■ 《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

在南海北部證實存在海域天然氣水合物，成為世界上第4個通過國家研發(fā)計劃鉆獲水合物的國家，實現(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?？扇急摹绑@艷”面世，覆蓋其上的神秘面紗，也逐漸被悄悄揭開。

雖然可燃冰在中國研究調(diào)查已經(jīng)20多年了，可到如今才出現(xiàn)“井噴式”討論與知識普及。60天試采在7月9日以逾30萬立方米的總產(chǎn)量完美謝幕?？稍谀虾Ｉ窈Ｓ虻暮Ｓ蛱烊粴馑衔锲脚_——藍鯨一號鉆井平臺上的工作并沒有結(jié)束。近日，中國地質(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，目前試采團隊的主要成員還繼續(xù)在平臺上工作，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

天然氣水合物（俗稱“可燃冰”），化學(xué)方程式為CH4·8H2O，就是46個水分子包圍了8個甲烷分子，如同一個一個“籠子”，若干個水分子組成一個“籠子”，每個“籠子”里住著一個氣體分子，因其成分主要是甲烷，因而易被點燃。據(jù)預(yù)測，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、海域天然氣水合物試采工程副首席專家、教授級高級工程師梁金強介紹，可燃冰的形成需具備四個基本條件：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。可燃冰可在低于10℃時生成，超過20℃便會分解。在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，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)水合物的礦點已達到234處，在49處獲得了水合物樣品。在5個礦點開展了試開采或開采，其中海域有兩個礦點：中國1個、日本1個；陸域有三個礦點，美國1個、加拿大1個、俄羅斯1個。

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，通常不為肉眼所識別，這種可燃冰就像一杯水倒進沙子里，什么都看不到一樣。

可燃冰儲量巨大，世界資源量約為2100萬億立方，可供人類使用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碳占全球有機碳的53.3%，而煤、石油和天然氣三者的總量才占到26.6%。儲量巨大和高效清潔的特點使得可燃冰被譽為21世紀(jì)的綠色能源。

試采產(chǎn)氣時長、總量世界之最

這次轟動性的試開采作業(yè)，選址在珠海市東南320千米的神狐海域。3月28日第一口試開采井開鉆，5月10日下午14時52分點火成功，從水深1266米海底以下203-277米的天然氣水合物礦藏開采出天然氣。到5月18日上午10時，連續(xù)產(chǎn)氣近8天，平均日產(chǎn)超過1.6萬立方米，超額完成“日產(chǎn)萬方、持續(xù)一周”的預(yù)定目標(biāo)。國土資源部部長姜大明在現(xiàn)場宣布我國海域天然氣水合物首次試開采成功，中共中央、國務(wù)院發(fā)來賀電。

截止7月9日14時52分，我國天然氣水合物試開采連續(xù)試氣點火60天，累計產(chǎn)氣量超過30萬立方米，平均日產(chǎn)5000立方米以上，最高產(chǎn)量達3.5萬立方米/天，甲烷含量最高達99.5%。獲取科學(xué)試驗數(shù)據(jù)647萬組，為后續(xù)的科學(xué)研究積累了大量的翔實可靠的數(shù)據(jù)資料。

可燃冰試采是一項系統(tǒng)工程，而參與本次試采的單位包括國土資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局、中石油、中集集團、北京大學(xué)等，超過800人的專家、科學(xué)家試采團隊，其中200多人在平臺現(xiàn)場作業(yè)。而此次試采作業(yè)，也是“藍鯨一號”平臺的鉆采“首秀”；在現(xiàn)場，地震探測裝備、海底可控源電磁技術(shù)、水下機器人.....各顯神通，為成功開采保駕護航。

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。我國海域天然氣水合物試采將使用深水半潛式平臺通過降壓進行開采：首先，平臺從動員位置自航至作業(yè)井位，然后進行鉆探、安裝試驗設(shè)備、降壓試氣等一系列試采作業(yè)程序，直至點火試采成功。“本次試采成功，是世界首次成功實現(xiàn)泥質(zhì)粉砂型天然氣水合物安全可控開采?！睂＜冶硎?。

廣東省海洋與漁業(yè)廳黨組書記王中丙到訪可燃冰開采基地

60天的背后是20年的不懈努力

早在20世紀(jì)60年代，國際上就開始對其進行勘探與研究。20世紀(jì)80年代初起，美國、日本、印度、德國等國家紛紛將天然氣水合物資源勘查和開發(fā)利用納入其國家能源中長期發(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)所水合物室高級工程師蘇丕波介紹，與國外相比，我國天然氣水合物的資源調(diào)查與評價工作起步晚、起點低，經(jīng)歷了艱苦的探索歷程。

1995年，原地質(zhì)礦產(chǎn)部開始組織相關(guān)科技人員從事水合物前期研究。通過實施國家水合物專項調(diào)查研究，在我國海域取得了一系列重大找礦成果，圈定了我國南海海域天然氣水合物的成礦區(qū)帶，鉆探發(fā)現(xiàn)了2個超千億方級天然氣水合物礦藏，有力推動了我國海域天然氣水合物資源調(diào)查工作從起步時被動依靠國外技術(shù)，經(jīng)過追趕，到如今后來居上，取得海域天然氣水合物試采的巨大成功,站在國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)粉砂型儲層資源量在世界上占比超過90%，是我國主要儲集類型，具有特低孔隙度、特低滲透率等特點，同時深水區(qū)淺部地層松軟易垮塌，易發(fā)生井漏，鉆探風(fēng)險極高，開采難度很大。其次，我國目前沒有專用可燃冰開采設(shè)備和材料，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。這次成功試采，意味著中國取得了天然氣水合物勘查開發(fā)理論、技術(shù)、工程、裝備的自主創(chuàng)新，實現(xiàn)了歷史性突破。

