可燃冰革命時代加速來臨

王治法

能源對于國家的發(fā)展十分重要，可燃冰成為重要的戰(zhàn)略資源，各國爭相研發(fā)其開采技術(shù)。此次中國的成功開采揭開了可燃冰應(yīng)用的新篇章。

2017年5月18日，國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局在南海宣布，中國正在南海北部神狐海域進行的可燃冰試采獲得成功，這也標(biāo)志著中國成為全球第一個實現(xiàn)了在海域可燃冰試開采中獲得連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國家。

自2017年5月10日點火測試，至6月10日14時52分，此次試采已連續(xù)產(chǎn)氣31天，總產(chǎn)氣量達到21萬立方米，平均日產(chǎn)6800立方米。最高產(chǎn)量3.5萬立方米/天，甲烷含量最高達99.5%，天然氣產(chǎn)量穩(wěn)定，實現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)。隨著中國南海神狐海域可燃冰試采滿月，這種過去“可望而不可及”的非常規(guī)能源被逐漸揭開神秘面紗。人們距離開采一種儲量明顯超過常規(guī)石油和天然氣的資源更近一步。

認(rèn)識可燃冰

天然氣水合物是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。因其外觀像冰一樣，而且遇火即可燃燒，所以又被稱作可燃冰、固體瓦斯和氣冰。

可燃冰來之不易，它的誕生至少要滿足三個條件：一是溫度不能太高，如果溫度高于20℃，它就會“煙消云散”，所以，海底的溫度最適合可燃冰的形成；二是壓力要足夠大，越深的海底壓力就越大，可燃冰也就越穩(wěn)定；三是要有甲烷氣源，古生物尸體的沉積物被細(xì)菌分解后會產(chǎn)生甲烷。

可燃冰在全球主要分布在兩類地區(qū)：一類是水深300-3000米的海底；另一類是陸上凍土區(qū)，尤其是南北極凍土區(qū)。目前已發(fā)現(xiàn)的海底可燃冰多分布于環(huán)太平洋周邊、大西洋西岸、印度洋北部、南極近海及北冰洋周邊，地中海、黑海、里海等內(nèi)陸海，貝加爾湖等湖底也有零星分布。陸上可燃冰則主要分布于環(huán)北冰洋的高緯度凍土區(qū)和中國青藏高原凍土區(qū)。

巨量新能源沉睡海底

可燃冰的最大特點就是占用體積小、能量密度高、資源潛力大。可燃冰的天然氣含量約為80%-99%，比常規(guī)天然氣純凈度高出約10%，1立方米可燃冰可以分解出160-180立方米的天然氣。其燃燒后僅會生成少量的二氧化碳和水，污染比煤、石油、天然氣小很多，被譽為清潔能源，而且能量高于煤、石油、天然氣數(shù)倍。舉個例子，一輛使用天然氣為燃料的汽車，一次加100升天然氣能跑300公里的話，那么加入相同體積的可燃冰，這輛車就能跑5萬公里（理想條件）。

科學(xué)家們認(rèn)為它是今后替代煤、石油等傳統(tǒng)能源的首選，被譽為21世紀(jì)最理想的潛在替代能源。可燃冰儲量究竟有多大，各方統(tǒng)計存在差異。不過可以肯定的是，其儲量巨大，甚至可能超過了其他所有已知化石燃料所含有的能源總量。據(jù)美國地質(zhì)勘探局估測，全球可燃冰中蘊藏著大約280萬億到2800萬億立方米甲烷。這意味著，以目前的消費速度，可燃冰儲量可以滿足80年至800年的全球天然氣需求。相比之下，2015年全球天然氣開采量約為35億立方米，還不足天然氣水合物儲量的1‰。據(jù)2016年發(fā)布的《中國能源礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查報告》的最新數(shù)據(jù)顯示，中國可燃冰預(yù)測遠景資源量超1000億噸油當(dāng)量，具有廣闊的開發(fā)前景。

然而對于人類而言，可燃冰卻似“鏡中花、水中月”。一是其賦存于尚未石化的海底、湖底等砂層中，賦存空間猶如用砂構(gòu)筑的蜂巢，開采時可燃冰分解為天然氣和水后，“蜂巢壁”極可能坍塌并被帶走，進而堵塞采氣管道。二是只要溫度、壓力條件一變，可燃冰即揮發(fā)成氣體進入大氣，瞬間變成環(huán)境殺手。因開采難度極大，故開采也一直無重大進展。

下一場頁巖氣革命

對于能源行業(yè)而言，可燃冰戰(zhàn)略意義重大，其重要性可與美國的頁巖氣革命相媲美?？扇急谌蚍植挤浅V，資源量大，所以世界各國都在關(guān)注這方面的研究和試開采工作，包括美國、加拿大、日本、印度都在科研攻關(guān)，國際競爭非常激烈。日本是最早進行可燃冰試開采的國家之一。2013年，日本嘗試過開采海底可燃冰并提取了甲烷，但由于海底砂流入開采井，試驗僅6天就被迫中斷。另一次試驗持續(xù)12天后也因出砂問題被迫中斷，未能完成連續(xù)三周穩(wěn)定生產(chǎn)的原計劃目標(biāo)，12天產(chǎn)氣量只有3.5萬立方米。

