可燃冰试采记

■ 《海洋与渔业》记者 廖静/文

可燃冰试采记

■ 《海洋与渔业》记者 廖静/文

新华社 梁旭/摄

在南海北部证实存在海域天然气水合物，成为世界上第4个通过国家研发计划钻获水合物的国家，实现海域天然气水合物连续60天试采圆满成功......可燃冰的好消息纷至沓来。可燃冰的“惊艳”面世，覆盖其上的神秘面纱，也逐渐被悄悄揭开。

虽然可燃冰在中国研究调查已经20多年了，可到如今才出现“井喷式”讨论与知识普及。60天试采在7月9日以逾30万立方米的总产量完美谢幕。可在南海神狐海域的海域天然气水合物平台——蓝鲸一号钻井平台上的工作并没有结束。近日，中国地质调查局广州海洋地质调查局办公室副主任艾泽凡告诉《海洋与渔业》记者，目前试采团队的主要成员还继续在平台上工作，可燃冰从出现于大众视野到成为21世纪主要能源还有一段距离。

可挖千年的海底宝库

天然气水合物（俗称“可燃冰”），化学方程式为CH4·8H2O，就是46个水分子包围了8个甲烷分子，如同一个一个“笼子”，若干个水分子组成一个“笼子”，每个“笼子”里住着一个气体分子，因其成分主要是甲烷，因而易被点燃。据预测，全球可燃冰资源量是已发现石油加天然气能源的两倍。其也被认为是21世纪最具潜力的接替煤炭、石油和天然气的新型洁净能源之一。

据广州海洋地质调查局矿产所副所长、海域天然气水合物试采工程副首席专家、教授级高级工程师梁金强介绍，可燃冰的形成需具备四个基本条件：低温、高压环境以及充足的气源和水。自然界中的可燃冰主要赋存于高压、低温环境的海底浅表层沉积物和高纬度冻土里，约有97%可燃冰分布于海洋中，仅3%分布在陆地冻土带。可燃冰可在低于10℃时生成，超过20℃便会分解。在0℃时，只需30个大气压即可生成，压力越大越稳定。

海洋中，可燃冰往往分布于水深大于300米的海底沉积物中，分布范围从海底到海底之下1000米左右，气体主要来源于海底浅部的生物成因气和地层深部热解气。目前，在全球直接或间接发现水合物的矿点已达到234处，在49处获得了水合物样品。在5个矿点开展了试开采或开采，其中海域有两个矿点：中国1个、日本1个；陆域有三个矿点，美国1个、加拿大1个、俄罗斯1个。

可燃冰的自然产出状态有块状、脉状、结核状、分散状等，其成因主要有两种类型：一种是由于气体渗漏到地层的孔洞或裂缝中，呈块状、脉状或结核状；另外一种是气体扩散到沉积物的孔隙中，形成微小的可燃冰颗粒充填于沉积物的孔隙中，通常不为肉眼所识别，这种可燃冰就像一杯水倒进沙子里，什么都看不到一样。

可燃冰储量巨大，世界资源量约为2100万亿立方，可供人类使用1000年。在自然环境下，1体积的可燃冰大概可以分解为164体积的甲烷气体。据估算，全球可燃冰中的有机碳占全球有机碳的53.3%，而煤、石油和天然气三者的总量才占到26.6%。储量巨大和高效清洁的特点使得可燃冰被誉为21世纪的绿色能源。

试采产气时长、总量世界之最

这次轰动性的试开采作业，选址在珠海市东南320千米的神狐海域。3月28日第一口试开采井开钻，5月10日下午14时52分点火成功，从水深1266米海底以下203-277米的天然气水合物矿藏开采出天然气。到5月18日上午10时，连续产气近8天，平均日产超过1.6万立方米，超额完成“日产万方、持续一周”的预定目标。国土资源部部长姜大明在现场宣布我国海域天然气水合物首次试开采成功，中共中央、国务院发来贺电。

截止7月9日14时52分，我国天然气水合物试开采连续试气点火60天，累计产气量超过30万立方米，平均日产5000立方米以上，最高产量达3.5万立方米/天，甲烷含量最高达99.5%。获取科学试验数据647万组，为后续的科学研究积累了大量的翔实可靠的数据资料。

