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    吴能友在第八届国际天然气水合物大会上发言

      天然气水合物,正在被越来越多的国家视为未来石油、天然气的替代能源。

      经过近20年的不懈努力,我国天然气水合物资源勘查已取得重大突破,全面推进海域天然气水合物资源开发的时间表已经明晰——中国地质调查局相关负责人在2014年召开的第八届国际天然气水合物大会宣布,中国计划于2017年在南海首次试开采天然气水合物。

      与常规油气资源相比,天然气水合物的开采面临技术、成本、环境等多方面的难题与挑战。今天,在中国地质调查局青岛海洋地质研究所,副所长吴能友带领他的研究团队,正在为了如期实现海域天然气水合物开采目标而努力奋斗着。10月25日,吴能友被评为中国地质调查局“李四光学者”(急需紧缺高层次人才)。

      攻克多项探测技术难题,取得海域天然气水合物调查评价突破

      吴能友与天然气水合物的结缘已有10余载。在研究工作中,他瞄准关键科学问题攻关,自主创新,取得了天然气水合物探测技术的多项重大突破。

      他主持完成的国家“863”计划《天然气水合物探测技术》项目,围绕如何快速探测天然气水合物、如何有效识别天然气水合物为核心,瞄准国际前沿技术,开拓创新,组织开发具有我国自主知识产权的10多项关键技术,形成了天然气水合物地震识别、地球化学探测、资源综合评价和保真取样技术系列。在吴能友的带领下,首次在南海发现的 “冷泉”喷溢形成的巨型碳酸盐岩,证实了南海北部陆坡浅表层存在天然气水合物,取得了我国海域天然气水合物资源调查评价的突破。

      吴能友在协助组织实施2007年天然气水合物钻探航次过程中,不断调整调查研究思路,开创性地将自主研发的天然气水合物探测技术应用于实际水合物资源调查评价,提高了数据精度,扩大了资源远景,缩小了勘探靶区,并首次钻探获取水合物实物样品。

      吴能友在科研工作中注重加强基础理论和调查技术方法创新能力,在继承前人研究成果基础上,创新性地提出了水合物成藏和运聚体系理论,并应用于南海北部陆坡水合物控制因素和成藏机制研究,指导了2013年钻探目标优选,在2013年天然气水合物钻取中起到关键作用。

      吴能友带领团队首次开展的基于南海北部实际储层特性的水合物开采实验和数值模拟,在新型的开采井设计条件下,以天然气水合物分解效率和气体产能为绝对标准,以产水量和气水体积比为相对标准,进行单一垂直、水平井降压法、注热法、热吞吐法天然气水合物开采潜力研究和经济性评价,并提出了天然气水合物开采潜力评价地质指标,为南海北部天然气水合物开采方法优选提供科学依据。

      瞄准基础理论研究和技术创新,打造天然气水合物攻关核心力量

      吴能友曾先后主持国家“863”、“973”及国际合作重点科技计划,国家基金和国土资源部、中国科学院、广东省等省部级科研项目30多项,多次组织和参加海洋地质地球物理调查航次,发表学术论文260多篇。

      吴能友重视人才团队建设,注重研究团队的专业交叉、梯队优化,在短短7年的时间里,组建了一个多学科交叉、梯队有序的多尺度融合的42人天然气水合物研究团队,涵盖了天然气水合物的基础物性—成藏与评价—开采技术—应用技术等各个环节,并将该团队发展为我国天然气水合物基础理论研究和技术创新的核心力量之一。

      在他的大力推动下,团队成员中,有1人获得国家杰出青年基金,3人入选中国科学院百人计划,1人获得中科院优秀博士论文,2人获中科院院长特别奖,2人获中科院院长优秀奖。

      瞄准天然气水合物商业开采,着力提供理论依据和技术支撑

      作为中国地质调查局海域天然气水合物资源试采工程的首席专家,吴能友的重任,是要带领研究团队建立天然气水合物“勘采一体化”攻关研发机制,在综合分析国外先进技术的基础上,借鉴常规油气开发技术和经验,从海域天然气水合物的物性、储藏特点,从储存条件、基础物性、开采技术等方面入手,开展室内实验模拟研究,形成一系列新的试开采技术方法。在此基础上,进一步确定试开采实施方案;研发试开采工程设计、建造、安装和调试,以及过程安全监控等关键技术和装备,并进行钻探设备、试采设备海上安装及联合调试,在优选出的天然气水合物富集区实施试开采工程,同时综合评价试开采的技术、经济指标和环境影响,为天然气水合物商业化开发利用积累技术和经验。

      为了形成安全高效的天然气水合物中长期开采技术与方法,吴能友及其研究团队将开展天然气水合物开采模拟及过程监测综合实验系统研发、出砂与产水管道堵塞试采难题实验模拟、水合物开采过程监测技术实验模拟、我国南海沉积层水合物开采技术探索、含水合物沉积物力学特性实验模拟、水合物开采井与地层安全性评价等研究工作,为我国天然气水合物商业开采提供理论依据和技术支撑。

      入选中国地质调查局首批“李四光学者”(急需紧缺高层次人才),既是荣誉,更是责任。吴能友表示,站在新的起点上,将以高度自觉的大局意识和极端负责的态度,严实相成,敬业担责,为服务国土资源中心工作、推动我国海洋地质调查事业作出更大贡献。
    蹚出海域天然气水合物开采之路

    自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所天然气水合物团队瞄准海域天然气水合物开采过程中的储层出砂面临的关键科学问题与技术难题,从室内实验模拟和现场出砂管控应用技术等多方面开展基础应用研究,形成了出砂管控系列知识产权集群。

