可上九天攬月 可下五洋採冰 中國首次海域可燃冰試採成功

2017-05-21 07:50

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中國首次海域天然氣水合物試采成功(新華社)

中國首次海域天然氣水合物試采成功(新華社)

5月18日,中國南海神狐海域天然氣水合物(又稱「可燃冰」)試採實現連續187個小時的穩定產氣。這是中國首次實現海域可燃冰試採成功,是「中國理論」「中國技術」「中國裝備」所凝結而成的突出成就。中國人民又攀登上了世界科技的新高峰,將對能源生產和消費革命產生深遠影響。

看「神狐火炬」:點亮新能源時代曙光

提起能源,人們想到的往往是煤、油、氣點燃的火炬而不會是冷冷的冰塊,但中國科技工作者已經可以將蘊藏在海底的「冰塊」點燃成熊熊燃燒的火焰,讓「冰火交融」從夢想變成現實。

從5月10日起,源源不斷的天然氣從1200多米的深海底之下200多米的底層中開採上來,點燃了全球最大海上鑽探平臺「藍鯨一號」的噴火裝置。這是中國首次、也是全球首次對資源量占比90%以上、開發難度最大的泥質粉砂型儲層可燃冰成功實現試採。

和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晶物質,卻是標準的「高潛力」能源。

它燃燒值高──1立方米的可燃冰分解後可釋放出約0.8立方米的水和164立方米的天然氣,燃燒產生的能量明顯高於煤炭、石油,燃燒污染卻又比煤、石油小,更加清潔環保。

它資源儲量豐富──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。估算其資源量相當於全球已探明傳統化石燃料碳總量的兩倍。

「可燃冰被各國視為未來石油、天然氣的戰略性替代能源,是世界矚目的戰略資源,對中國能源安全及經濟發展也有著重要意義。」試採現場指揮部總指揮、廣州海洋地質調查局局長葉建良說。

巍然矗立在蔚藍海面中的「藍鯨一號」,是個淨重超過43000噸、37層樓高的龐然大物,今年2月剛剛「誕生」,就從煙臺起航駛抵南海,投入了這項試採任務。

南海海域是中國可燃冰最主要的分布區,全國可燃冰資源儲存量約相當於1000億噸油當量,其中有近800億噸在南海。

試採現場指揮部地質組組長陸敬安說,勘探顯示,神狐海域有11個礦體、面積128平方公里,資源儲存量1500億立方米,相當於1.5億噸石油儲量,「成功試採意味著這些儲量都有望轉化成可利用的寶貴能源」。

一次點火,一次成功──這一比率即使放到已經非常成熟的海洋石油和天然氣開採領域也堪稱靚麗,而這一成功的背後,是中國海洋地質工作者在天然氣水合物開發上的奮起直追。

和國際上早在上個世紀60年代就開始勘探、研究可燃冰相比,中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,試採現場指揮部辦公室主任邱海峻用「快馬加鞭」「奮發圖強」形容可燃冰開採的「中國速度」。他介紹說,在1998年立項後,1999年中國就開始了南海和陸地凍土區的可燃冰調查工作,2007年就在神狐海域鑽獲可燃冰,這使得中國成為繼美國、日本、印度之後,第四個通過國家級研發計畫在海底鑽獲可燃冰的國家。

2015年,中國科技工作者在神狐海域準確定位了兩個可燃冰礦體。2016年,地質調查工作人員圍繞試採在神狐海域開展鑽探站位元8個,全部發現可燃冰。

「2016年3月,我們正式開始準備可燃冰試開採,當時定下的開鑽時間為2017年3月28日,就是說自開始準備至開鑽僅有一年時間,如果不是之前持續拼搏積累下海量的地質資料,就不可能按時完成任務。」邱海峻說。

今年5月10日9時20分,神狐海域可燃冰試採開始,5小時32分鐘後,試採點火成功。截至18日,經試氣點火,本次試採已連續產氣超過一周,最高產量3.5萬立方米/天,平均日產超1.6萬立方米,累計產氣12萬立方米,天然氣產量穩定,甲烷含量最高達99.5%,完成預定目標,試採取得圓滿成功。

18日上午,國土資源部部長姜大明在「藍鯨一號」上向世界宣布:中國在神狐海域的天然氣水合物試採成功!