很難引起溫室效應(yīng)

我國首次海域可燃冰試采獲得的空前成功，不僅讓可燃冰走進普通人的視野，也引發(fā)了少數(shù)學(xué)者和民眾對可燃冰開發(fā)可能導(dǎo)致環(huán)境惡變的擔(dān)憂，認(rèn)為如果開發(fā)不當(dāng)，會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。

可燃冰對于人類和環(huán)境，究竟是可愛天使還是洪水猛獸呢？廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局環(huán)工所高級工程師梁前勇表示，其實，在當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)條件下，我國已經(jīng)具備足夠的能力將可燃冰的開發(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_采時，需對局部地層進行工程改造，通過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，可燃冰并不會自行分解，一旦停止人工干預(yù)，可燃冰所處地層就會重新回歸穩(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，我國深?？扇急刹蓤猿汁h(huán)境保護優(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(xué)等本底數(shù)據(jù)以及海底地層力學(xué)參數(shù)等。試采中，按照國際標(biāo)準(zhǔn)，采取嚴(yán)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。數(shù)據(jù)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。今后將繼續(xù)進行全方位的立體環(huán)境監(jiān)測，為制定天然氣水合物開采的環(huán)境保護方案提供科學(xué)依據(jù)。

據(jù)介紹，當(dāng)前我國的海上油氣鉆井、固井、井控、完井、監(jiān)測等工程技術(shù)已經(jīng)相對成熟。可燃冰開采前都需進行細(xì)致的井場工程地質(zhì)調(diào)查，制定科學(xué)完善的開采技術(shù)方案，優(yōu)化設(shè)備組合，加強安全保障措施等，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%的甲烷來自海洋，這說明大部分的甲烷在沉積物和海水的運移過程中被自然消耗掉?？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，而在這漫長的運移的過程中，甲烷會被大量的化學(xué)自養(yǎng)生物群落所吞噬，如細(xì)菌席、深海雙殼類（包括貽貝、蛤類、管蠕蟲、冰蠕蟲）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)，更別說進入大氣中了。”梁前勇提到，甲烷的泄露經(jīng)過漫長的地質(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，在可燃冰的開采過程中，即使有甲烷泄漏，也難逃自然的屏障。

“給人類‘續(xù)命’”

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

“從地下開采氣體、液體是相對容易的，開采固體卻十分困難。”用什么方法把固體傳送上來？會不會堵塞管道？如何防止傳輸過程中天然氣泄漏？”袁嵐峰表示，這次中國之所以取得突破，就是因為把開采固體變成了開采氣體，在原位通過降壓把水合物中的甲烷釋放出來，直接采甲烷，同時整個過程都保持可控，沒有引發(fā)海底甲烷泄漏。

他在接受新華社記者采訪時說：“有專家認(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)濟上可行）的4個階段。中國這次突破的意義，就是讓利用可燃冰達到了‘造其然’的階段?！?/p>

萬里長征邁出關(guān)鍵一步

可燃冰在全球主要分布在兩類地區(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)測顯示，全球天然氣水合物資源量相當(dāng)于21萬億噸油當(dāng)量。

2017年7月7日，《海洋與漁業(yè)》記者奔赴試采平臺，試采現(xiàn)場指揮部辦公室主任邱海峻介紹說，我國海域天然氣水合物資源量約800億噸油當(dāng)量。通過重點地區(qū)普查，已經(jīng)圈定11個有利遠景區(qū)，19個成礦區(qū)帶。經(jīng)過鉆探驗證圈定了兩個千億方級的礦藏。

有關(guān)專家表示，此次我國在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)首次成功試開采，僅是萬里長征邁出關(guān)鍵性一步，未來要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化開采，仍有長路要走。

邱海峻表示，今后將圍繞加快推進產(chǎn)業(yè)化進程的目標(biāo)，爭取神狐海域試采成果最大化。同時，繼續(xù)加大天然氣水合物資源調(diào)查力度，開展重點目標(biāo)區(qū)的詳查，提供2個至4個大型資源基地，為推進產(chǎn)業(yè)化奠定資源基礎(chǔ)。此外，開展不同類型天然氣水合物試采，把加強環(huán)境保護放在突出位置。他表示，基于中國可燃冰調(diào)查研究和技術(shù)儲備的現(xiàn)狀，預(yù)計我國在2030年左右有望實現(xiàn)可燃冰的商業(yè)化開采。

美國能源部公開資料顯示，目前可燃冰開采成本平均高達每立方米200美元。按照1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化164立方米的天然氣來換算，其成本也在每立方米1美元以上，遠高于開采常規(guī)天然氣成本。

“可燃冰商業(yè)性開發(fā)，還需要在關(guān)鍵技術(shù)上進一步攻堅克難，包括有效提高泥質(zhì)粉砂儲層的滲透性、提高產(chǎn)能、長期持續(xù)開采、防砂、舉升等，有必要開展第二次開采試驗?！睆V州海洋地質(zhì)調(diào)查局局長、試采現(xiàn)場指揮部指揮長葉建良介紹，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局自1999年開始，對在西沙海槽、瓊東南海域、神狐海域及東沙海域進行系統(tǒng)調(diào)查，圈定6個可燃冰成礦區(qū)、19個成礦區(qū)帶、25個有利區(qū)塊和24個鉆探目標(biāo)區(qū)，預(yù)測南海北部海域可燃冰遠景資源量達744億噸油當(dāng)量。