    目前,该团队紧密围绕天然气水合物开采过程中面临的出砂难题形成系列知识产权保护,创新性将节点系统分析方法引入海域天然气水合物开采出砂管控分析领域,形成了涉及水合物开采井出砂规律预测、防砂方案优选、控砂参数评价、井下控砂装置工况分析等领域的关键模拟技术,并提出了基于出砂管控体系的水合物开采新方法和新工艺。建设期内共获得国家发明专利16项,实用新型专利12项,国际专利2项,软件著作权3项。这些知识产权内容的获批标志着我国海域天然气水合物开采出砂管控知识产权集群初步建成,对于促进我国天然气水合物勘查试采关键核心技术的知识产权保护具有重要意义,同时为下一步水合物产业化试采进程提供支撑和有效保障。

    据悉,海域天然气水合物开采过程中的储层出砂是指由于工程作业和地质环境等综合因素造成完井段附近地层破坏,导致地层泥砂剥落、运移、产出,并对水合物生产造成不利影响的现象。综合国内外现场试采作业经验,出砂已经成为制约天然气水合物长效安全开采的主要风险之一。

     

     

    水合物开采出砂管控体系部分知识产权构成

     

     

    海域天然气水合物开采出砂管控知识产权集群初步形成

    蔡家品,教授级高工,自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所(以下简称探矿工程所)海洋地质调查钻探室(金刚石钻头技术研发中心)主任。

    他不认为自己有什么“远大抱负”,“碰到问题就解决问题,这就是工作的最大意义。”然而,就是这样一个自认为“没有抱负”的人,却被评为中国地质调查局杰出人才。

    在中国的油气钻探领域,蔡家品的名字几乎就是一张名片,不认识他的人很少。地质人长期在野外工作,身上难免会有些江湖习气。在油气钻探这个江湖中,大家都直呼他“老蔡”,钻探过程中遇到难以解决的问题,想到的总是“赶紧把老蔡喊来”。

    蔡家品一直致力于钻具的研究,他带领团队研制的海洋地质调查取样工具及天然气水合物保温保压取样钻具,解决了我国在深水及超深水取样难的问题,均为国内首创,具有自主知识产权,填补了国内空白,打破了国外在该领域的技术垄断,为我国在海洋地质调查、资源勘查(含天然气水合物勘查)及工程勘察提供了技术支撑。

    此外,团队研制的孕镶金刚石钻头,有效解决了在地质及油气勘探开发中,钻头寿命短和机械钻速低的难题。特别是大直径的孕镶金刚石钻头,已成功替代国外同类产品,成为国内施工方的首选。

    在项目实施技术创新研发中,蔡家品始终重视青年技术人员的成长,强调团队意识,已初步建设一个在碎岩工具和海洋取样技术方面(特别是海洋天然气水合物取心技术方面)技术一流、凝聚力和战斗力强的优秀团队。

    最初的追求是跳出农门

    约访蔡家品,是一件并不容易的事。记者从约访到采访成功,经历了40多天的时间,因为他实在太忙,总在野外帮地勘单位处理一些钻探上的难题。可以说,在钻探领域,他已经“玩”得风生水起,很难有时间歇息。

    那天,记者好不容易“逮”着他了,见面时的蔡家品,不免显得有些疲惫。但即使是这样,记者也不可能放过这难得的机会。

    老蔡也乐于奔跑,手机一响,立刻就打包走人往机场赶,一年到头在办公室也待不了几天。这样的生活状态,他早已经习惯了。就像他说的,在北京待上几天没有电话接,心里反而空空的,有点儿无所事事的焦虑。

    这就是蔡家品,一个忙碌得坐不住的人,一个把忙碌当乐趣的科技工作者。

    实际上,就像许许多多农村长大的孩子一样,要说那时有什么崇高的理想和追求,未免有些虚伪,发奋念书的目的就是为了跳出农门。蔡家品来自湖北农村,之所以认为自己没有远大的抱负,也是基于同样的目的。“只要是拿工资吃饭,在农村人看来就是有出息了,再说农村长大的十几岁的孩子,没有什么见识,谁会去计划将来会干什么呀。”

    海上作业中的蔡家品

    就是因为没有什么崇高的理想和抱负,1984年,蔡家品高考结束,加之分数不算太高,高中的授课老师让他填报个地质类的专业,说这样容易录取,将来也好找工作。于是,他就听了老师的,填报了成都地质学院探矿工程专业。从此,他便与探矿工程结下了不解之缘。

    在大学学习期间,蔡家品越来越觉得这个专业很有意思,因为年轻人都有一种放浪的心理,将来毕业了,可以一天到晚泡在野外,纵情于山水,诗意而又浪漫,多美的差事呀。于是,他发奋学习。1988年,蔡家品以优异的成绩毕业,被分配到了原地质矿产部探矿工程研究所。

    蔡家品很感激高中时的授课老师,他确实没有骗他,学地质类专业不但好找工作,而且还被分配到了一个在北京的国家部委所属科研机构,在成都上学,能进北京,已经很了不起了,他觉得自己简直太幸运了。

    进了国家部委的科研机构,担任超硬材料研究室助理工程师,同届毕业的同学们的羡慕是可以想象的,蔡家品也觉得自己不是一般的牛,有点平步青云的眩晕,一股为国奉献青春的豪情油然而生,这种感觉真是爽极了。

    跟探工所三十年的不了情

    到今年为止,蔡家品在探矿工程研究所已经摸爬滚打了整整30年。弹指一挥间,蔡家品从一个意气风发的青年长成了一个成熟稳重的中年,从小蔡混成了老蔡。

    实际上,蔡家品也并不认为自己有多么高尚,多么有热爱事业的情操,在探矿工程所改制的时候,他也一度想过逃离。要知道,一个被财政拨款养着的科研机构,突然要改成到市场上找饭吃,这种心理的撞击是难以形容的。

