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提起能源,人们想到的往往是煤、油、气点燃的火炬而不会是冷冷的冰块,但中国科技工作者已经可以将蕴藏在海底的“冰块”点燃,让“交融”从梦想变成现实.
从5月10日起,源源不断的天然气从1200多米的深海底之下200多米的底层中开采上来,点燃了全球最大海上钻探平台“蓝鲸一号”的喷火装置.这是我国首次也是全球首次对资源量占比90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型储层可燃冰成功实现试采.到6月10日,我国南海神狐海域可燃冰试采已连续产气达31天,实现了试采工作的“满月”记录.试采总产气量达到21万立方米,平均日产6800立方米.
这次试采不仅对我国未来的能源安全保障、优化能源结构具有重要意义,甚至可能给世界能源格局带来改变.不过,我国实现可燃冰的商业性开发还很遥远.
和人们熟悉的海底石油、海底天然气田相比,可燃冰要神秘得多.可燃冰的学名叫“天然气水合物”,这种由水和天然气在高压、低温情况下形成的类冰状结晶物质是标准的“高潜力”能源.
它燃烧值高——1立方米的可燃冰分解后可释放出约0.8立方米的水和164立方米的天然气,燃烧产生的能量明显高于煤炭、石油,燃烧污染却又比煤炭、石油小,更加清洁环保.
它资源储量丰富——可燃冰广泛分布于全球大洋海域,以及陆地冻土层和极地下面.估算其资源量相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍.
“可燃冰被各国视为未来石油、天然气的战略性替代能源,是世界瞩目的战略资源,对我国能源安全及经济发展也有着重要意义.”试采现场指挥部总指挥、广州海洋地质调查局局长叶建良说.
巍然矗立在蔚蓝海面中的“蓝鲸一号”是个净重超过4.3万吨、37层楼高的庞然大物,今年2月刚刚“诞生”就从烟台起航驶抵南海,投入了可燃冰试采任务.
南海海域是我国可燃冰最主要的分布区,全国可燃冰资源储存量约相当于1000亿吨油当量,其中有近800亿吨在南海.
试采现场指挥部地质组组长陆敬安说,勘探显示,神狐海域有11个矿体、面积128平方公里,资源储存量1500亿立方米,相当于1.5亿吨石油储量,“成功试采意味着这些储量都有望转化成可利用的宝贵能源,也就意味着中国打开了一个储存量为千亿吨石油级别的宝藏.”陆敬安说.
试采现场指挥部首席科学家、中国地质调查局“李四光学者”卢海龙说,按照当前我国使用量粗略估算,可燃冰可供我国使用一百年以上.目前我国石油的对外依存度超过60%,可燃冰试采成功对我国能源消费结构优化有着重要意义.
一次点火,一次成功——这即使放到已经非常成熟的海洋石油和天然气开采领域也堪称精彩,而这一成功的背后,是我国海洋地质工作者在可燃冰开发上的奋起直追.
和国际上早在20世纪60年代就开始勘探、研究可燃冰相比,我国的可燃冰研究起步要到1998年,但中国科技工作者只用了不到20年就完成了从空白到赶超的全过程.
回顾这一历程,试采现场指挥部办公室主任邱海峻用“快马加鞭”“奋发图强”形容可燃冰开采的“中国速度”.他介绍,在1998年立项后,1999年我国就开始了南海和陆地冻土区的可燃冰调查工作,2007年就在神狐海域钻获可燃冰,这使得我国成为继美国、日本、印度之后,第四个通过国家级研发计划在海底钻获可燃冰的国家.
2015年,我国科技工作者在神狐海域准确定位了两个可燃冰矿体.2016年,地质调查工作人员围绕试采在神狐海域开展钻探站位8个,全部发现可燃冰.
“2016年3月,我们正式开始准备可燃冰试开采,当时定下的开钻时间为2017年3月28日,就是说自开始准备至开钻仅有一年时间,如果不是之前持续拼搏积累下海量的地质数据,就不可能按时完成任务.”邱海峻说.
今年5月10日9时20分,神狐海域可燃冰试采开始,5小时32分钟后,试采点火成功.截至5月18日,经试气点火,试采连续产气超过一周,最高产量达3.5万立方米/天,平均日产超1.6万立方米,累计产气12万立方米,天然气产量稳定,甲烷含量最高达99.5%,完成预定目标,试采取得圆满成功.
截至6月10日14时52分,此次试采已连续产气达31天,总产气量达到21万立方米,平均日产6800立方米.目前试采井产气过程平稳,井底状况良好,海底海洋环境监测未发生异常,无海底甲烷气体泄漏情况,已获得各项测试数据264万组.
和海洋石油、天然气相比,海域可燃冰的开采就一个字：难.
难点也是一个字：软.
俗话说,柿子要捡软的捏.但可燃冰开采却最怕“软柿子”.
“可燃冰虽然储量大、分布广,但形成年代要比石油、天然气晚得多,覆盖它的海底地层普遍是砂质,现有的海底钻井设备开采它就好比在‘豆腐上打铁’、用‘金刚钻绣花’,稍有不慎就会导致大量砂石涌进管道,造成开采失败.”卢海龙说.
全球可燃冰研发活跃的国家主要有中国、美国、日本、加拿大、韩国和印度等,各国竞相投入巨资开展可燃冰试采,竞争异常激烈.其中,美国、加拿大在陆地上进行过试采,但效果不理想.日本于2013年在其南海海槽进行了海上试采,但因出砂等技术问题宣告失败.2017年4月日本在同一海域进行第二次试采,第一口试采井累计产气3.5万立方米,5月15日再次因出砂问题而中止产气.
