點(diǎn)燃海底的“冰火”

王攀++王立彬++吳濤

一次點(diǎn)火，一次成功

5月18日，我國南海神狐海域天然氣水合物（又稱“可燃冰”）試采實(shí)現(xiàn)連續(xù)187個(gè)小時(shí)的穩(wěn)定產(chǎn)氣。這是我國首次實(shí)現(xiàn)海域可燃冰試采成功，將對能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

2017年5月18日，我國首次實(shí)現(xiàn)海域可燃冰試采成功。圖為2017年5月16日，我國南海神狐海域進(jìn)行天然氣水合物試采作業(yè)的“藍(lán)鯨一號”鉆探平臺(tái)

神狐海域的“冰火交融”

提起能源，人們想到的往往是煤、油、氣點(diǎn)燃的火炬而不會(huì)是冷冷的冰塊，但中國科技工作者已經(jīng)可以將蘊(yùn)藏在海底的“冰塊”點(diǎn)燃成熊熊燃燒的火焰，讓“冰火交融”從夢想變成現(xiàn)實(shí)。

從5月10日起，源源不斷的天然氣從1200多米的深海之下200多米的底層中開采上來，點(diǎn)燃了全球最大海上鉆探平臺(tái)“藍(lán)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(chǔ)層可燃冰成功實(shí)現(xiàn)試采。

與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。但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)，卻是標(biāo)準(zhǔn)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、石油小，更加清潔環(huán)保。

它儲(chǔ)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。據(jù)估算其資源量相當(dāng)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(jì)發(fā)展也有著重要意義。”試采現(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(lán)海面中的“藍(lán)鯨一號”，是個(gè)凈重超過43000噸、37層樓高的龐然大物，2017年2月剛剛“誕生”，就從煙臺(tái)起航駛抵南海，投入了這項(xiàng)試采任務(wù)。

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(chǔ)存量約相當(dāng)于1000億噸油當(dāng)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(gè)礦體、面積128平方公里，資源儲(chǔ)存量1500億立方米，相當(dāng)于1.5億噸石油儲(chǔ)量，“成功試采意味著這些儲(chǔ)量都有望轉(zhuǎn)化成可利用的寶貴能源”。

一次點(diǎn)火，一次成功——這一比率即使放到已經(jīng)非常成熟的海洋石油和天然氣開采領(lǐng)域也堪稱靚麗。這一成功的背后，是我國海洋地質(zhì)工作者在天然氣水合物開發(fā)上的奮起直追。

與國際上早在上個(gè)世紀(jì)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晚到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(qiáng)”形容可燃冰開采的“中國速度”。他介紹說，在1998年立項(xiàng)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(gè)通過國家級研發(fā)計(jì)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(zhǔn)確定位了兩個(gè)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(gè)，全部發(fā)現(xiàn)可燃冰。

“2016年3月，我們正式開始準(zhǔn)備可燃冰試開采，當(dāng)時(shí)定下的開鉆時(shí)間為2017年3月28日，就是說自開始準(zhǔn)備至開鉆僅有一年時(shí)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(shí)完成任務(wù)?！鼻窈＞f。

2017年5月10日9時(shí)20分，神狐海域可燃冰試采開始，5小時(shí)32分鐘后，試采點(diǎn)火成功。截至18日，經(jīng)試氣點(diǎn)火，本次試采已連續(xù)產(chǎn)氣超過一周，最高產(chǎn)量3.5萬立方米/天，平均日產(chǎn)超1.6萬立方米，累計(jì)產(chǎn)氣12萬立方米，天然氣產(chǎn)量穩(wěn)定，甲烷含量最高達(dá)99.5%，完成預(yù)定目標(biāo)，試采取得圓滿成功。

5月18日上午，國土資源部部長姜大明在“藍(lán)鯨一號”上向世界宣布：中國在神狐海域的天然氣水合物試采成功！

“在豆腐上打鐵”

與海洋石油、天然氣相比，海域可燃冰的開采就一個(gè)字：難。

難點(diǎn)也是一個(gè)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(chǔ)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(huì)導(dǎo)致大量砂石涌進(jìn)管道，造成開采失敗?！痹嚥涩F(xiàn)場指揮部首席科學(xué)家、中國地質(zhì)調(diào)查局“李四光學(xué)者”盧海龍說。