    20世纪90年代,是地勘行业的低谷,尤其是地勘单位属地化,钻探任务锐减,很多打钻找矿的专业技术人员,受生活所迫,靠副业养家糊口,养鸡的养鸡,养猪的养猪,彼时的状况,让一直致力于钻具研究的蔡家品,心里油然而生出一种“英雄无用武之地”的没落感。

    此时,科技体制改革,原地质矿产部探矿工程研究所更名为北京探矿工程研究所,看似改变不大,干的活也还是原来的活,但这样的改变,却将一个铁饭碗变成了一个泥饭碗,随时可以摔破的。能不能在市场上找到饭吃?这样的恐慌与疑惑,一时压得人喘不过气来。

    是去?是留?对于还是踌躇满志的蔡家品来说同样是种折磨。而此时的蔡家品,已经是超硬材料研究室主任助理、工程师,到外面不可能找不到待遇更好的工作。当时,探矿工程研究所正在搞金刚石钻头技术的研发,作为所里钻头技术研发的中坚力量,一旦离开,于单位于个人,都不是一个好的选择。

    所里的领导早就看穿了蔡家品的心事,当面找他聊了很长时间,并语重心长地跟他说:“小蔡呀,留下来吧,拨开云雾见天明,这里才是你施展才能的地方。”

    人在彷徨的时候,是需要一个长者赋予精神力量的。加上对一起共事多年的同事们的不舍,蔡家品于是也就留了下来,这一留就留到了现在,风风雨雨中走过了30年。

    有幸觅获一得力助手

    搞科研工作,能获得一名得力助手,是可遇而不可求的事。阮海龙的到来,如同激活一池春水,让蔡家品的团队一下子更加活跃了起来。

    阮海龙,高级工程师,探矿工程所海洋地质调查钻探室(金刚石钻头技术研发中心)副主任,中国地质调查局优秀人才。

    阮海龙并不觉得自己干的事有什么高大上,他认为,研发出来的东西,能解决实际问题,能拿到市场上利用,能为单位赚钱,说得漂亮一点,就是成果转化能生出效益来,这事就算妥了。

    蔡家品深知,搞科研要有一个多专业技术人员组成的、互相密切配合的创新团队,并付诸持之以恒、坚持不懈的努力。个体的力量是有限的,但由多个个体组成一个知识结构合理、团结的战斗力强的团队,就可以发挥巨大的能量。

    阮海龙在海洋地质十号钻探船上

    阮海龙是个80后,2006年毕业于中国地质大学钻探专业,在随后读研的几年中,一直跟随在蔡家品左右。阮海龙出生于浙江农村,之所以爱上钻探专业,很多的想法与当初蔡家品大学时代的想法几乎不谋而合。后来参加工作后,才知道一切并非想象中的那么浪漫,那么有纵情于山水之间的诗情画意。

    研究生毕业后,阮海龙留了下来。对于自己专业的发挥,他觉得这是个再好不过的平台,加上蔡家品像老大哥一样对他的关爱,工作配合起来的那种“心有灵犀”的感觉,让人特别爽。很快,阮海龙就成了蔡家品团队的得力干将,并挑起了副主任的重担。

    从某种意义上讲,蔡家品和阮海龙的组合,几乎是天撮之合,这也为后来这个团队攻克一个又一个难题积累了创新的能量。这个科研团队一共15个人,大多都是80后,最小的1992年出生。

    年轻人的思想总是活跃的,科学有时就需要年轻人的浮想联翩,灵光一闪中激发出新的解决方案。每逢技术讨论会,蔡家品和阮海龙最喜欢干的事,就是让年轻人争吵起来,因为人在激烈的争论中脑子会飞速旋转,激发出隐藏于大脑中最潜在的智慧。

    决不能让外国人牵着鼻子走

    探矿工程所一直以服务国家重大战略需求为科研方向,近些年来,特别在服务油气钻探领域发挥了积极作为。研制的孕镶金刚石钻头有效解决了在地质及油气勘探开发中钻头寿命短和机械钻速低的难题,特别是大直径的孕镶金刚石钻头,已成功替代国外同类产品成为国内钻探队伍的首选。

    1999年~2001年,中国地质调查局科技人员首次在南海西沙海槽发现了显示天然气水合物存在的地震异常信息(似海底地震发射波“BSR”)。2002年,国务院批准设立我国海域天然气水合物资源调查专项。

    尽管随后我国在海域天然气水合物钻探上获得一系列突破,但令人尴尬的是,我国海底钻探取样却一直依赖于国外技术,国内几乎没有哪一家机构在此项技术上有所进展。因此,不得不让外国人随意开价。

    团队合影

    眼睁睁地瞅着外国人收取那么高的价钱,而中国人又毫无办法,这是一种什么样的感觉?作为从事钻具研究近二十几年的科研团队的带头人,蔡家品心里很不是滋味。其实当时的想法很简单,就是一定要打破外国人在该领域的技术垄断,把国外同类技术挤出去,这钱应该由中国人自己挣。

    实际上,对海洋钻探取样技术的了解,蔡家品最早是通过参阅了DSDP、ODP、IODP及IODP-china等网站与书面文献的大量资料,了解了国外在深海钻探技术所取得的成就以及今后发展的方向。当时他还在想,他的团队一直在陆地搞钻头和取心工具,什么时候也拓展到海上去发挥探矿工程研究所应有的作用。

