5月18日上午10时许,在距离祖国大陆300多公里的我国南海北部神狐海域“蓝鲸一号”海上钻井平台,国土资源部部长、党组书记、国家土地总督察姜大明宣布,我国进行的首次可燃冰(天然气水合物)试采实现连续稳定产气,取得天然气水合物试开采的历史性突破,首次可燃冰试采宣告成功。

这是我国、也是世界首次海域天然气水合物试采成功。南海神狐海域天然气水合物试采工作由国土资源部中国地质调查局负责,在各方大力协助下,5月10日起,国土资源部中国地质调查局从我国南海神狐海域水深1266米海底以下203-277米的可燃冰矿藏开采出天然气。

截至5月17日15时,总量试采12万立方米,最高产量达3.5万立方米/天,平均日产超过1.6万立方米,其中甲烷含量最高达99.5%,圆满完成预定目标,实现了理论、技术和工程的重大创新。

这一成果对促进我国能源安全保障、优化能源结构,甚至对改变世界能源供应格局,都具有里程碑意义。

打开一个可采千年的能源宝库

可燃冰,是甲烷和水分子在低温高压下结合的化合物,因形似冰块却能燃烧而得名,是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源,分布广泛而且储量巨大。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,能量密度高,资源潜力巨大。科学家们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,甚至认为它是能够满足人类使用1000年的新能源,是今后替代石油、煤等传统能源的首选。

我国对可燃冰的研究从1995年开始,并于2007年5月成功获取了可燃冰实物样品,成为世界上第四个通过国家级开发项目发现可燃冰的国家。

2010年底,由广州海洋地质调查局完成的《南海北部神狐海域天然气水合物钻探成果报告》通过终审,科考人员在我国南海北部神狐海域钻探目标区内,圈定了11个可燃冰矿体,显现出良好的资源潜力。

“海洋六号”入列后,再次深入南海北部区域进行新一轮“精确调查”,调查海域包括琼东南海域、西沙海域、神狐海域和东沙海域等区域,调查的重点是在南海北部前期勘探的基础上,圈定重点勘探区域。南海北部神狐海域作为可燃冰富集区,是调查重点之一。

据了解,研究人员在140平方公里的钻探目标区内,圈定的11个可燃冰矿体,含矿区总面积约22平方公里,矿层平均有效厚度约20米,预测储量约194亿立方米;钻探区水合物富集层位气体主要为甲烷,其平均含量高达98.1%,主要为微生物成因气。

神狐海域可燃冰储量还只是我国可燃冰蕴藏量的“冰山一角”。在西沙海槽,科考人员已初步圈出可燃冰分布面积5242平方公里,其资源估算达4.1万亿立方米;在南海其他海域,同样也有天然气水合物存在的必备条件。

“中国方案”实现历史性跨越

可燃冰储量丰富,但是如果一直只躺在南海海底,则发挥不了其价值。但因为开采难度巨大,迄今鲜有国家尝试。

我国科学家们认为,试验性开发的目的,既是对可燃冰开发技术与工艺的检验,也是将其转化为可利用能源的必经之路,对我国能源安全及经济发展有重要意义。本次试开采是世界上第一次针对粉沙质水合物进行开发试验,为此海洋地质学家们在试采思路、试采井位选择、工程地质勘查、关键技术和工艺确立、试采平台优选等诸多方面,都具有中国特色,可以形容为“中国方案”。

在此之前,对海域天然气水合物试采仅在日本实施过,可以借鉴的经验不多,且日本水合物储层的渗透性,明显好于我国。

南海神狐海域的天然气水合物,属于泥质粉砂型储层类型,该类型资源量在世界上占比超过90%,是我国主要的储集类型。此类储层的开采难度非常大,是日本或其它欲开展试采的国家和技术人员避之不及的。我国首次、也是世界第一次对该类型资源实现安全可控开采,为天然气水合物广泛开发利用提供了技术储备,积累了宝贵经验,奠定了坚实基础。

针对我国水合物储层主要为泥质粉砂,并且渗透率低的情况,此次“试采”,采用了水力割缝的方法进行储层改造。近几天的测试表明,割缝效果良好,大大提高了地层渗透性。

与此同时,通过本次“试采”,我国海洋地质学家们还建立了天然气水合物“两期三型”成矿理论,创建了天然气水合物成藏系统理论,创立了天然气水合物“三相控制”开采理论;同时中国科学家创造性提出并应用了7项工程技术体系创新:窄密度窗口平衡钻井技术、深水浅层井口稳定性增强技术、松软复杂矿体综合开发技术、低渗速敏储层改造技术、未固结超细储层举升与防砂技术、水合物二次生成预防技术及完井与测试系统集成技术。本次试采,我国实现天然气水合物勘探开发理论重大突破和天然气水合物全流程试采核心技术重大突破。