全球天然氣水合物研發(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天然氣水合物試采，競爭異常激烈。其中，美國、加拿大在陸地上進(jìn)行過試采，但效果不理想。日本于2013年在其南海海槽進(jìn)行了海上試采，但因出砂等技術(shù)問題失敗。2017年4月日本在同一海域進(jìn)行第二次試采，第一口試采井累計(jì)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(chǔ)層，這也是占全球90%以上比例的儲(chǔ)藏類型。砂細(xì)導(dǎo)致滲透率更差，同時(shí)我國的可燃冰水深大、儲(chǔ)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(jià)值?！北R海龍說。

攻堅(jiān)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(dǎo)圈定了找礦有利區(qū)，精準(zhǔn)鎖定了試開采目標(biāo);創(chuàng)立可燃冰“三相控制”開采理論，應(yīng)用于試開采模擬和實(shí)施方案制訂，確保了試采過程安全可控。

試采的成功，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(shí)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?！拔覀儎?chuàng)新性地提出了‘地層流體抽取試采法，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。我們成功研發(fā)了儲(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。”他說。

試采的成功，來自“中國裝備”的支持。據(jù)介紹，這次試用的鉆井平臺(tái)“藍(lán)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(tái)，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(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用。

向地球深部進(jìn)軍

從“藍(lán)鯨一號”起步的可燃冰試采，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接替研發(fā)格局帶來改變。

“試采成功打破了我國在能源勘查開發(fā)領(lǐng)域長期跟跑的局面，取得了理論、技術(shù)、工程和裝備的完全自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了在這一領(lǐng)域由跟跑到領(lǐng)跑的歷史性跨越?！眹临Y源部黨組成員、中國地質(zhì)調(diào)查局局長鐘自然說。

“從理論上講，地球內(nèi)部可利用成礦空間分布在從地表到地下1萬米，目前世界先進(jìn)水平勘探開采深度已達(dá)2500米至4000米，而我國大多小于500米，向地球深部進(jìn)軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問題”——2016年全國科技創(chuàng)新大會(huì)提出的這一論斷，讓人們對大地大海深處充滿向往。

如果我國固體礦產(chǎn)勘查深度達(dá)到2000米，探明資源儲(chǔ)量可以翻一番。而遼闊的大洋海底，多金屬結(jié)核總資源量約3萬億噸，有商業(yè)開采潛力的達(dá)750億噸;海底富鈷結(jié)殼中鈷資源量約為10億噸;太平洋深海沉積物中稀土資源量達(dá)880億噸。未來全球油氣總儲(chǔ)量的40%將來自深海。

“海洋特別是深海作為戰(zhàn)略空間和戰(zhàn)略資源，在國家安全和發(fā)展中的戰(zhàn)略地位日益凸顯，深海探測是建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略需要?！眹临Y源部部長姜大明說，我國海洋探測科技創(chuàng)新已經(jīng)取得很大進(jìn)步，但在一些深海領(lǐng)域與美日俄及個(gè)別歐盟國家相比還存在差距，向深海進(jìn)軍，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，爭取后發(fā)先至，這是必須解決的戰(zhàn)略科技問題。

2017年5月16日，“藍(lán)鯨一號”鉆探平臺(tái)上噴出的火焰

在本次試開采之后，我國可燃冰開采將進(jìn)入“科學(xué)積累”的新階段。葉建良說，在系統(tǒng)總結(jié)本次試采經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)化試采技術(shù)工藝的基礎(chǔ)上，還將開展更多種類型可燃冰試采，建立適合我國資源特點(diǎn)的開發(fā)利用技術(shù)體系，同時(shí)創(chuàng)建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工程技術(shù)中心等創(chuàng)新平臺(tái)，進(jìn)一步提高可燃冰勘探開發(fā)和深?？萍紕?chuàng)新能力。

根據(jù)國土資源科技創(chuàng)新規(guī)劃，“十三五”期間，通過研制深遠(yuǎn)海油氣及可燃冰勘探開發(fā)技術(shù)裝備，我國將推進(jìn)大洋海底礦產(chǎn)勘探及海洋可燃冰試采工程，力爭2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化試采，研制成功全海深潛水器和深遠(yuǎn)海核動(dòng)力浮動(dòng)平臺(tái)技術(shù)。

中國科學(xué)家們還對未來全球能源接續(xù)的“中國方案”雄心勃勃?！暗蜐B粉砂質(zhì)儲(chǔ)層水合物礦藏在海上絲綢之路沿線國家廣泛分布，很多國家對可燃冰有強(qiáng)烈需求。我們現(xiàn)在掌握了這一技術(shù)，有利于解決‘一帶一路沿線的資源、能源問題，推動(dòng)‘一帶一路沿線的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和融合?！鼻窈＞f。