    谈及被外国人卡脖子的事,作为蔡家品团队副手的阮海龙,脑子里多次泛起那个场景。那是一次随船出海的钻探作业中,几个帮忙取样的外国人,突然停下手中的活,将项目组的负责人叫过来,咕噜了一阵后,微笑着把旁边的其他人都驱赶开,然后才实施取样作业。

    阮海龙打听到,刚刚的一阵咕噜,是外国专家在关键的时候故意捏你一把,要求项目组提高取样价钱。事情都到了这个份上,不答应的话,之前的作业等于是废了,项目组只好答应了外国技术人员的要求。之所以把其他人都驱离,就是为了对中国人严格保密,不想让中国人看到他们的作业程序。作为一个钻探专业的毕业生,阮海龙内心被深深地刺痛,同时也滋生出深深的责任感,“这活应该由我们来干。”

    机会终于来了,2010年8月,中海油服承担的国家科技重大专项——“大型油气田及煤层气开发”子课题“深水随钻取样器设计和制造技术研究”负责人找到了北京探矿工程研究所,经过多次深入交流,最终同意由蔡家品的团队来承担这个课题。

    不久后,又从中国地质调查局传来好消息,为解决海洋钻探取样难题,中国地质调查局设立专项资金,将《海洋地质调查钻探取样器具及工艺研究》列为科技攻关项目,起止时间为2011年1月到2012年12月,蔡家品作为项目负责人,负责整个项目的实施。

    这真乃好事成双。蔡家品和阮海龙以及他们的团队尽管异常兴奋,但这样的科研项目,能否在短期内取得突破,心里实在没底。

    此时,从接手中海油服“深水随钻取样器设计和制造技术研究”课题,距项目结题时间不到一年(这个项目计划是3年),而且研制的随钻取样器要通过海试应用。时间紧、任务重、压力大,团队经过慎重考虑,最终接下这项任务,因为这是他们下海非常难得的机遇,也是拓宽他们技术领域绝佳的机会。

    经过团队的共同努力,2012年4月,从海洋石油708号深水工程勘察船传来好消息,北京探矿工程研究所研制的TK系列深水随钻取样器搭载海洋石油708号深水工程勘察船,在中国南海番禺区块水深约200米、6级风、涌浪3米的条件下,高效率、高质量地完成了孔深10米(PY34-1-PL10-BH)全孔取样作业和孔深300米(PY34-1-CEP-BH)分段取样作业,一举打破我国海洋钻探船钻孔深度、取样深度两项纪录。

    本次试验还检验了北京探矿工程研究所为海洋钻探取样专门研制的抗涡动金刚石复合片钻头。结果表明,该钻头在作业过程中钻进效率高、成孔质量好、地层适应性强,完全满足海洋钻探各种复杂工况的要求。

    这意味着,这项由国外垄断的深海钻探取样技术,已被中国地质调查局北京探矿工程研究所的科研团队彻底打破,取样成本只接近外国专家取样的一半。

    保温保压取样钻具破题

    天然气水合物是甲烷气与水在高压低温条件下类冰状结晶物,大家形象地把它叫做“可燃冰”,一旦温度升高或压力降低至一定程度,甲烷气则会逸出,固体水合物便趋于崩解。如利用常规取心(非保压取心)设备将含天然气水合物沉积物从海底取至海面时,压力或温度的变化会导致天然气水合物分解,这会扰动沉积物,有时会使岩心遭到完全的破坏,分解成一堆泥浆。

    由于天然气水合物存在环境和性质的特殊性,使用保温保压取样技术成为获得原位天然气水合物最有效的方法之一。保温保压取样钻具是获得天然气水合物真正物化特性的主要器具。而当时,这项技术也一直被一些西方少数几个发达国家所掌控。

    在突破深海钻探取样技术后,蔡家品和他的团队就开始讨论研制保温保压取样钻具的可行性,由于想取到大直径岩心,当时初步设计按照翻板密封来进行,很有挑战性,但是在翻板密封的方式上有不同的意见,最后蔡家品决定两种方式同步进行,根据室内试验的结果再来选定,整个工作有条不紊。

    实际上,保温保压取样钻具的研制难度是非常大的,当时,有关单位依托863项目也在试制研发,项目进程采取了严格的保密措施,他们具体进展到什么程度,外界一无所知。但在2014年3月初,国内一家海洋油气勘查单位突然通知蔡家品,他们计划在4月初出海给相关单位搞保压工具的实验,问蔡家品团队的进展如何,可以免费搭载试验。蔡家品觉得这是一个难得的试验机会,在他和阮海龙的带动下,团队成员加班加点赶进度。

    在室内实验过程中,团队成员充分发挥智慧,对在海试中可能遇到的复杂情况做了充分的预判。比如,海底的泥沙对管子的摩擦,提起钻管过程中的卡管等,一切可以预判的状况,都在实验室中模拟完成。这段时间,团队成员深夜加班加点是家常便饭。为了给这帮年轻的队员鼓劲打气,常常干到晚上十一二点的时候,蔡家品和阮海龙便带着所有的加班人员上街烤羊肉串,喝个啤酒,然后又接着干。

    由于这样的钻具是自我研发的,所有的部件不可能在市场上轻易买得到,团队成员大都学会了车工,所有的零部件几乎都是他们自己一点一点地车出来的。阮海龙跟大家自嘲,将来失业了,大家都是一个优秀的车床工人,工作随便找,饿是饿不死的。

    在团队所有成员的共同努力下,终于按照海洋油气勘查单位的要求时间把钻具运到船上参加海试,这次试验的结果初步保温保压成功,对方未成功。之后,团队又回来在室内做了大量的技术改进及试验工作,于2014年7月由蔡家品亲自带队参加海试,也是与对方PK,结果是探矿工程所完胜。

