可燃冰試采記

■ 《海洋與漁業(yè)》記者 廖靜/文

可燃冰試采記

■ 《海洋與漁業(yè)》記者 廖靜/文

新華社 梁旭/攝

在南海北部證實(shí)存在海域天然氣水合物，成為世界上第4個(gè)通過(guò)國(guó)家研發(fā)計(jì)劃鉆獲水合物的國(guó)家，實(shí)現(xiàn)海域天然氣水合物連續(xù)60天試采圓滿成功......可燃冰的好消息紛至沓來(lái)?？扇急摹绑@艷”面世，覆蓋其上的神秘面紗，也逐漸被悄悄揭開(kāi)。

雖然可燃冰在中國(guó)研究調(diào)查已經(jīng)20多年了，可到如今才出現(xiàn)“井噴式”討論與知識(shí)普及。60天試采在7月9日以逾30萬(wàn)立方米的總產(chǎn)量完美謝幕?？稍谀虾Ｉ窈Ｓ虻暮Ｓ蛱烊粴馑衔锲脚_(tái)——藍(lán)鯨一號(hào)鉆井平臺(tái)上的工作并沒(méi)有結(jié)束。近日，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局辦公室副主任艾澤凡告訴《海洋與漁業(yè)》記者，目前試采團(tuán)隊(duì)的主要成員還繼續(xù)在平臺(tái)上工作，可燃冰從出現(xiàn)于大眾視野到成為21世紀(jì)主要能源還有一段距離。

可挖千年的海底寶庫(kù)

天然氣水合物（俗稱(chēng)“可燃冰”），化學(xué)方程式為CH4·8H2O，就是46個(gè)水分子包圍了8個(gè)甲烷分子，如同一個(gè)一個(gè)“籠子”，若干個(gè)水分子組成一個(gè)“籠子”，每個(gè)“籠子”里住著一個(gè)氣體分子，因其成分主要是甲烷，因而易被點(diǎn)燃。據(jù)預(yù)測(cè)，全球可燃冰資源量是已發(fā)現(xiàn)石油加天然氣能源的兩倍。其也被認(rèn)為是21世紀(jì)最具潛力的接替煤炭、石油和天然氣的新型潔凈能源之一。

據(jù)廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局礦產(chǎn)所副所長(zhǎng)、海域天然氣水合物試采工程副首席專(zhuān)家、教授級(jí)高級(jí)工程師梁金強(qiáng)介紹，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?？扇急稍诘陀?0℃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(kāi)展了試開(kāi)采或開(kāi)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(lèi)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。

可燃冰儲(chǔ)量巨大，世界資源量約為2100萬(wàn)億立方，可供人類(lèi)使用1000年。在自然環(huán)境下，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。

試采產(chǎn)氣時(shí)長(zhǎng)、總量世界之最

這次轟動(dòng)性的試開(kāi)采作業(yè)，選址在珠海市東南320千米的神狐海域。3月28日第一口試開(kāi)采井開(kāi)鉆，5月10日下午14時(shí)52分點(diǎn)火成功，從水深1266米海底以下203-277米的天然氣水合物礦藏開(kāi)采出天然氣。到5月18日上午10時(shí)，連續(xù)產(chǎn)氣近8天，平均日產(chǎn)超過(guò)1.6萬(wàn)立方米，超額完成“日產(chǎn)萬(wàn)方、持續(xù)一周”的預(yù)定目標(biāo)。國(guó)土資源部部長(zhǎng)姜大明在現(xiàn)場(chǎng)宣布我國(guó)海域天然氣水合物首次試開(kāi)采成功，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)來(lái)賀電。

截止7月9日14時(shí)52分，我國(guó)天然氣水合物試開(kāi)采連續(xù)試氣點(diǎn)火60天，累計(jì)產(chǎn)氣量超過(guò)30萬(wàn)立方米，平均日產(chǎn)5000立方米以上，最高產(chǎn)量達(dá)3.5萬(wàn)立方米/天，甲烷含量最高達(dá)99.5%。獲取科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)647萬(wàn)組，為后續(xù)的科學(xué)研究積累了大量的翔實(shí)可靠的數(shù)據(jù)資料。