中國在南海開採「可燃冰」(AP)
中國在南海開採「可燃冰」(AP)

「在豆腐上打鐵、用金剛鑽繡花」

和海洋石油、天然氣相比,海域可燃冰的開採就一個字:難。難點也是一個字:軟。俗話說,柿子要撿軟的捏。但可燃冰開採卻最怕「軟柿子」。

「可燃冰雖然儲量大、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,現有的海底鑽井設備開採它就好比在‘豆腐上打鐵’、用‘金剛鑽繡花’,稍有不慎就會導致大量砂石湧進管道,造成開採失敗。」試採現場指揮部首席科學家、中國地質調查局「李四光學者」盧海龍說。

全球天然氣水合物研發活躍的國家主要有中國、美國、日本、加拿大、韓國和印度等,各國競相投入鉅資開展天然氣水合物試採,競爭異常激烈。其中,美國、加拿大在陸地上進行過試採,但效果不理想。日本於2013年在其南海海槽進行了海上試採,但因出砂等技術問題失敗。2017年4月日本在同一海域進行第二次試採,第一口試採井累計產氣3.5萬立方米,5月15日再次因出砂問題而中止產氣。

「與日本相比,中國海域主要屬於粉砂型儲層,這也是占全球90%以上比例的儲藏類型。砂細導致滲透率更差,同時中國的可燃冰水深大、儲層埋層淺,施工難度更大。我們的突破,對於全世界而言更具有可參考和借鑒的價值。」盧海龍說。

──攻堅克難,首先依賴於「中國理論」的建立。陸敬安說,在多年勘探和陸地研究的基礎上,中國在全球率先建立了可燃冰「兩期三型」成礦理論,指導圈定了找礦有利區,精准鎖定了試開採目標;創立可燃冰「三相控制」開採理論,應用於試開採模擬和實施方案制定,確保了試採過程安全可控。

──試採的成功,也有賴於「中國技術」的突破。廣州海洋地質調查局局長助理、試採現場指揮部辦公室副主任謝文衛說,通過這次試採,中國實現可燃冰全流程試採核心技術的重大突破,形成了國際領先的新型試採工藝。

「我們創新提出了‘地層流體抽取試採法’,有效解決了儲層流體控制與可燃冰穩定持續分解難題。我們成功研發了儲層改造增產、可燃冰二次生成預防、防砂排砂等開採測試關鍵技術,其中很多技術都超出了石油工業的防砂極限。」他說。

──試採的成功,也來自「中國裝備」的支援。據介紹,這次試用的鑽井平臺「藍鯨一號」是中國自主製造的「大國重器」,也是世界最大、鑽井深度最深的雙井架半潛式鑽井平臺,可適用於全球任何深海作業,在試採過程中,中國科技工作者還開發了大量擁有自主知識產權的工具並實現成功應用。

中國在南海開採「可燃冰」(AP)
中國在南海開採「可燃冰」(AP)

向地球深部進軍

從「藍鯨一號」起步的可燃冰試採,不僅對中國未來的能源安全保障、優化能源結構具有重要意義,甚至可能給世界能源接替研發格局帶來改變。

「試採成功打破了中國在能源勘查開發領域長期跟跑的局面,取得了理論、技術、工程和裝備的完全自主創新,實現了在這一領域由跟跑到領跑的歷史性跨越。」國土資源部黨組成員、中國地質調查局局長鐘自然說。

「從理論上講,地球內部可利用成礦空間分布在從地表到地下1萬米,目前世界先進水準勘探開採深度已達2500米至4000米,而中國大多小於500米,向地球深部進軍是我們必須解決的戰略科技問題」──2016年全國科技創新大會提出的這一論斷,讓人們對大地大海深處充滿嚮往。

如果中國固體礦產勘查深度達到2000米,探明資源儲量可以翻一番。而遼闊的大洋海底,多金屬結核總資源量約3萬億噸,有商業開採潛力的達750億噸;海底富鈷結殼中鈷資源量約為10億噸;太平洋深海沉積物中稀土資源量達880億噸。未來全球油氣總儲量的40%將來自深海。

「海洋特別是深海作為戰略空間和戰略資源,在國家安全和發展中的戰略地位日益凸顯,深海探測是建設海洋強國的戰略需要。」國土資源部部長姜大明說,中國海洋探測科技創新已經取得很大進步,但在一些深海領域與美日俄及個別歐盟國家相比還存在差距,向深海進軍,發揮後發優勢,爭取後發先至,這是必須解決的戰略科技問題。

在本次試開採之後,中國可燃冰開採將進入「科學積累」的新階段。葉建良說,在系統總結本次試採經驗、優化試採技術工藝的基礎上,還將開展更多種類型可燃冰試採,建立適合中國資源特點的開發利用技術體系,同時創建國家重點實驗室、工程技術中心等創新平臺,進一步提高可燃冰勘探開發和深海科技創新能力。

根據國土資源科技創新規劃,「十三五」期間,通過研製深遠海油氣及可燃冰勘探開發技術裝備,中國將推進大洋海底礦產勘探及海洋可燃冰試採工程,力爭2020年實現商業化試採,研製成功全海深潛水器和深遠海核動力浮動平臺技術。

中國科學家們還對未來全球能源接續的「中國方案」雄心勃勃。「低滲粉砂質儲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烈需求。我們現在掌握了這一技術,有利於解決‘一帶一路’沿線的資源、能源問題,推動‘一帶一路’沿線的經濟發展和融合。」邱海峻說。

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