    2014年9月,海洋油气勘查单位专门安排一个航次到天然气水合物靶区取样,蔡家品团队再次很好地完成了任务,这是我国首次采用国产装备成功提取到保压天然气水合物样品,为我国“十三五”开展天然气水合物勘探及试开采提供了有力的技术支撑。

    “没有抱负”的成就者

    2017年8月23日9时12分,松科2井井深钻达6000m。

    松科2井四开于2016年11月26日中间完井,四开中完井深5922.58m。经过160天冬季停工后,2017年5月4日五开钻开。由于井底温度已高达205ºC,地层存在较严重的地应力释放现象,钻开后套管底部裸眼井段发生了强烈的坍塌,使五开遭遇到自开钻以来最严重的复杂情况。经下井多种工具多次调对整泥浆性能磨、冲、捞、抓处理后,均无收效且坍塌日益严重,松科2井指挥部决定注入水泥加固井壁。国内高温井况下水泥固壁作业经验尚属空白,中原油田固井公司为此做了大量的室内实验和现场准备,与松科2井指挥部配合进行了3次井下作业实践后,终于在第4次封固成功,井壁得以稳固。8月12日,五开自井深5932m开始取心钻进,8月23日钻达井深6000m,平均岩心采取率96.90%,完整取出火石岭组地层沉积岩与火山岩的接触界面。

    五开将以高温螺杆钻驱动长回次钻程取心钻具的成熟工艺,钻进到螺杆钻抗温的极限井深,再以涡轮钻提钻取心和绳索取心等工艺钻进到完钻井深。井底动力取心技术,钻井液研究与配制、维护工艺,在下部超高温井段将迎来更大挑战。松科2井已进入了攻坚克难阶段,指挥部将凝心聚力、砥砺前行,向井深6400m的工程终极目标迈进。

     

    松科2井井深钻达6000m

    近日,国土资源部岩溶地质资源环境监督检测中心在中国地质科学院岩溶地质研究所《红水河上游岩溶流域1:5万水文地质环境地质调查》项目组的协助下,在云南省富源县建立了野外现场分析实验平台。

    该实验平台配备了离子色谱仪、分光光度计、酸度计、火焰光度计等中小型仪器设备,所用仪器设备全部经过相关计量部门的检定或校准,符合计量认证有关要求,可以确保分析结果满足行业质量管理规范(DZ/T 0130-2006)的要求。此次建立的野外现场分析平台,主要进行岩溶水质样品的全分析,能够现场分析的水质测试项目有17项。

    野外现场分析实验平台试点的建立,是部岩溶地质资源环境监督检测中心在实验室建设方面推出的一项新举措,不仅能解决岩溶水质样品因长时间放置引起常量离子(例如:钙离子、碳酸氢根)及易变组分(例如:亚硝酸根、铵根)变化的问题,而且也可缓解因室内实验场地不足而带来的测试压力。野外现场实验平台的建立进一步提高了水质样品分析测试的工作效率,同时也为地科院岩溶所的地质调查项目提供了更加准确的实验数据,更好地发挥了实验测试的技术支撑作用。

     

    离子色谱仪

     

    分光光度计

    滴定分析

    部岩溶地质资源环境监督检测中心建立野外现场分析实...

      

     10月25日,在李四光学术思想研讨会开幕式上,当卢海龙双手捧起印有“李四光学者”五个烫金大字的大红色证书时,感到了光荣,也感到了沉甸甸的责任。
        作为中国地质调查局评选出的首批四位“李四光学者”中唯一的一位外籍学者,现任北京大学工学院讲席教授的卢海龙在天然气水合物研究领域颇有建树,在国际地球科学领域也享有一定声望。
        此次在要求极为苛刻的条件下获聘急需紧缺高层次人才,足以证明他的能力,也可以看出中国地质调查局对在他的带领下,在天然气水合物研究方面获得突破寄予的殷切希望。

        独特的经历使他积累了从野外调查到室内实验的丰富经验

        51岁的卢海龙与地质打了很多年交道。从上大学本科开始,他就一直在这个艰苦的行当里摸爬滚打。
        1985年,他毕业于北京大学,拿到了理学学士学位,学的专业是岩矿及地球化学。接下来的三年,他在中国地质科学院研究生部深造,拿到了理学硕士学位,学的专业是矿床地质学。此后,他远赴日本,先后在琉球大学和东京大学拿到了海洋地质学和地质学的硕士和博士学位。
        在读书期间和毕业后,他又先后在中国地质科学院矿床地质研究所、日本石油公团技术研究中心、加拿大地调局、加拿大国家研究院工作,2014年回到祖国,在北京大学工学院担任讲席教授。
        可以说,卢海龙与天然气水合物很有缘分。
        上个世纪90年代,卢海龙在东京大学攻读博士学位。在此期间,卢海龙参加了日本天然气水合物的首批项目,并于1998年获得日本第一个以天然气水合物为研究课题的博士学位。这非常难得,要知道,日本的天然气水合物研究虽然起步较晚,但在短短几年内就已居于世界先进水平。在日本的这段经历,为卢海龙今后的研究奠定了扎实的理论基础,也积累了初步的经验。
        毕业后,卢海龙并没有离开自己的研究领域。他在日本石油公团、加拿大地质调查局、加拿大国家研究院、北京大学等单位从事的工作,是气体水合物相关的研究,主要领域就是天然气水合物。
        卢海龙的工作内容,从微观到宏观,从气体分子在水合物笼子中的活动性到天然气水合物的成藏,涉及天然气水合物研究的各个方面,他在这些领域都取得了系列创新性研究成果与独特发现。
        他的工作,因此得到日本以及加拿大政府的肯定。在日本石油公团工作期间,他从事了大量的项目管理工作,是日本第一期国家天然气水合物项目规划的主要设计人员之一。他对日本天然气水合物项目作出的积极贡献,甚至得到了日本媒体的关注,《朝日新闻》就曾专门对此进行报导。在加拿大工作期间,他也曾因天然气水合物研究受到加拿大政府和加拿大自然资源部的嘉奖。
        一位参与评审的专家告诉记者:“卢海龙独特的工作经历,让他积累了关于天然气水合物从野外调查到室内实验的丰富经验。也为他创造性的工作,奠定相当扎实的基础。”