可燃冰試采是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，而參與本次試采的單位包括國(guó)土資源部、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、中石油、中集集團(tuán)、北京大學(xué)等，超過(guò)800人的專(zhuān)家、科學(xué)家試采團(tuán)隊(duì)，其中200多人在平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。而此次試采作業(yè)，也是“藍(lán)鯨一號(hào)”平臺(tái)的鉆采“首秀”；在現(xiàn)場(chǎng)，地震探測(cè)裝備、海底可控源電磁技術(shù)、水下機(jī)器人.....各顯神通，為成功開(kāi)采保駕護(hù)航。

目前，全球范圍內(nèi)已直接或間接發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物礦點(diǎn)中97%集中在海洋，其余3%主要位于陸地凍土帶。它的取得并不那么容易。目前天然氣水合物常規(guī)開(kāi)采方法主要有：熱激發(fā)化學(xué)試劑法、二氧化碳置換法、降壓法等。我國(guó)海域天然氣水合物試采將使用深水半潛式平臺(tái)通過(guò)降壓進(jìn)行開(kāi)采：首先，平臺(tái)從動(dòng)員位置自航至作業(yè)井位，然后進(jìn)行鉆探、安裝試驗(yàn)設(shè)備、降壓試氣等一系列試采作業(yè)程序，直至點(diǎn)火試采成功?！氨敬卧嚥沙晒Γ鞘澜缡状纬晒?shí)現(xiàn)泥質(zhì)粉砂型天然氣水合物安全可控開(kāi)采?！睂?zhuān)家表示。

廣東省海洋與漁業(yè)廳黨組書(shū)記王中丙到訪可燃冰開(kāi)采基地

60天的背后是20年的不懈努力

早在20世紀(jì)60年代，國(guó)際上就開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行勘探與研究。20世紀(jì)80年代初起，美國(guó)、日本、印度、德國(guó)等國(guó)家紛紛將天然氣水合物資源勘查和開(kāi)發(fā)利用納入其國(guó)家能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，并編制了詳細(xì)的發(fā)展路線圖。

廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局礦產(chǎn)所水合物室高級(jí)工程師蘇丕波介紹，與國(guó)外相比，我國(guó)天然氣水合物的資源調(diào)查與評(píng)價(jià)工作起步晚、起點(diǎn)低，經(jīng)歷了艱苦的探索歷程。

1995年，原地質(zhì)礦產(chǎn)部開(kāi)始組織相關(guān)科技人員從事水合物前期研究。通過(guò)實(shí)施國(guó)家水合物專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查研究，在我國(guó)海域取得了一系列重大找礦成果，圈定了我國(guó)南海海域天然氣水合物的成礦區(qū)帶，鉆探發(fā)現(xiàn)了2個(gè)超千億方級(jí)天然氣水合物礦藏，有力推動(dòng)了我國(guó)海域天然氣水合物資源調(diào)查工作從起步時(shí)被動(dòng)依靠國(guó)外技術(shù)，經(jīng)過(guò)追趕，到如今后來(lái)居上，取得海域天然氣水合物試采的巨大成功,站在國(guó)際天然氣水合物資源調(diào)查領(lǐng)域的前列。

本次試采的泥質(zhì)粉砂型儲(chǔ)層資源量在世界上占比超過(guò)90%，是我國(guó)主要儲(chǔ)集類(lèi)型，具有特低孔隙度、特低滲透率等特點(diǎn)，同時(shí)深水區(qū)淺部地層松軟易垮塌，易發(fā)生井漏，鉆探風(fēng)險(xiǎn)極高，開(kāi)采難度很大。其次，我國(guó)目前沒(méi)有專(zhuān)用可燃冰開(kāi)采設(shè)備和材料，常規(guī)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)裝備材料無(wú)法直接用于可燃冰試采。這次成功試采，意味著中國(guó)取得了天然氣水合物勘查開(kāi)發(fā)理論、技術(shù)、工程、裝備的自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。

很難引起溫室效應(yīng)

我國(guó)首次海域可燃冰試采獲得的空前成功，不僅讓可燃冰走進(jìn)普通人的視野，也引發(fā)了少數(shù)學(xué)者和民眾對(duì)可燃冰開(kāi)發(fā)可能導(dǎo)致環(huán)境惡變的擔(dān)憂，認(rèn)為如果開(kāi)發(fā)不當(dāng)，會(huì)造成大量甲烷氣體泄露，從而引起嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，或引發(fā)海底塌陷、滑坡甚至地震等地質(zhì)災(zāi)害。

