“燃冰為火”點亮能源新時代

圖/環(huán)球時報

5月18日10時，國土資源部部長姜大明在南海神狐海域的“藍鯨一號”鉆井平臺上宣布：我國首次海域天然氣水合物(又稱“可燃冰”)試采成功。中國科技工作者正式開啟了通往資源儲存量高達相當于千億噸石油的“可燃冰時代”大門。這是中國能源開發(fā)的一次歷史性突破，對推動能源生產(chǎn)和消費革命具有重要而深遠的影響。

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

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，點燃了全球最大海上鉆探平臺“藍鯨一號”的噴火裝置。這是我國首次也是全球首次對資源量占比90%以上、開發(fā)難度最大的泥質(zhì)粉砂型儲層可燃冰成功實現(xiàn)試采。到6月10日，我國南海神狐海域可燃冰試采已連續(xù)產(chǎn)氣達31天，實現(xiàn)了試采工作的“滿月”記錄。試采總產(chǎn)氣量達到21萬立方米，平均日產(chǎn)6800立方米。

這次試采不僅對我國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，我國實現(xiàn)可燃冰的商業(yè)性開發(fā)還很遙遠。

“藍鯨一號”上燃起“神狐火炬”

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?？扇急膶W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)是標準的“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，對我國能源安全及經(jīng)濟發(fā)展也有著重要意義?！痹嚥涩F(xiàn)場指揮部總指揮、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局局長葉建良說。

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

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

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

試采現(xiàn)場指揮部首席科學家、中國地質(zhì)調(diào)查局“李四光學者”盧海龍說，按照當前我國使用量粗略估算，可燃冰可供我國使用一百年以上。目前我國石油的對外依存度超過60%，可燃冰試采成功對我國能源消費結(jié)構(gòu)優(yōu)化有著重要意義。

一次點火，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，是我國海洋地質(zhì)工作者在可燃冰開發(fā)上的奮起直追。

和國際上早在20世紀60年代就開始勘探、研究可燃冰相比，我國的可燃冰研究起步要到1998年，但中國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)場指揮部辦公室主任邱海峻用“快馬加鞭”“奮發(fā)圖強”形容可燃冰開采的“中國速度”。他介紹，在1998年立項后，1999年我國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，這使得我國成為繼美國、日本、印度之后，第四個通過國家級研發(fā)計劃在海底鉆獲可燃冰的國家。

2015年，我國科技工作者在神狐海域準確定位了兩個可燃冰礦體。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，全部發(fā)現(xiàn)可燃冰。

“2016年3月，我們正式開始準備可燃冰試開采，當時定下的開鉆時間為2017年3月28日，就是說自開始準備至開鉆僅有一年時間，如果不是之前持續(xù)拼搏積累下海量的地質(zhì)數(shù)據(jù)，就不可能按時完成任務。”邱海峻說。

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

截至6月10日14時52分，此次試采已連續(xù)產(chǎn)氣達31天，總產(chǎn)氣量達到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)測未發(fā)生異常，無海底甲烷氣體泄漏情況，已獲得各項測試數(shù)據(jù)264萬組。

“在豆腐上打鐵、用金剛鉆繡花”

和海洋石油、天然氣相比，海域可燃冰的開采就一個字：難。

難點也是一個字：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’，稍有不慎就會導致大量砂石涌進管道，造成開采失敗?！北R海龍說。

全球可燃冰研發(fā)活躍的國家主要有中國、美國、日本、加拿大、韓國和印度等，各國競相投入巨資開展可燃冰試采，競爭異常激烈。其中，美國、加拿大在陸地上進行過試采，但效果不理想。日本于2013年在其南海海槽進行了海上試采，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行第二次試采，第一口試采井累計產(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，我國海域主要屬于粉砂型儲層，這也是占全球90%以上比例的儲藏類型。砂細導致滲透率更差，同時我國的可燃冰水深大、儲層埋層淺，施工難度更大。我們的突破對于全世界而言更具有可參考和借鑒的價值?！北R海龍說。

