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南海深处涌动冰与火

2017-06-13 09:36 来源:科技日报 谢 宏

  “蓝鲸Ι号”可燃冰试采平台点火臂

  6月10日,记者在中国地质调查局海域天然气水合物(可燃冰)试采平台现场获悉,截至当日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。

  “本次南海神狐海域试采的可燃冰储层类型为泥质粉砂型,具有特低孔隙度、特低渗透率等特点,开采难度极大。”北京大学教授、天然气水合物试采工程首席科学家卢海龙说,但该类型在全球分布最为广泛,资源量在全球占比超过90%。我国首次成功试采,为可燃冰广泛开发利用提供了技术储备,也为下一步工作奠定了坚实基础。

  据了解,试采目前产气过程平稳,井底状况良好,获得各项测试数据264万组。

  ——隐 痛——

  巨量新能源沉睡海底

  根据天然气水合物资源类型及赋存状态,结合我国海域地质条件,预测我国海域天然气水合物资源量800亿吨油当量。通过重点地区普查,圈定11个有利远景区,19个成矿区带。

  然而,对于人类而言,可燃冰却似“水中月、镜中花”。一是其赋存于尚未石化的海底砂层中,赋存空间犹如用砂构筑的蜂巢,开采时可燃冰分解为天然气和水后,“蜂巢壁”极可能坍塌并被带走,进而堵塞采气管道。二是只要温度、压力条件一变,可燃冰即挥发成气体进入大气,瞬间变成环境杀手。

  因开采难度极大,开采一直无重大进展。美国、加拿大在陆地上进行过试采,但效果不理想。日本在2013年开展的首次海上试开采工作,因出砂等技术问题而失败。2017年4月,日本进行了第二次试采,累计采气近3.5万立方米,5月15日因出砂问题中止。

  我国开展可燃冰试采技术研究储备始于2011年。“我国南海天然气水合物试采区,与日本试采区比较,具有储层水深大、埋藏浅、渗透性差、饱和度低、储层粒度更细、水合物类型更复杂等特点。仅储层类型而言,我国南海为泥质粉砂质类型。就整体开采难度而言,中国较日本更高,目前没有开采经验可循。”中国地质调查局广州海洋地质调查局局长、天然气水合物试采现场指挥部指挥长叶建良说,砂细导致渗透率更低,同时我国的可燃冰试采区水深更大,储层埋藏浅,开采施工难度更大。

  一边是我国能源特别是油气资源对外依存度居高不下,一边是巨量的新能源沉睡海底。这一现实,也成为中国地质人心中的一大隐痛。

  ——突 破——

  三大领域形成技术跨越

  经过几十年的研究,国际上公认的海域可燃冰开采主要有三种方案,即热解、置换和降压。

  在无成功先例、无成熟工艺的情况下,我国成功将南海神狐海域水深1266米海底以下203—277米的可燃冰矿藏开采出天然气,超额实现了试采目标。试采成功是我国天然气水合物开发利用重大突破,标志着我国在这一领域实现了历史性跨越。试采成功实现了可燃冰勘探开发理论、全流程试采核心技术和开采环境安全防控三大重点突破。

  在可燃冰勘探开发理论上,建立了可燃冰“两期三型”成矿理论,指导发现了两个超千亿方级矿藏,并精准锁定了试采目标;同时,创建了可燃冰成藏系统理论等。

  现场指挥部办公室主任邱海峻介绍,在可燃冰全流程试采核心技术上,已形成了国际领先的新型试采工艺,首创“地层流体抽取”新型试采方法,实现了小幅降压取得产能增加的突破;掌握了钻完井核心技术,研发了特殊的平衡钻井、井口稳定性增强等技术,构建了深水浅层钻完井技术体系等。

  天然气水合物开发有可能带来的环境影响一直被公众关注。“我们在试采中树立环境保护优先的理念,试采中制定了全流程的科学、安全、环保施工方案,并严格遵守。”卢海龙说,在试采前,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。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。

  ——未 来——

  产业化道路任重道远

  “试采虽然成功,但仍面临许多难题需要攻克,市场化之路还有很多坎要过。”国土资源部地质勘查司司长于海峰认为,促进产业化进程要进行三方面工作:一是借鉴页岩气开发经验,建议将天然气水合物设立为我国新矿种(第173种矿产);二是将天然气水合物纳入新兴战略产业目录,制定相关产业政策,鼓励和引导企业参与勘探开发,推动天然气水合物开发利用进程;三是加强矿产资源管理,由国土资源部审批并颁发天然气水合物勘探开发审批许可证、采矿许可证,划定勘探区块,做好矿权登记。

  “商业化开采的矿区准备好了吗?什么时候组织区块招拍挂?”中石油海洋公司总经理刘圣志、“蓝鲸Ι号”制造商中集集团公司副总裁于亚兴奋异常。于亚说出了今后的打算:“要根据这次试采形成的相关参数,组织人员进行自主设计的研究工作,形成完全自主知识产权的适合我国海域可燃冰赋存特点的钻井平台。”

  中国地调局副局长李金发透露,下一步该局将争取神狐海域试采成果最大化,加大天然气水合物勘查力度,摸清资源家底,开展不同类型天然气水合物试采,深化开采技术研发,优化完善泥质粉砂储层试采技术工艺,开展多种类型可燃冰试采,提升可燃冰勘探开发和深海科技创新能力。

  知识链接

  可燃冰:外观似冰 遇火燃烧

  天然气水合物一般分布于深海沉积物或陆域永久冻土中,是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。因其外观似冰,且遇火燃烧,俗称可燃冰。

  “可燃冰具有巨大的经济价值。1立方米可燃冰可以分解出160—180立方米的天然气,其燃烧后分解为二氧化碳和水,被誉为清洁能源。”天然气水合物试采现场指挥部办公室主任邱海峻说,天然气水合物在全球主要分布在两类地区:一类是水深300—3000米的海底,在海底以下0—1500米的沉积物中产出;另一类是陆上冻土区,尤其是南北极冻土区。目前已发现的海底水合物多分布于环太平洋周边、大西洋西岸、印度洋北部、南极近海及北冰洋周边,地中海、黑海、里海等内陆海以及贝加尔湖等湖底也有零星分布。陆上水合物则主要分布于环北冰洋的高纬度冻土区和我国青藏高原冻土区。(本文图片由作者提供)

(责任编辑:王蔚)

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