“蓝鲸一号”托举世界首次海域试采

此次水合物试采作业,大量国产化装备成功投入应用,充分表明“中国造”已走在世界的前列。首先,必须要点赞的是试采作业最重要的“大国重器”——我国最新研制成功世界最大、钻井深度最深的海上钻井平台“蓝鲸一号”。这是目前全球最先进的双井架半潜式钻井平台,可适用于全球任何深海作业。

其次,大量拥有自主知识产权工具的成功应用表明,国内石油公司已具有深水工艺及设备研发能力,如完井防砂工艺,已远远超过石油工业的防砂极限;完井与测试系统集成装备,结合水合物试采工程开发与科研需求,为我国水合物开发研究提供科学数据。

与此同时,本次开采试验也为后续研究提出了很多课题,指明了研究方向。下一步重点是研究如何解决本次试验当中发现的一些问题,并在之后3-5年内开展第二次试采,进一步为商业化开采打好技术铺垫。

比如,试采过程中,由于地层的复杂而导致施工困难很大,测井数据采集需要面对高排量与低排量钻进之间的矛盾;泥浆比重配值、钻井安全及地层防漏失问题的协调;地层可动水含量少对测试过程控制造成的困难,以及如何解决长期开采防砂、稳产等。这些都是本次试采遇到的需要通过后续研究而解决的问题。

按照国家建设海洋强国和“21世纪海上丝绸之路”的总体部署和要求,坚持以强化近海、拓展远海、探查深海、引领发展为原则,国土资源部将重点针对水合物试采的关键技术和装备开展后续攻关。在不久的将来,我国会在深海潜器探测水合物技术、高精度水合物探测技术、深海锚系水合物环境监测技术、深海水合物钻探装备、深海仪器装备规范化海上试验、水合物实验设备研制、水合物开采理论研究等方面取得新的进展。

试采安全、友好、可控、环保

由于甲烷是比二氧化碳更高效的温室气体,因此天然气水合物的环境问题一直是人们关心的一个重要问题。我国海域天然气水合物试采,同样非常重视环境问题,为此投入人力物力进行了研究。

2011年6月-2017年3月,南海水合物环评项目组在神狐水合物区先后共组织了10个航次的野外调查工作,调查内容包括海底工程地质特征、地质灾害特征、海底环境监测、海洋生物特征、海水溶解甲烷含量等,基本查明了水合物试采区的海洋环境特征。同时,发展了一系列我国自主产权的水合物环境评价技术,为水合物试采、开发提供了良好基础。

水合物试采的环境问题,主要是试采过程中是否发生不可控的水合物分解,导致甲烷泄漏,从而引起海底滑坡等地质灾害,甚至是甲烷泄漏到海洋或者大气中而引起环境问题。

针对这些问题,在试采过程中,一方面要根据水合物区的海底地形地貌、工程地质特征、水合物储层等特征,通过合理的井位及降压方案,从工程设计上避免发生甲烷泄漏所引发的环境问题和灾害问题。另一方面,通过布设海底地形、气体渗漏等监测设备,构建海水-海底-井下一体化环境安全监测体系,实现对温度、压力、甲烷浓度及海底稳定性参数的实时、全过程监测。

监测结果显示,试采未对周边大气和海洋环境造成影响,整个过程安全、友好、可控、环保。

可燃冰开采也要沿“一带一路”走出去

我国可燃冰试采成功,预示着我国海洋能源开发利用翻开了新的一页。常年深耕南海的广大海洋地质学家们表示,将以全力支撑能源资源安全保障为使命,持续做好天然气水合物资源勘查与试采工作,推进产业化利用进程。这包括系统总结本次试采经验,优化试采技术工艺;进一步加大区域勘查力度,落实资源储量,摸清资源家底;开展多种类型天然气水合物试采,建立适合我国资源特点的开发利用技术体系;创建国家重点实验室、工程技术中心等创新平台,进一步提高天然气水合物勘探开发和深海科技创新能力。

可燃冰开采是一个世界性难题,“一带一路”沿线许多国家都对中国的试采表示了高度关注。

参与此次试采的科学家们认为,本次试采克服了低渗粉砂质储层水合物开采这一世界性难题。作为世界上储量最大的一类水合物矿体,低渗粉砂质储层水合物矿藏,在海上丝绸之路沿线国家的大陆边缘广泛分布。其中很多国家,比如印度、巴基斯坦等,它们对天然气水合物资源开发有强烈的需求。我国现在掌握了这一技术,将来可以考虑对海上丝绸之路周边国家进行技术输出,有利于解决“一带一路”利益共同体的资源和能源问题,也有利于推动“一带一路”利益共同体的经济发展和融合。(人民日报中央厨房·南方南工作室 李刚)