可燃冰试采是一项系统工程，而参与本次试采的单位包括国土资源部、中国地质调查局、中石油、中集集团、北京大学等，超过800人的专家、科学家试采团队，其中200多人在平台现场作业。而此次试采作业，也是“蓝鲸一号”平台的钻采“首秀”；在现场，地震探测装备、海底可控源电磁技术、水下机器人.....各显神通，为成功开采保驾护航。

目前，全球范围内已直接或间接发现的天然气水合物矿点中97%集中在海洋，其余3%主要位于陆地冻土带。它的取得并不那么容易。目前天然气水合物常规开采方法主要有：热激发化学试剂法、二氧化碳置换法、降压法等。我国海域天然气水合物试采将使用深水半潜式平台通过降压进行开采：首先，平台从动员位置自航至作业井位，然后进行钻探、安装试验设备、降压试气等一系列试采作业程序，直至点火试采成功。“本次试采成功，是世界首次成功实现泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。”专家表示。

广东省海洋与渔业厅党组书记王中丙到访可燃冰开采基地

60天的背后是20年的不懈努力

早在20世纪60年代，国际上就开始对其进行勘探与研究。20世纪80年代初起，美国、日本、印度、德国等国家纷纷将天然气水合物资源勘查和开发利用纳入其国家能源中长期发展规划，并编制了详细的发展路线图。

广州海洋地质调查局矿产所水合物室高级工程师苏丕波介绍，与国外相比，我国天然气水合物的资源调查与评价工作起步晚、起点低，经历了艰苦的探索历程。

1995年，原地质矿产部开始组织相关科技人员从事水合物前期研究。通过实施国家水合物专项调查研究，在我国海域取得了一系列重大找矿成果，圈定了我国南海海域天然气水合物的成矿区带，钻探发现了2个超千亿方级天然气水合物矿藏，有力推动了我国海域天然气水合物资源调查工作从起步时被动依靠国外技术，经过追赶，到如今后来居上，取得海域天然气水合物试采的巨大成功,站在国际天然气水合物资源调查领域的前列。

本次试采的泥质粉砂型储层资源量在世界上占比超过90%，是我国主要储集类型，具有特低孔隙度、特低渗透率等特点，同时深水区浅部地层松软易垮塌，易发生井漏，钻探风险极高，开采难度很大。其次，我国目前没有专用可燃冰开采设备和材料，常规海洋油气勘探开发装备材料无法直接用于可燃冰试采。这次成功试采，意味着中国取得了天然气水合物勘查开发理论、技术、工程、装备的自主创新，实现了历史性突破。

很难引起温室效应

我国首次海域可燃冰试采获得的空前成功，不仅让可燃冰走进普通人的视野，也引发了少数学者和民众对可燃冰开发可能导致环境恶变的担忧，认为如果开发不当，会造成大量甲烷气体泄露，从而引起严重的温室效应，或引发海底塌陷、滑坡甚至地震等地质灾害。

可燃冰对于人类和环境，究竟是可爱天使还是洪水猛兽呢？广州海洋地质调查局环工所高级工程师梁前勇表示，其实，在当前的科学技术条件下，我国已经具备足够的能力将可燃冰的开发控制在安全范围之内，防止环境和生态灾难的发生。“可燃冰开采时，需对局部地层进行工程改造，通过抽取地层流体的方法，使井筒附近形成低压区，促使可燃冰分解，产生的甲烷气体从高压区向低压区汇聚，并沿着生产管道采集到海面。而压力和温度传导未影响到的区域，可燃冰并不会自行分解，一旦停止人工干预，可燃冰所处地层就会重新回归稳定。”

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，我国深海可燃冰可采坚持环境保护优先理念，制定了全流程的科学、安全、环保施工方案。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。试采中，按照国际标准，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。数据显示，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。今后将继续进行全方位的立体环境监测，为制定天然气水合物开采的环境保护方案提供科学依据。

据介绍，当前我国的海上油气钻井、固井、井控、完井、监测等工程技术已经相对成熟。可燃冰开采前都需进行细致的井场工程地质调查，制定科学完善的开采技术方案，优化设备组合，加强安全保障措施等，从而有效避免因重大工程事故导致甲烷气体的泄漏及地质灾害的发生。