“与日本相比,我国海域主要属于粉砂型储层,这也是占全球90%以上比例的储藏类型.砂细导致渗透率更差,同时我国的可燃冰水深大、储层埋层浅,施工难度更大.我们的突破对于全世界而言更具有可参考和借鉴的价值.”卢海龙说.
攻坚克难,首先依赖于“中国理论”的建立.陆敬安说,在多年勘探和陆地研究的基础上,我国在全球率先建立了可燃冰“两期三型”成矿理论,指导圈定了找矿有利区,精准锁定了试开采目标；创立可燃冰“三相控制”开采理论,应用于试开采模拟和实施方案制定,确保了试采过程安全可控.
试采的成功也有赖于“中国技术”的突破.广州海洋地质调查局局长助理、试采现场指挥部办公室副主任谢文卫说,通过这次试采,我国实现可燃冰全流程试采核心技术的重大突破,形成了国际领先的新型试采工艺.
“我们创新提出了‘地层流体抽取试采法’,有效解决了储层流体控制与可燃冰稳定持续分解难题.我们成功研发了储层改造增产、可燃冰二次生成预防、防砂排砂等开采测试关键技术,其中很多技术都超出了石油工业的防砂极限.”谢文卫说.
试采的成功也来自“中国装备”的支持.这次试用的钻井平台“蓝鲸一号”是我国自主制造的“大国重器”,也是世界最大、钻井深度最深的双井架半潜式钻井平台,可适用于全球任何深海作业,在试采过程中,我国科技工作者还开发了大量拥有自主知识产权的工具并实现成功应用.
卢海龙说,在国际上一些专家眼里,可燃冰将彻底改变现存的世界能源市场,甚至可能改变现在的地缘政治模式.“这意味着我们的技术总结完善后,将为世界上绝大多数可燃冰开采提供帮助,为世界各国提供借鉴,这次试采的‘中国方案’拥有无限广阔的应用前景.”
而在可燃冰带来的世界能源变革中,如果中国能够继续保持领跑的态势,那我国将拥有先人一步的优势,能在未来能源格局中抢占战略制高点.
可燃冰开采成功之后环境问题一直备受社会关注.卢海龙直言:“可燃冰开采自始至终环保先行.”
“树立环境保护优先的理念,充分考虑各种环境风险因素,进行理论和技术攻关,制定了全流程的科学、安全、环保施工方案,并在施工过程中严格遵守.”卢海龙介绍,在试采前就开展了10余个航次的环境基线调查,获取了海洋地质、海洋生物、海水化学等本底数据,以及海底地层力学参数等.
“在试采过程中,按照国际通用的环境管理体系、工艺安全风险管理等标准,采取严格的环境保护措施.利用大气、海水、海底和井下四位一体监测体系,对甲烷、二氧化碳等参数及海底沉降进行实时监测.与本底数据对比显示,甲烷等参数无异常变化,海底地形无变化,没有环境污染,未发生地质灾害.”
“试采结束后,我们将继续进行全方位的立体环境监测,为制定可燃冰开采的环境保护方案提供科学依据.”卢海龙说.
我国的煤炭需求年均增长一直保持高位.时至今日,中国已成为全球最大的煤炭需求国.但随着全社会环保意识的增强及国际上对减少碳排放的强烈呼吁,煤炭也将逐渐被天然气等更加清洁的能源所替代.
此次,就可燃冰的试采成功,党国务院在贺电中提出了新的更高要求：要促进天然气水合物勘查开采产业化进程；依靠科技进步,保护海洋生态,推进绿色开发,保障国家能源安全.
中国地质调查局局长钟自然就可燃冰试采成功的重大意义做过专门的论述,提出可燃冰的试采成功是向产业化勘探开发迈出的关键性一步.这是产业化的开端,只有尽快实现产业化,才能巩固领跑地位,才有可能促进能源生产和效率提升,保障能源安全,优化能源结构,甚至重塑世界能源格局.
“我们这次试采成功只能算是初步成功,按照每天一万立方米以上的产能是成功的.如果是每天2万立方米或更高的目标,是否还能做到安全生产和环境友好,还存在很多不确定性.” 厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强分析.
国土资源部中国地质调查局副局长李金发透露,下一步,试开采团队将继续在附近海域进行2个到3个不同矿区和类别的试开采工作,积累经验,为在2030年前进行可燃冰商业开发打下基础.
广州海洋地质调查局前总工程师黄永祥介绍,一般来说,在一个试验储层达到预期生产时间和产量的试采目标之后,不会继续投入试采.虽然这次没有公布试采的成本,但预计资金投入规模很大.
“我们的可燃冰开采装备和技术还有待突破,未来还要研发专门的可燃冰开采技术和钻井船舶装备以及防止甲烷泄漏和海底塌方的技术.”黄永祥分析.
林伯强指出,可燃冰商业化之路还比较遥远,这也是此次试采成功并没有在国际上引起巨大反响的原因之一,因为大家都知道可燃冰商业化开采的难度之大.
中国工程院院士金庆焕曾经在国家能源局和中国工程院举办的第二届能源论坛上表示,基于我国可燃冰调查研究和技术储备的现状,结合国外可燃冰试开采的进展,判断2020年前后能实现可燃冰开采技术和装备的突破,完成可燃冰的工业化起步,2030年前后可能实现可燃冰的商业化开采.
资料显示,国际上主流的可燃冰开发方法主要有热激发法、减压法、化学实际注入法、固体开采法、二氧化碳置换法以及多种开发模式组合,但这些方法还存在生产效率低、开采条件要求高、材料昂贵和环境风险大的问题,需要进一步完善.
“可燃冰开发技术和装备是一种面向未来的储备,单靠一个国家很难实现根本性突破.只有当越来越多的国家加入可燃冰技术的研究,才有可能实现质变.”林伯强分析.（本刊综合）※
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