦體、面積128平方公里，資源儲(chǔ)存量1500億立方米，相當(dāng)于1.5億噸石油儲(chǔ)量，“成功試采意味著這些儲(chǔ)量都有望轉(zhuǎn)化成可利用的寶貴能源，也就意味著中國(guó)打開了一個(gè)儲(chǔ)存量為千億噸石油級(jí)別的寶藏?！标懢窗舱f。

試采現(xiàn)場(chǎng)指揮部首席科學(xué)家、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“李四光學(xué)者”盧海龍說，按照當(dāng)前我國(guó)使用量粗略估算，可燃冰可供我國(guó)使用一百年以上。目前我國(guó)石油的對(duì)外依存度超過60%，可燃冰試采成功對(duì)我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化有著重要意義。

一次點(diǎn)火，一次成功——這即使放到已經(jīng)非常成熟的海洋石油和天然氣開采領(lǐng)域也堪稱精彩，而這一成功的背后，是我國(guó)海洋地質(zhì)工作者在可燃冰開發(fā)上的奮起直追。

和國(guó)際上早在20世紀(jì)60年代就開始勘探、研究可燃冰相比，我國(guó)的可燃冰研究起步要到1998年，但中國(guó)科技工作者只用了不到20年就完成了從空白到趕超的全過程。

回顧這一歷程，試采現(xiàn)場(chǎng)指揮部辦公室主任邱海峻用“快馬加鞭”“奮發(fā)圖強(qiáng)”形容可燃冰開采的“中國(guó)速度”。他介紹，在1998年立項(xiàng)后，1999年我國(guó)就開始了南海和陸地凍土區(qū)的可燃冰調(diào)查工作，2007年就在神狐海域鉆獲可燃冰，這使得我國(guó)成為繼美國(guó)、日本、印度之后，第四個(gè)通過國(guó)家級(jí)研發(fā)計(jì)劃在海底鉆獲可燃冰的國(guó)家。

2015年，我國(guó)科技工作者在神狐海域準(zhǔn)確定位了兩個(gè)可燃冰礦體。2016年，地質(zhì)調(diào)查工作人員圍繞試采在神狐海域開展鉆探站位8個(gè)，全部發(fā)現(xiàn)可燃冰。

“2016年3月，我們正式開始準(zhǔn)備可燃冰試開采，當(dāng)時(shí)定下的開鉆時(shí)間為2017年3月28日，就是說自開始準(zhǔn)備至開鉆僅有一年時(shí)間，如果不是之前持續(xù)拼搏積累下海量的地質(zhì)數(shù)據(jù)，就不可能按時(shí)完成任務(wù)?！鼻窈＞f。

今年5月10日9時(shí)20分，神狐海域可燃冰試采開始，5小時(shí)32分鐘后，試采點(diǎn)火成功。截至5月18日，經(jīng)試氣點(diǎn)火，試采連續(xù)產(chǎn)氣超過一周，最高產(chǎn)量達(dá)3.5萬立方米/天，平均日產(chǎn)超1.6萬立方米，累計(jì)產(chǎn)氣12萬立方米，天然氣產(chǎn)量穩(wěn)定，甲烷含量最高達(dá)99.5%，完成預(yù)定目標(biāo)，試采取得圓滿成功。

截至6月10日14時(shí)52分，此次試采已連續(xù)產(chǎn)氣達(dá)31天，總產(chǎn)氣量達(dá)到21萬立方米，平均日產(chǎn)6800立方米。目前試采井產(chǎn)氣過程平穩(wěn)，井底狀況良好，海底海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)未發(fā)生異常，無海底甲烷氣體泄漏情況，已獲得各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)264萬組。

和海洋石油、天然氣相比，海域可燃冰的開采就一個(gè)字：難。

難點(diǎn)也是一個(gè)字：軟。

俗話說，柿子要撿軟的捏。但可燃冰開采卻最怕“軟柿子”。

“可燃冰雖然儲(chǔ)量大、分布廣，但形成年代要比石油、天然氣晚得多，覆蓋它的海底地層普遍是砂質(zhì)，現(xiàn)有的海底鉆井設(shè)備開采它就好比在‘豆腐上打鐵、用‘金剛鉆繡花，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致大量砂石涌進(jìn)管道，造成開采失敗?！北R海龍說。

