我国可燃冰再突破:Level 1到Level 2需要多少加成?

来源:科普中国 发布时间:2020-04-03

2017年,一个新奇的名字——"天然气水合物"闯入人们眼中。它还有个更通俗易懂的名字,可燃冰。就在这一年的5月18日,自然资源部(原国土资源部)宣布,我国海域天然气水合物首次试采成功。这次试采是我国首次、也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。

时隔近三年,捷报再次传来!

2020年3月26日,由自然资源部中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物第二轮试采日前取得成功。

我国可燃冰再突破:Level 1到Level 2需要多少加成?

第二轮试采平台"蓝鲸II号"喷出的火焰(图片来源:广州海洋地质调查局供图,新华社发)

在水深1225米的南海神狐海域,第二轮试采创造了"产气总量86.14万立方米,日均产气量2.87万立方米"两项新的世界纪录,攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术,实现了从"探索性试采"向"试验性试采"的重大跨越,向产业化迈出了极为关键的一步。

为什么我们要勘查、开采可燃冰?

前面提到过,可燃冰只是俗称,它的学名是天然气水合物,是由天然气与水在高压和低温条件下形成的一种固态结晶物质,分解为气体后,甲烷含量一般在80%以上,最高可达99.9%,所以也有人叫天然气水合物为甲烷水合物。又因为天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体外貌类似冰雪,可以像酒精块一样被点燃,所以也有人叫它"可燃冰"。

根据理论计算,标准状态下,1立方米的可燃冰可释放出160-180立方米的甲烷气和0.8立方米的水,可以说可燃冰就像一个天然气的"压缩包",燃烧后生成二氧化碳和水,不会释放出粉尘、硫氧化物、氮氧化物等环境污染物,所以被誉为21世纪理想的清洁能源之一。而且,据专家预测,可燃冰资源量巨大,被国际公认为未来重要的战略性接替能源。

能源对于经济发展和国家安全的重要性不言而喻。1999年,我国开始天然气水合物调查;2002年,开始设立天然气水合物勘查专项,正式踏上了多学科、多手段开展天然气水合物资源调查的艰辛历程。如今在地质人的共同努力下,这一领域屡结硕果。

第二次试采取得了什么样的成果?

在自然资源部于3月26日召开的我国海域天然气水合物第二轮试采成果汇报视频会上,我们了解到,中国地质调查局联合中国石油天然气集团、北京大学等国内外70余家单位近千名业务骨干,经过两年多的集中攻关,2019年10月正式启动第二轮试采海上作业。试采团队克服了无先例可循、恶劣海况等困难,尤其是施工关键期正值新冠疫情防控最吃劲阶段,试采现场指挥部全面精准落实各项防控措施,保障正常生产作业,于2020年2月17日试采点火,持续至3月18日完成预定目标任务。

我国可燃冰再突破:Level 1到Level 2需要多少加成?

第二轮试采平台"蓝鲸II号"(图片来源:广州海洋地质调查局供图,新华社发)

据介绍,此次试采取得一系列重大突破。

一是创造了"产气总量、日均产气量"两项世界纪录,实现了从"探索性试采"向"试验性试采"的重大跨越。本轮试采1个月产气总量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米,是第一轮60天产气总量的2.8倍。试采攻克了深海浅软地层水平井钻采关键核心技术,实现产气规模大幅提升,为生产性试采、商业开采奠定了技术基础,也让我国成为了全球首个采用水平井钻采技术试采海域天然气水合物的国家。

二是自主研发了一套实现天然气水合物勘查开采产业化的关键技术装备体系,大大提高了深海探测与开发能力。试采形成了六大类32项关键技术,其中6项领先优势明显;研发了12项核心装备,其中控制井口稳定的装置吸力锚打破了国外垄断。这些技术装备不仅为推进天然气水合物产业化提供了有力保障,而且在海洋资源开发、涉海工程等领域具有广阔应用前景。

三是创建了独具特色的环境保护和监测体系,进一步证实了天然气水合物绿色开发的可行性。自主创新形成了环境风险防控技术体系,构建了大气、水体、海底、井下"四位一体"环境监测体系。监测结果表明,试采过程中,甲烷无泄漏,也未发生地质灾害。

为什么第一次试采成功后,还要进行第二轮试采?