        具备很强的解决资源环境问题和基础地质问题的能力

        翻开卢海龙的简历你会发现,除了培训经历和学术服务外,他参加野外工作的经历可以拉出长长的一串:参与马尔马拉海天然气水合物调查;参加在加拿大阿尔伯塔省卡尔加里的页岩气野外调查;参加在日本海的天然气水合物的调查研究,负责天然气水合物及孔隙水的样品采集和分析;参加在加拿大阿尔伯塔省卡尔加里的页岩气野外调查……
        野外调查与室内实验相结合,使他具备了很强的解决资源环境问题和基础地质问题的能力。
        在他几十年的天然气水合物研究生涯中,不乏世界性的“首次”。例如,建立了针对不同类型天然气水合物的分析方法与程序,并首次发现了多成分天然气水合物的成分分布的不均匀性;首次确认H型天然气水合物在自然界的存在,并搞清了其结构、成分特征和稳定条件;在世界上首次提出“地层流体抽取法”的试开采原理与方法,主持完成了我国海域天然气水合物试采实施方案的技术内容。
    在微观实验研究和理论方法上,他研究出了独特的天然气水合物成藏机理和开发利用的模拟实验方法,并在气体水合物的基础和应用研究上取得重要认识;自主研制天然气水合物模拟实验用压力容器,在理论上弄清了氢分子在水合物笼子中的动力学特性;发展了用微量天平评价天然气水合物抑制剂的有效性和机理方法。
        “这些成果,有力地推动了天然气水合物的理论研究工作。”一位业内人士告诉记者。
        研究是为了应用。在开展理论研究的基础上,他还着重实现转化应用和有效服务。在他先后参加的日本南海海槽、加拿大马利克、日本海天然气水合物的野外调查中,他的理论直接推动了天然气水合物样品的发现,他也成为日本南海海槽天然气水合物样品的首批发现者之一。此外,他还参加了加拿大马利克三角洲天然气水合物生产试验,取得良好生产效果。

        注重人才培养和知识的传递 
        作为急需紧缺高层次人才,卢海龙深知人才的重要性。
        在他的地质生涯中,无论是理论研究还是野外调查,都把人才培养放在重要位置上。在加拿大国家研究院工作期间,他培养了来自多伦多大学、英属哥伦比亚大学、女王大学、渥太华大学和卡尔顿大学的研究生,为两家印度石油公司、美国科罗拉多矿业学院、美国奥本大学、中国地质调查局和中国科学院培训天然气水合物研究人员12名。
        回到国内,他在北京大学组建了一支由地球化学、地质学、地球物理学、微生物学、力学、物理学、油气生产数值模拟等20余位专业人员组成的天然气水合物研究队伍。这支队伍,在开展天然气水合物勘查和开发有关的基础物理、化学性质研究中,正发挥着重要作用。

        将把配合国家天然气水合物专项研究需要放在首位

        卢海龙是中国地质调查局—北京大学天然气水合物重点实验室(国际研究中心)首席科学家。
        这个实验室由中国地质调查局和北京大学共建,目标是面向我国天然气水合物发展战略需求,建立世界领先的天然气水合物实验平台,并力争在天然气水合物基础物性与理论、资源勘查与评价、开发技术与环境效应评价等方面取得突破,为我国天然气水合物勘查与试采工程及商业性开发提供技术与理论支撑。
        一方面,由于长期从事气体水合物相关的勘查与实验研究,对天然气水合物研究的前沿问题,卢海龙有着深刻的认识。另一方面,由于长期与国内天然气水合物研究单位开展深入的交流合作,他对国内天然气水合物研究中迫切需要解决的问题,也有一定程度的了解。兼具这两点,在促进国内天然气水合物理论研究与开发利用工作中,卢海龙正发挥着重要作用。
        在获聘首批“李四光学者”后,卢海龙很感慨:“这是项很大的荣誉,同时也是很大的压力。”压力,体现在今后的工作中。
        卢海龙对今后的工作有这样的设想:“将把配合国家天然气水合物专项(尤其是天然气水合物开发利用)的研究需要放在首位,促进国内天然气水合物的调查与开发利用,并建立团队,对天然气水合物相关的前沿科学问题进行研究。”
        其具体内容包括很多方面。例如,将在认真评估现有生产方法的基础上,开发海域天然气水合物开发利用新方法,为我国首次海域天然气水合物试采的顺利进行而努力;协助完善中国海域天然气水合物调查和评价方法,在调查方法确定后,根据开发需求有针对性地对天然气水合物开展调查。
        此外,卢海龙还将带领他的团队,开展天然气水合物在中国海域成藏特征的研究,研究天然气水合物和深部油气的关系,开展天然气水合物基础物性有关实验研究。
        今后的目标,正如卢海龙的获聘感言一样:“我们要继承李四光先生的开拓精神和科学精神,用创新性的成果,真正将天然气水合物作为一种能源,充分利用起来”。
     