全球可燃冰研發(fā)活躍的國(guó)家主要有中國(guó)、美國(guó)、日本、加拿大、韓國(guó)和印度等，各國(guó)競(jìng)相投入巨資開展可燃冰試采，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。其中，美國(guó)、加拿大在陸地上進(jìn)行過試采，但效果不理想。日本于2013年在其南海海槽進(jìn)行了海上試采，但因出砂等技術(shù)問題宣告失敗。2017年4月日本在同一海域進(jìn)行第二次試采，第一口試采井累計(jì)產(chǎn)氣3.5萬立方米，5月15日再次因出砂問題而中止產(chǎn)氣。

“與日本相比，我國(guó)海域主要屬于粉砂型儲(chǔ)層，這也是占全球90%以上比例的儲(chǔ)藏類型。砂細(xì)導(dǎo)致滲透率更差，同時(shí)我國(guó)的可燃冰水深大、儲(chǔ)層埋層淺，施工難度更大。我們的突破對(duì)于全世界而言更具有可參考和借鑒的價(jià)值。”盧海龍說。

攻堅(jiān)克難，首先依賴于“中國(guó)理論”的建立。陸敬安說，在多年勘探和陸地研究的基礎(chǔ)上，我國(guó)在全球率先建立了可燃冰“兩期三型”成礦理論，指導(dǎo)圈定了找礦有利區(qū)，精準(zhǔn)鎖定了試開采目標(biāo);創(chuàng)立可燃冰“三相控制”開采理論，應(yīng)用于試開采模擬和實(shí)施方案制定，確保了試采過程安全可控。

? ? ? ? ? ?“藍(lán)鯨一號(hào)”鉆探平臺(tái)上噴出的火焰（新華社 梁旭 攝）▲

? ? ? ?▲“藍(lán)鯨一號(hào)”是世界最大、鉆井深度最深的雙井架半潛式鉆井平臺(tái)（新華社 梁旭 攝）

試采的成功也有賴于“中國(guó)技術(shù)”的突破。廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局局長(zhǎng)助理、試采現(xiàn)場(chǎng)指揮部辦公室副主任謝文衛(wèi)說，通過這次試采，我國(guó)實(shí)現(xiàn)可燃冰全流程試采核心技術(shù)的重大突破，形成了國(guó)際領(lǐng)先的新型試采工藝。

“我們創(chuàng)新提出了‘地層流體抽取試采法，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。我們成功研發(fā)了儲(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(cè)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?！敝x文衛(wèi)說。

試采的成功也來自“中國(guó)裝備”的支持。這次試用的鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨一號(hào)”是我國(guó)自主制造的“大國(guó)重器”，也是世界最大、鉆井深度最深的雙井架半潛式鉆井平臺(tái)，可適用于全球任何深海作業(yè)，在試采過程中，我國(guó)科技工作者還開發(fā)了大量擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工具并實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用。

盧海龍說，在國(guó)際上一些專家眼里，可燃冰將徹底改變現(xiàn)存的世界能源市場(chǎng)，甚至可能改變現(xiàn)在的地緣政治模式?！斑@意味著我們的技術(shù)總結(jié)完善后，將為世界上絕大多數(shù)可燃冰開采提供幫助，為世界各國(guó)提供借鑒，這次試采的‘中國(guó)方案擁有無限廣闊的應(yīng)用前景。”

而在可燃冰帶來的世界能源變革中，如果中國(guó)能夠繼續(xù)保持領(lǐng)跑的態(tài)勢(shì)，那我國(guó)將擁有先人一步的優(yōu)勢(shì)，能在未來能源格局中搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

可燃冰開采成功之后環(huán)境問題一直備受社會(huì)關(guān)注。盧海龍直言：“可燃冰開采自始至終環(huán)保先行?！?/p>

“樹立環(huán)境保護(hù)優(yōu)先的理念，充分考慮各種環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素，進(jìn)行理論和技術(shù)攻關(guān)，制定了全流程的科學(xué)、安全、環(huán)保施工方案，并在施工過程中嚴(yán)格遵守。”盧海龍介紹，在試采前就開展了10余個(gè)航次的環(huán)境基線調(diào)查，獲取了海洋地質(zhì)、海洋生物、海水化學(xué)等本底數(shù)據(jù)，以及海底地層力學(xué)參數(shù)等。

“在試采過程中，按照國(guó)際通用的環(huán)境管理體系、工藝安全風(fēng)險(xiǎn)管理等標(biāo)準(zhǔn)，采取嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)措施。利用大氣、海水、海底和井下四位一體監(jiān)測(cè)體系，對(duì)甲烷、二氧化碳等參數(shù)及海底沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。與本底數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，甲烷等參數(shù)無異常變化，海底地形無變化，沒有環(huán)境污染，未發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。”