可燃冰對(duì)于人類(lèi)和環(huán)境，究竟是可愛(ài)天使還是洪水猛獸呢？廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局環(huán)工所高級(jí)工程師梁前勇表示，其實(shí)，在當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)條件下，我國(guó)已經(jīng)具備足夠的能力將可燃冰的開(kāi)發(fā)控制在安全范圍之內(nèi)，防止環(huán)境和生態(tài)災(zāi)難的發(fā)生?！翱扇急_(kāi)采時(shí)，需對(duì)局部地層進(jìn)行工程改造，通過(guò)抽取地層流體的方法，使井筒附近形成低壓區(qū)，促使可燃冰分解，產(chǎn)生的甲烷氣體從高壓區(qū)向低壓區(qū)匯聚，并沿著生產(chǎn)管道采集到海面。而壓力和溫度傳導(dǎo)未影響到的區(qū)域，可燃冰并不會(huì)自行分解，一旦停止人工干預(yù)，可燃冰所處地層就會(huì)重新回歸穩(wěn)定?！?/p>

北京大學(xué)教授、天然氣水合物試采工程首席科學(xué)家盧海龍說(shuō)，我國(guó)深?？扇急刹蓤?jiān)持環(huán)境保護(hù)優(yōu)先理念，制定了全流程的科學(xué)、安全、環(huán)保施工方案。試采前開(kāi)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。試采中，按照國(guó)際標(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)。數(shù)據(jù)顯示，甲烷等參數(shù)無(wú)異常變化，海底地形無(wú)變化，沒(méi)有環(huán)境污染，未發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。今后將繼續(xù)進(jìn)行全方位的立體環(huán)境監(jiān)測(cè)，為制定天然氣水合物開(kāi)采的環(huán)境保護(hù)方案提供科學(xué)依據(jù)。

據(jù)介紹，當(dāng)前我國(guó)的海上油氣鉆井、固井、井控、完井、監(jiān)測(cè)等工程技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟?？扇急_(kāi)采前都需進(jìn)行細(xì)致的井場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查，制定科學(xué)完善的開(kāi)采技術(shù)方案，優(yōu)化設(shè)備組合，加強(qiáng)安全保障措施等，從而有效避免因重大工程事故導(dǎo)致甲烷氣體的泄漏及地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

全球各國(guó)科學(xué)家多年的調(diào)查研究表明，海底甲烷的自然泄漏是一直存在的，而大氣中卻僅有2%的甲烷來(lái)自海洋，這說(shuō)明大部分的甲烷在沉積物和海水的運(yùn)移過(guò)程中被自然消耗掉?？扇急纸猱a(chǎn)生的甲烷在向上逃逸的過(guò)程中，須穿透覆蓋在其上幾百米厚的沉積物層和1000多米深的海水才有可能泄露到大氣中，而在這漫長(zhǎng)的運(yùn)移的過(guò)程中，甲烷會(huì)被大量的化學(xué)自養(yǎng)生物群落所吞噬，如細(xì)菌席、深海雙殼類(lèi)（包括貽貝、蛤類(lèi)、管蠕蟲(chóng)、冰蠕蟲(chóng)）等，甚至被海水氧化分解。

“幾乎難以逃入距離海底500米以上的海水范圍內(nèi)，更別說(shuō)進(jìn)入大氣中了?！绷呵坝绿岬?，甲烷的泄露經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)變化，最終以冷泉、泥火山或底劈構(gòu)造等形式呈現(xiàn)在海底，成為區(qū)域生物群落生存的基礎(chǔ)條件。因此，在可燃冰的開(kāi)采過(guò)程中，即使有甲烷泄漏，也難逃自然的屏障。

“給人類(lèi)‘續(xù)命’”

“可燃冰開(kāi)采的真正意義，在于給人類(lèi)‘續(xù)命’?！敝袊?guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)博士袁嵐峰表示，可燃冰的儲(chǔ)量絕大部分在海底，只有極少部分在陸地上（主要是凍土帶），而且又是固體，所以開(kāi)采非常不易，這是利用它所面臨的最大瓶頸。