    继承李四光先生的开拓精神和科学精神

    (一)海洋基础地质调查工程

    工程牵头单位:中国地质调查局青岛海洋地质研究所

    工程首席专家:张志珣,研究员,海洋区域地质调查方向

    通讯地址:山东省青岛市市南区福州南路62号,邮编:266071。Email:zsqzzx@sina.com

    主要目标:根据国家海洋强国战略需求,围绕国家海洋资源勘探开发、重大工程建设、环境综合保护、地学关键问题等重点任务,进行我国管辖海域海洋区域地质调查,全面提升我国海域基础地质调查工作程度,缩短与发达国家和陆域地质调查差距,为海洋地质调查提供支撑,维护国家海洋权益,服务地方社会经济发展和海防建设。

    工作任务:开展我国管辖海域1:100万海洋区域地质调查成果总结与集成;开展重点海域1:25万海洋区域地质调查,查明区内海底地形地貌、地球物理场特征,海底沉积物类型、地层结构及其分布规律,地质构造特征,矿产资源类型和分布状况等基础地质信息,编制满足国家需求、达到国际先进水平的基础性、实用性地质地球物理图件。

    工作部署:2016-2018年,工程下设东部海域1:100万海洋区域地质调查成果集成与应用研究,南部海域1:100万海洋区域地质调查成果集成与应用研究,1:25万锦西、日照、霞浦县、厦门、乐东和三沙市等图幅海洋区域地质调查,海南岛及周边航空物探调查等7个二级项目。

    (二)海域油气资源调查工程

    工程牵头单位:中国地质调查局广州海洋地质调查局

       

    工程首席专家张光学,教授级高工,海域石油天然气、天然气水合物资源调查研究方向

    通讯地址:广州市环市东路477号,邮编:510075。Email:zhguangxue@gmgs.cn

    主要目标:以“摸清资源家底、实现油气突破、引领商业勘探、服务矿政管理”为目标,通过“产、学、研”结合,广泛应用先进的油气地质学理论和勘查新技术方法,在勘探难度大、尚未有商业性发现的重点海域实现海域新层位、新地区的油气发现或突破,提交具有大中型油气田形成条件的勘探后备基地,形成具有自主知识产权的海域油气资源调查和评价技术体系,为国家宏观能源政策的制定提供资源依据,支撑国土资源部矿政管理工作,引领商业勘探,形成海域油气资源公益性地质调查与商业性勘探开发的有机衔接,促进海域油气资源勘查开发活动的良性发展,维护国家海洋主权和资源权益。

    工作任务:在南黄海、东海、南海等重点海域,实施以海洋地质、地球物理、地球化学技术手段为主的油气资源战略调查、重点目标钻探,查明油气资源分布状况,评价油气资源潜力,动态编制我国海域油气勘探开发形势图,开展南黄海崂山隆起和勿南沙隆起古生界页岩气、东海陆架煤层气和深盆气等非常规油气资源前景评价。

    工作部署:2016-2018年,工程下设南黄海油气资源调查、南海北部及台湾海峡油气资源调查等4个二级项目。

    (三)海岸带综合地质调查工程

    工程牵头单位:中国地质调查局青岛海洋地质研究所

    工程首席专家:张训华,研究员,海洋地质调查研究方向

    通讯地址:山东省青岛市市南区福州南路62号,邮编:266071。E-mail:xunhuazh@vip.sina.com

    主要目标:根据国家生态文明建设需求,围绕国家沿海经济区发展规划、重大工程建设、生态环境保护、减灾防灾和资源开发利用等重点任务,全面评价重点海岸带地区资源环境承载力,破解制约海岸带建设发展的重大地质问题,大幅度提升成果服务能力和地质灾害预警应急管理能力,为区域规划、城市规划、土地利用和海域使用提供科学依据,切实增强地质工作在国家海岸带发展战略实施中的基础支撑作用。   

    工作任务:按照“海陆统筹”原则,开展环渤海、长三角、泛珠三角等重要经济区海岸带综合地质调查,主要开展我国海岸带基础地质、环境地质、工程地质、矿产资源等综合调查与评价,查明海岸带地质环境条件、矿产资源赋存状况和主要环境地质问题,评价海岸带国土空间开发利用的资源环境承载力和适宜性,构建海岸带地质环境监测预警体系。

    工作部署:2016-2018年,工程下设渤海湾西部、长江口、北部湾等重点海岸带综合地质调查,海岸带和大陆架地质演化调查与评价,山东半岛海岸带矿产资源综合调查与潜力评价,渤海海峡、台湾海峡、琼州海峡等海域地应力观测与地壳稳定性评价,渤海海岸带航空物探遥感调查及应用,江苏沿岸滩涂区综合地球物理调查(试点)等7个二级项目。

    (四)数字海洋地质工程

    工程牵头单位:中国地质调查局青岛海洋地质研究所

    工程首席专家魏合龙,研究员,海洋地质信息化建设相关基础工作与研究方向

    通讯地址:山东省青岛市市南区福州南路62号,邮编:266071。E-mail:xunhuazh@vip.sina.com

    主要目标:根据国家海洋可持续发展战略需求,以海洋地质信息共享和应用需求为驱动,围绕开发海洋资源、保护海洋环境等重点工作迫切需要,建立海洋地质信息共享机制,实现海洋地质信息在海岸带环境保护、灾害防治、资源开发、经济发展、重大工程建设等多方位服务。

    工作任务:利用海洋地质调查实测数据,开展海洋地质调查数据库建设,建立标准统一的海洋地质信息资源体系;建设国家海洋地质信息中心,建立国家海洋地质信息共享平台和机制,形成海量的海洋地质数据和社会型、服务型海洋地质信息服务格局。