这就要说到天然气水合物产业化的问题。再好的能源,如果不能产业化,也将是镜中月、水中花。为了实现天然气水合物的产业化,大致需要经过理论研究与模拟试验、探索性试采、试验性试采、生产性试采、商业开采5个阶段。

2017年,我国海域天然气水合物第一轮试采完成了"探索性试采",解决的是"能否安全、连续开采出来"的问题。2020年的第二轮试采完成了"试验性试采",解决的是"如何提高产气规模"的问题,这是天然气水合物产业化进程中极为关键的一步。

第一次试采后,中国地质调查局为第二次试采做了哪些事?

第一次试采成功后,中国地质调查局贯彻落实中共中央、国务院2017年5月18日贺电精神,积极做好第二轮试采理论技术攻关和工程准备。成立第二轮试采现场指挥部,统一指挥,集智攻关,形成了以中国地质调查局广州海洋地质调查局为核心层,勘探技术研究所、油气资源调查中心等局直属单位为紧密层,北京大学等科研单位为协作层的科技攻关团队。

在试采思路方面,创新提出利用水平井开采天然气水合物的思路。因为水平井穿越储层的长度更长,与储层的接触面积更大,从而能够有效提高产气规模。但是,水平井对技术、工艺和装备的要求更高,施工难度更大,尤其是在深海浅软地层中实现水平井钻采,面临井口稳定、井壁稳定、储层改造等一系列世界性难题。围绕这些难题,开展了有针对性的理论技术研究。

在理论研究方面,深入总结分析了第一轮试采获取的647万数据,完善丰富了"系统成藏"和"三相控制"理论,为本轮试采提供了全方位的理论支撑。

在技术攻关方面,充分发挥中国地质调查局整体业务优势,建立了陆地、海上5个试验场,自主创新,联合攻关,优化完善水平井钻井工艺,锤炼工艺技术细节,遵循认识、实践、再认识、再实践的科学探索规律,经过不懈攻关和努力,最终形成了以水平井为核心的32项关键技术,自主研发了以吸力锚为代表的12项核心装备。

在工程准备方面,为做好工程准备,试采科研团队经过反复研究、推演和模拟演练,细化了施工细节。优选"蓝鲸Ⅱ号"钻井平台作为试采平台,并设立前方基地,完成长线和大宗物资采购,落实海上作业保障条件。

在工程施工方面,试采科研团队克服了无先例可循、恶劣海况等困难,特别是施工关键期正值新冠疫情防控最吃劲阶段,现场指挥部全面精准落实各项防控措施,保障了海上工程施工安全顺利实施,完成了水平井钻完井、监测井等作业。

在试采实施方面,利用自主研发的关键技术,精心开展试采测试作业和环境监测。通过不懈努力,试采持续产气30天,创造了产气总量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米两项新的世界纪录,圆满完成目标任务。

未完待续的故事

我国海域天然气水合物第二轮试采取得成功,进一步增强了我国天然气水合物科技创新能力的国际"领跑"优势地位。

目前,第二轮试采仍在进行中,科技人员将围绕加快推进天然气水合物勘查开采产业化和实施生产性试采进行必要的试验工作。同时,我们还应该认识到,推进天然气水合物勘查开采产业化后续任务依然艰巨繁重,下一步还要进行生产性试采攻关,力争尽早实现天然气水合物商业开采。让我们共同期待!

 

出品:科普中国

制作:自然资源部中国地质调查局科普办公室

监制:中国科学院计算机网络信息中心