全球各国科学家多年的调查研究表明，海底甲烷的自然泄漏是一直存在的，而大气中却仅有2%的甲烷来自海洋，这说明大部分的甲烷在沉积物和海水的运移过程中被自然消耗掉。可燃冰分解产生的甲烷在向上逃逸的过程中，须穿透覆盖在其上几百米厚的沉积物层和1000多米深的海水才有可能泄露到大气中，而在这漫长的运移的过程中，甲烷会被大量的化学自养生物群落所吞噬，如细菌席、深海双壳类（包括贻贝、蛤类、管蠕虫、冰蠕虫）等，甚至被海水氧化分解。

“几乎难以逃入距离海底500米以上的海水范围内，更别说进入大气中了。”梁前勇提到，甲烷的泄露经过漫长的地质变化，最终以冷泉、泥火山或底劈构造等形式呈现在海底，成为区域生物群落生存的基础条件。因此，在可燃冰的开采过程中，即使有甲烷泄漏，也难逃自然的屏障。

“给人类‘续命’”

“可燃冰开采的真正意义，在于给人类‘续命’。”中国科学技术大学化学博士袁岚峰表示，可燃冰的储量绝大部分在海底，只有极少部分在陆地上（主要是冻土带），而且又是固体，所以开采非常不易，这是利用它所面临的最大瓶颈。

“从地下开采气体、液体是相对容易的，开采固体却十分困难。”用什么方法把固体传送上来？会不会堵塞管道？如何防止传输过程中天然气泄漏？”袁岚峰表示，这次中国之所以取得突破，就是因为把开采固体变成了开采气体，在原位通过降压把水合物中的甲烷释放出来，直接采甲烷，同时整个过程都保持可控，没有引发海底甲烷泄漏。

他在接受新华社记者采访时说：“有专家认为，从科学到技术创新要经历知其然（发现现象）、知其所以然（理论理解）、造其然（技术上可行）、利其然（经济上可行）的4个阶段。中国这次突破的意义，就是让利用可燃冰达到了‘造其然’的阶段。”

万里长征迈出关键一步

可燃冰在全球主要分布在两类地区：一是水深300米至3000米的海底；二是陆上冻土区，尤其是南北极冻土区。有预测显示，全球天然气水合物资源量相当于21万亿吨油当量。

2017年7月7日，《海洋与渔业》记者奔赴试采平台，试采现场指挥部办公室主任邱海峻介绍说，我国海域天然气水合物资源量约800亿吨油当量。通过重点地区普查，已经圈定11个有利远景区，19个成矿区带。经过钻探验证圈定了两个千亿方级的矿藏。

有关专家表示，此次我国在全球范围内实现首次成功试开采，仅是万里长征迈出关键性一步，未来要实现产业化和商业化开采，仍有长路要走。

邱海峻表示，今后将围绕加快推进产业化进程的目标，争取神狐海域试采成果最大化。同时，继续加大天然气水合物资源调查力度，开展重点目标区的详查，提供2个至4个大型资源基地，为推进产业化奠定资源基础。此外，开展不同类型天然气水合物试采，把加强环境保护放在突出位置。他表示，基于中国可燃冰调查研究和技术储备的现状，预计我国在2030年左右有望实现可燃冰的商业化开采。

美国能源部公开资料显示，目前可燃冰开采成本平均高达每立方米200美元。按照1立方米可燃冰可转化164立方米的天然气来换算，其成本也在每立方米1美元以上，远高于开采常规天然气成本。

“可燃冰商业性开发，还需要在关键技术上进一步攻坚克难，包括有效提高泥质粉砂储层的渗透性、提高产能、长期持续开采、防砂、举升等，有必要开展第二次开采试验。”广州海洋地质调查局局长、试采现场指挥部指挥长叶建良介绍，广州海洋地质调查局自1999年开始，对在西沙海槽、琼东南海域、神狐海域及东沙海域进行系统调查，圈定6个可燃冰成矿区、19个成矿区带、25个有利区块和24个钻探目标区，预测南海北部海域可燃冰远景资源量达744亿吨油当量。