中國是一個富煤、貧油、少氣的國家，對進口石油依賴度高。中國海關(guān)總署的數(shù)據(jù)顯示，2017年3月，中國原油進口量升至近920萬桶/日的紀(jì)錄高位，遠超預(yù)期。這一數(shù)據(jù)已經(jīng)超越美國，使中國成為全球第一大原油進口國。所以，對中國而言，開采可燃冰具有重要戰(zhàn)略意義。

中國的突破，對于全世界而言具有可參考和借鑒的價值。而且它將可能會是繼美國引領(lǐng)頁巖氣革命之后，由中國引領(lǐng)的新一輪天然氣水合物革命，將推動整個世界能源利用格局的改變。

中國的開采歷史

中國對可燃冰的研究從1995年開始，并于2007年5月成功獲取了可燃冰實物樣品，成為世界上第四個通過國家級開發(fā)項目發(fā)現(xiàn)可燃冰的國家。中國開展可燃冰試采技術(shù)研究儲備始于2011年。南海神狐海域的可燃冰屬于泥質(zhì)粉砂型儲層類型，該類型資源量在世界上占比超過90%，是中國主要的儲集類型。此類儲層的開采難度非常大。在此之前，對海域可燃冰的試采僅在日本實施過。與日本試采區(qū)相比，中國南海的試采區(qū)具有儲層水深、埋藏淺、滲透性差、飽和度低、儲層粒度更細(xì)、水合物類型更復(fù)雜等特點。所以，中國較日本的開采難度更高，可以借鑒的經(jīng)驗不多。

針對中國水合物儲層主要為泥質(zhì)粉砂，并且滲透性差的情況，此次試采，采用了水力割縫的方法進行儲層改造。連續(xù)幾天的測試表明，割縫效果良好，大大提高了地層滲透性。中國海域天然氣水合物試采使用深水半潛式平臺通過降壓進行開采。

此次水合物試采作業(yè)，首先要點贊的是試采作業(yè)最重要的“大國重器”——中國最新研制成功世界最大、鉆井深度最深的海上鉆井平臺“藍鯨一號”。這是目前世界唯一的、兩座第七代超深水鉆井平臺，鉆井深度已達到海面以下15公里，面對12級颶風(fēng)仍可保持巋然不動，可適用于全球任何深海作業(yè)。

其次，掌握了鉆井核心技術(shù)，研發(fā)了特殊的平衡鉆井、井口穩(wěn)定性增強等技術(shù)，構(gòu)建了深水淺層鉆完井技術(shù)體系等。大量擁有自主知識產(chǎn)權(quán)工具的成功應(yīng)用表明，中國已具有深水工藝及設(shè)備研發(fā)能力，如防砂完井工藝，已遠遠超過石油工業(yè)的防砂極限。本次試采成功打破了中國在可燃冰勘查開發(fā)領(lǐng)域長期跟跑的局面，實現(xiàn)了理論、技術(shù)、工程和裝備的完全自主創(chuàng)新，推動可燃冰的地質(zhì)勘探、鉆井、開采工藝、試采平臺等20余項關(guān)鍵技術(shù)取得突破，為相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展完善奠定了堅實的基礎(chǔ)，為中國水合物開發(fā)研究提供了科學(xué)數(shù)據(jù)。

產(chǎn)業(yè)化任重道遠

可燃冰試采雖然已獲成功，但仍面臨許多難題需要攻克，市場化之路還有很多坎要過。想要實現(xiàn)可燃冰開采產(chǎn)業(yè)化，前面還有巨大的障礙。在受到擾動時，該物質(zhì)反應(yīng)極其敏感。如果水分子形成的晶格結(jié)構(gòu)被破壞，其中包含的甲烷極易逸出。這種反應(yīng)機制隱藏著風(fēng)險。而且，雖然天然氣比煤炭更清潔，但是依然會排放二氧化碳。

想要促進可燃冰的產(chǎn)業(yè)化進程要進行三方面工作：一是借鑒頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗，建議將天然氣水合物設(shè)立為中國新礦種；二是將天然氣水合物納入新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)目錄，制定相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，鼓勵和引導(dǎo)企業(yè)參與勘探開發(fā)，推動天然氣水合物開發(fā)利用進程；三是加強礦產(chǎn)資源管理，由國土資源部審批并頒發(fā)天然氣水合物勘探開發(fā)審批許可證、采礦許可證，劃定勘探區(qū)塊，做好礦權(quán)登記。

可燃冰或許是地球上最后一種碳基燃料，各國都在使出渾身解數(shù)使其開采變得既安全又有利可圖。中國讓可燃冰的開采之路終于看到了光明，但或許最早也要到2025年我們才有可能見到其真正的商業(yè)開發(fā)。