□ 余木寶

我國(guó)可燃冰開發(fā)實(shí)現(xiàn)歷史性突破

□ 余木寶

我國(guó)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(guó)土資源部部長(zhǎng)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(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局宣布，我國(guó)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(guó)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(guò)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)土資源部，中國(guó)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(guó)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(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)等國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)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(shuō)，該項(xiàng)目利用國(guó)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(duì)性的補(bǔ)充調(diào)查航次，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)圍繞我國(guó)南海北部陸坡可燃冰有關(guān)的成藏條件、成藏過(guò)程動(dòng)力學(xué)、成藏富集規(guī)律等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(guó)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(shuō)和可燃冰在成核過(guò)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(méi)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(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù)；勘查技術(shù)4項(xiàng)，包括4500米級(jí)無(wú)人遙控潛水器探測(cè)、保壓取樣、海洋高分辨率地震探測(cè)和海洋可控源電磁探測(cè)技術(shù)；測(cè)試與模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)4項(xiàng)，包括微觀測(cè)試、開采現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)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(cè)和井下原位實(shí)時(shí)測(cè)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(guó)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(guó)30%的能源靠加拿大進(jìn)口，因此兩國(guó)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(duì)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(guò)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(duì)周邊大氣和海洋環(huán)境造成影響，整個(gè)過(guò)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(guò)90%，是我國(guó)主要的儲(chǔ)集類型。這是我國(guó)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(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。

此次我國(guó)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(guó)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(guó)連續(xù)穩(wěn)定試開采可燃冰成功，表明我國(guó)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(wèn)，就是會(huì)不會(huì)對(duì)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(wèn)題。我國(guó)進(jìn)行海域可燃冰試采，同樣非常重視環(huán)境問(wèn)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?？扇急h(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(duì)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(cè)、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(guó)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(wèn)題，主要是試采過(guò)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(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，在試采過(guò)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(guò)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(wèn)題和災(zāi)害問(wèn)題；另一方面通過(guò)布設(shè)海底地形、氣體滲漏等監(jiān)測(cè)設(shè)備，構(gòu)建海水—海底—井下一體化環(huán)境安全監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)程監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，試采未對(duì)周邊大氣和海洋環(huán)境造成影響，整個(gè)過(guò)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(wèn)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(guò)程中，由于地層復(fù)雜而導(dǎo)致施工困難很大，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集需要面對(duì)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(wèn)題的協(xié)調(diào)；地層可動(dòng)水含量少對(duì)測(cè)試過(guò)程控制造成的困難，以及如何解決長(zhǎng)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(guò)后續(xù)研究來(lái)解決的問(wèn)題。

工程裝備完全自主創(chuàng)新

在試采作業(yè)中，大量國(guó)產(chǎn)裝備成功投入應(yīng)用，充分表明“中國(guó)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(méi)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(wú)法直接用于可燃冰試采，針對(duì)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(guò)程中，七項(xiàng)自主創(chuàng)新的重大技術(shù)裝備問(wèn)世：研制了我國(guó)第一臺(tái)4500米作業(yè)級(jí)無(wú)人遙控探測(cè)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(cè)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(cè)海底形變的地震監(jiān)測(cè)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(guó)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(guó)試采可燃冰設(shè)施與日本不同。日本的測(cè)試在船上進(jìn)行，而我國(guó)使用的是浮動(dòng)平臺(tái)。此次可燃冰試采作業(yè)，大量我國(guó)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(guó)重器”——我國(guó)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(lái)福士自主設(shè)計(jì)建造。2016年8月16日中國(guó)石油海洋工程有限公司與中集來(lái)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(yíng)準(zhǔn)備工作，從煙臺(tái)起航，經(jīng)過(guò)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(guó)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(guò)目前石油工業(yè)的防砂極限；完井與測(cè)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(guó)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(lái)看，我國(guó)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(duì)我國(guó)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(guó)家能源安全，同時(shí)緩解煤炭、石油等帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(guó)海域預(yù)測(cè)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(wàn)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(wèn)題。當(dāng)前中國(guó)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(cè)算，未來(lái)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(zhēng)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(cè)，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。