“試采結(jié)束后，我們將繼續(xù)進(jìn)行全方位的立體環(huán)境監(jiān)測(cè)，為制定可燃冰開采的環(huán)境保護(hù)方案提供科學(xué)依據(jù)?！北R海龍說。

我國(guó)的煤炭需求年均增長(zhǎng)一直保持高位。時(shí)至今日，中國(guó)已成為全球最大的煤炭需求國(guó)。但隨著全社會(huì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)及國(guó)際上對(duì)減少碳排放的強(qiáng)烈呼吁，煤炭也將逐漸被天然氣等更加清潔的能源所替代。

此次，就可燃冰的試采成功，黨中央國(guó)務(wù)院在賀電中提出了新的更高要求：要促進(jìn)天然氣水合物勘查開采產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程;依靠科技進(jìn)步，保護(hù)海洋生態(tài)，推進(jìn)綠色開發(fā)，保障國(guó)家能源安全。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局局長(zhǎng)鐘自然就可燃冰試采成功的重大意義做過專門的論述，提出可燃冰的試采成功是向產(chǎn)業(yè)化勘探開發(fā)邁出的關(guān)鍵性一步。這是產(chǎn)業(yè)化的開端，只有盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，才能鞏固領(lǐng)跑地位，才有可能促進(jìn)能源生產(chǎn)和效率提升，保障能源安全，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，甚至重塑世界能源格局。

? ? ? ? ? ?工作人員慶?？扇急嚥煞€(wěn)定產(chǎn)氣（新華社 梁旭 攝）

“我們這次試采成功只能算是初步成功，按照每天一萬立方米以上的產(chǎn)能是成功的。如果是每天2萬立方米或更高的目標(biāo)，是否還能做到安全生產(chǎn)和環(huán)境友好，還存在很多不確定性?！?廈門大學(xué)中國(guó)能源政策研究院院長(zhǎng)林伯強(qiáng)分析。

國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局副局長(zhǎng)李金發(fā)透露，下一步，試開采團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)在附近海域進(jìn)行2個(gè)到3個(gè)不同礦區(qū)和類別的試開采工作，積累經(jīng)驗(yàn)，為在2030年前進(jìn)行可燃冰商業(yè)開發(fā)打下基礎(chǔ)。

廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局前總工程師黃永祥介紹，一般來說，在一個(gè)試驗(yàn)儲(chǔ)層達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)時(shí)間和產(chǎn)量的試采目標(biāo)之后，不會(huì)繼續(xù)投入試采。雖然這次沒有公布試采的成本，但預(yù)計(jì)資金投入規(guī)模很大。

“我們的可燃冰開采裝備和技術(shù)還有待突破，未來還要研發(fā)專門的可燃冰開采技術(shù)和鉆井船舶裝備以及防止甲烷泄漏和海底塌方的技術(shù)。”黃永祥分析。

林伯強(qiáng)指出，可燃冰商業(yè)化之路還比較遙遠(yuǎn)，這也是此次試采成功并沒有在國(guó)際上引起巨大反響的原因之一，因?yàn)榇蠹叶贾揽扇急虡I(yè)化開采的難度之大。

中國(guó)工程院院士金慶煥曾經(jīng)在國(guó)家能源局和中國(guó)工程院舉辦的第二屆能源論壇上表示，基于我國(guó)可燃冰調(diào)查研究和技術(shù)儲(chǔ)備的現(xiàn)狀，結(jié)合國(guó)外可燃冰試開采的進(jìn)展，判斷2020年前后能實(shí)現(xiàn)可燃冰開采技術(shù)和裝備的突破，完成可燃冰的工業(yè)化起步，2030年前后可能實(shí)現(xiàn)可燃冰的商業(yè)化開采。

資料顯示，國(guó)際上主流的可燃冰開發(fā)方法主要有熱激發(fā)法、減壓法、化學(xué)實(shí)際注入法、固體開采法、二氧化碳置換法以及多種開發(fā)模式組合，但這些方法還存在生產(chǎn)效率低、開采條件要求高、材料昂貴和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大的問題，需要進(jìn)一步完善。

“可燃冰開發(fā)技術(shù)和裝備是一種面向未來的儲(chǔ)備，單靠一個(gè)國(guó)家很難實(shí)現(xiàn)根本性突破。只有當(dāng)越來越多的國(guó)家加入可燃冰技術(shù)的研究，才有可能實(shí)現(xiàn)質(zhì)變?！绷植畯?qiáng)分析。（本刊綜合）※