▲“藍鯨一號”鉆探平臺上噴出的火焰（新華社梁旭攝）

▲“藍鯨一號”是世界最大、鉆井深度最深的雙井架半潛式鉆井平臺（新華社梁旭攝）

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

試采的成功也有賴于“中國技術(shù)”的突破。廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局局長助理、試采現(xiàn)場指揮部辦公室副主任謝文衛(wèi)說，通過這次試采，我國實現(xiàn)可燃冰全流程試采核心技術(shù)的重大突破，形成了國際領(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)了儲層改造增產(chǎn)、可燃冰二次生成預防、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。”謝文衛(wèi)說。

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

盧海龍說，在國際上一些專家眼里，可燃冰將徹底改變現(xiàn)存的世界能源市場，甚至可能改變現(xiàn)在的地緣政治模式。“這意味著我們的技術(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，為世界各國提供借鑒，這次試采的‘中國方案’擁有無限廣闊的應用前景?！?/p>

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

從清潔開采到清潔世界

可燃冰開采成功之后環(huán)境問題一直備受社會關(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)境保護優(yōu)先的理念，充分考慮各種環(huán)境風險因素，進行理論和技術(shù)攻關(guān)，制定了全流程的科學、安全、環(huán)保施工方案，并在施工過程中嚴格遵守?！北R海龍介紹，在試采前就開展了10余個航次的環(huán)境基線調(diào)查，獲取了海洋地質(zhì)、海洋生物、海水化學等本底數(shù)據(jù)，以及海底地層力學參數(shù)等。

“在試采過程中，按照國際通用的環(huán)境管理體系、工藝安全風險管理等標準，采取嚴格的環(huán)境保護措施。利用大氣、海水、海底和井下四位一體監(jiān)測體系，對甲烷、二氧化碳等參數(shù)及海底沉降進行實時監(jiān)測。與本底數(shù)據(jù)對比顯示，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)災害?！?/p>

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

我國的煤炭需求年均增長一直保持高位。時至今日，中國已成為全球最大的煤炭需求國。但隨著全社會環(huán)保意識的增強及國際上對減少碳排放的強烈呼吁，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，黨中央國務院在賀電中提出了新的更高要求：要促進天然氣水合物勘查開采產(chǎn)業(yè)化進程；依靠科技進步，保護海洋生態(tài)，推進綠色開發(fā)，保障國家能源安全。

中國地質(zhì)調(diào)查局局長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，只有盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，才能鞏固領(lǐng)跑地位，才有可能促進能源生產(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。

商業(yè)化開采之路依然遙遠

“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，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?！睆B門大學中國能源政策研究院院長林伯強分析。

國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局副局長李金發(fā)透露，下一步，試開采團隊將繼續(xù)在附近海域進行2個到3個不同礦區(qū)和類別的試開采工作，積累經(jīng)驗，為在2030年前進行可燃冰商業(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，在一個試驗儲層達到預期生產(chǎn)時間和產(chǎn)量的試采目標之后，不會繼續(xù)投入試采。雖然這次沒有公布試采的成本，但預計資金投入規(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)?！秉S永祥分析。

林伯強指出，可燃冰商業(yè)化之路還比較遙遠，這也是此次試采成功并沒有在國際上引起巨大反響的原因之一，因為大家都知道可燃冰商業(yè)化開采的難度之大。

中國工程院院士金慶煥曾經(jīng)在國家能源局和中國工程院舉辦的第二屆能源論壇上表示，基于我國可燃冰調(diào)查研究和技術(shù)儲備的現(xiàn)狀，結(jié)合國外可燃冰試開采的進展，判斷2020年前后能實現(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年前后可能實現(xiàn)可燃冰的商業(yè)化開采。

資料顯示，國際上主流的可燃冰開發(fā)方法主要有熱激發(fā)法、減壓法、化學實際注入法、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)境風險大的問題，需要進一步完善。

“可燃冰開發(fā)技術(shù)和裝備是一種面向未來的儲備，單靠一個國家很難實現(xiàn)根本性突破。只有當越來越多的國家加入可燃冰技術(shù)的研究，才有可能實現(xiàn)質(zhì)變?！绷植畯姺治?。（本刊綜合）※