“從地下開(kāi)采氣體、液體是相對(duì)容易的，開(kāi)采固體卻十分困難?！庇檬裁捶椒ò压腆w傳送上來(lái)？會(huì)不會(huì)堵塞管道？如何防止傳輸過(guò)程中天然氣泄漏？”袁嵐峰表示，這次中國(guó)之所以取得突破，就是因?yàn)榘验_(kāi)采固體變成了開(kāi)采氣體，在原位通過(guò)降壓把水合物中的甲烷釋放出來(lái)，直接采甲烷，同時(shí)整個(gè)過(guò)程都保持可控，沒(méi)有引發(fā)海底甲烷泄漏。

他在接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō)：“有專(zhuān)家認(rèn)為，從科學(xué)到技術(shù)創(chuàng)新要經(jīng)歷知其然（發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象）、知其所以然（理論理解）、造其然（技術(shù)上可行）、利其然（經(jīng)濟(jì)上可行）的4個(gè)階段。中國(guó)這次突破的意義，就是讓利用可燃冰達(dá)到了‘造其然’的階段?！?/p>

萬(wàn)里長(zhǎng)征邁出關(guān)鍵一步

可燃冰在全球主要分布在兩類(lèi)地區(qū)：一是水深300米至3000米的海底；二是陸上凍土區(qū)，尤其是南北極凍土區(qū)。有預(yù)測(cè)顯示，全球天然氣水合物資源量相當(dāng)于21萬(wàn)億噸油當(dāng)量。

2017年7月7日，《海洋與漁業(yè)》記者奔赴試采平臺(tái)，試采現(xiàn)場(chǎng)指揮部辦公室主任邱海峻介紹說(shuō)，我國(guó)海域天然氣水合物資源量約800億噸油當(dāng)量。通過(guò)重點(diǎn)地區(qū)普查，已經(jīng)圈定11個(gè)有利遠(yuǎn)景區(qū)，19個(gè)成礦區(qū)帶。經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證圈定了兩個(gè)千億方級(jí)的礦藏。

有關(guān)專(zhuān)家表示，此次我國(guó)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)首次成功試開(kāi)采，僅是萬(wàn)里長(zhǎng)征邁出關(guān)鍵性一步，未來(lái)要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化開(kāi)采，仍有長(zhǎng)路要走。

邱海峻表示，今后將圍繞加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的目標(biāo)，爭(zhēng)取神狐海域試采成果最大化。同時(shí)，繼續(xù)加大天然氣水合物資源調(diào)查力度，開(kāi)展重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)的詳查，提供2個(gè)至4個(gè)大型資源基地，為推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化奠定資源基礎(chǔ)。此外，開(kāi)展不同類(lèi)型天然氣水合物試采，把加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)放在突出位置。他表示，基于中國(guó)可燃冰調(diào)查研究和技術(shù)儲(chǔ)備的現(xiàn)狀，預(yù)計(jì)我國(guó)在2030年左右有望實(shí)現(xiàn)可燃冰的商業(yè)化開(kāi)采。

美國(guó)能源部公開(kāi)資料顯示，目前可燃冰開(kāi)采成本平均高達(dá)每立方米200美元。按照1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化164立方米的天然氣來(lái)?yè)Q算，其成本也在每立方米1美元以上，遠(yuǎn)高于開(kāi)采常規(guī)天然氣成本。

“可燃冰商業(yè)性開(kāi)發(fā)，還需要在關(guān)鍵技術(shù)上進(jìn)一步攻堅(jiān)克難，包括有效提高泥質(zhì)粉砂儲(chǔ)層的滲透性、提高產(chǎn)能、長(zhǎng)期持續(xù)開(kāi)采、防砂、舉升等，有必要開(kāi)展第二次開(kāi)采試驗(yàn)。”廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局局長(zhǎng)、試采現(xiàn)場(chǎng)指揮部指揮長(zhǎng)葉建良介紹，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局自1999年開(kāi)始，對(duì)在西沙海槽、瓊東南海域、神狐海域及東沙海域進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，圈定6個(gè)可燃冰成礦區(qū)、19個(gè)成礦區(qū)帶、25個(gè)有利區(qū)塊和24個(gè)鉆探目標(biāo)區(qū)，預(yù)測(cè)南海北部海域可燃冰遠(yuǎn)景資源量達(dá)744億噸油當(dāng)量。