    工作部署:2016-2018年,工程下设海洋地质数据库建设、国家海洋地质信息服务体系建设、海洋地质调查工作部署研究、天然气水合物资源数据库建设等4个二级项目。

    (五) 海域天然气水合物资源勘查工程 

    工程牵头单位:中国地质调查局广州海洋地质调查局

     

    工程首席专家:杨胜雄,教授级高工,海洋天然气水合物、大洋矿产资源调查与研究方向

    通讯地址:广州市环市东路477号,邮编:510075。E-mail: yangshengxiong@hydz.cn

    主要目标:通过对我国管辖海域及我国管辖外海域进行天然气水合物资源勘查,掌握资源家底,锁定2-3个天然气水合物富集区,优选试采目标,为试采工程决策和实施提供基础支持,提供一批具有开发前景的天然气水合物资源战略储备区,促进国家能源战略目标的实现。建立自主的海域天然气水合物勘查评价体系,创新并丰富天然气水合物成藏地质理论和环境影响效应评价理论。

    工作任务:围绕新区发现和试采目标区锁定,有重点、分层次进行我国管辖海域和管辖外海域天然气水合物资源勘查,全面评价资源潜力。对于具有较好工作基础并已发现天然气水合物的海区,进一步开展地质、地球物理、地球化学、钻探的综合勘查与评价,锁定天然气水合物富集区并精细刻画其分布状态,评价其资源潜力直至地质储量,为天然气水合物试开采乃至商业化开发提供地质依据。对于尚属调查空白的区域,采用地质、地球物理、地球化学等先进的探测技术,探查与天然气水合物有关的各种异常标志,圈定找矿靶区,力争通过新技术应用,实现找矿突破。同时,开展天然气水合物资源环境效应调查评价、基础理论研究、勘查技术研发、实验室模拟等,及时攻克勘查过程中急待解决的重要理论和技术问题,指导勘查部署,提髙勘查技术及理论水平。

    工作部署:工程下设南海天然气水合物资源勘查、海域天然气水合物取样新技术应用、环太平洋海域及两极地区天然气水合物资源探查、天然气水合物测试技术与模拟实验、南海天然气水合物环境效应调查评价等8个二级项目。

    (六)海域天然气水合物资源试采工程

    工程牵头单位:中国地质调查局青岛海洋地质研究所

    工程首席专家:吴能友,研究员,海洋地质、石油天然气和天然气水合物资源调查方向

    通讯地址:山东省青岛市市南区福州南路62号,邮编:266071。E-mail: wuny@ms.giec.ac.cn

    主要目标:综合分析国外先进技术,借鉴常规油气开发技术和经验,建立海域天然气水合物试采技术方法体系,突破海上施工关键技术与装备建造,成功实施海上试开采工程,形成适合我国海域天然气水合物成藏特点的开采技术方法体系,为天然气水合物商业化开发利用积累技术和经验,促进天然气水合物产业化进程。

    工作任务:针对海域天然气水合物的物性、储藏特点,从储存条件、基础物性、开采技术等方面入手,开展室内实验模拟研宄,形成一系列新的试开采技术方法,确定试开采实施方案;研发试开采工程设计、建造、安装和调试,以及过程安全监控等关键技术和装备,进行钻探设备、试采设备海上安装及联合调试,在优选出天然气水合物富集区实施试开采工程,综合评价试开采的技术、经济指标和环境影响。

    工作部署:2016-2018年,工程下设海域天然气水合物资源试采工程准备、海域天然气水合物试采现场测试、海域天然气水合物资源试采工程实施等3个二级项目。

    (七)陆域天然气水合物资源勘查与试采工程   

        工程牵头单位:中国地质调查局油气资源调查中心

    工程首席专家祝有海,研究员,陆域天然气水合物勘查、试采与潜力评价研究方向

    通讯地址:北京市朝阳区安外小关东里10号院东小楼中国地质调查局油气资源调查中心。邮编:100029;E-mail:zyh@mx.cei.gov.cn

    主要目标:围绕保障国家能源安全和推动能源结构调整的重大需求,尽快实现我国陆域天然气水合物找矿新发现,评价其资源潜力,初步摸清资源家底。探索建立陆域天然气水合物成矿理论、找矿预测技术、勘查技术和资源评价技术。建设陆域天然气水合物现场实验室、野外长期观测试验基地等实验平台。

    工作任务:根据我国多年冻土区分布特点及其地质条件,遵循“整体部署、分步实施、突出重点、综合勘查、统一评价”的总体原则,按照“深耕祁连山、突破青南藏北、探索东北”的部署思路,在我国青藏高原、东北等多年冻土区开展地质、地球物理、地球化学、遥感和钻探等多手段综合调查,实现陆域天然气水合物找矿新突破,力争发现新产地1〜2个,圈定成矿有利区带3〜4个,初步摸清资源家底;完善和研发天然气水合物试开采技术、工艺和关键设备,实施2次不同方法的冻土区水合物试采工程,为商业性开发奠定基础;开展陆域天然气水合物成矿理论、勘查技术、资源评价与环境效应等研宄工作,全面提升研宄水平,初步形成一套适合我国陆域天然气水合物勘查与开发的理论与技术方法体系。

    工作部署:2016-2018年,工程下设青南藏北冻土区天然气水合物调查、祁连山冻土区天然气水合物调查、陆域冻土区天然气水合物勘查技术方法集成、陆域冻土区天然气水合物钻采技术方法集成、陆域天然气水合物资源潜力评价等4个二级项目。

    工作部署

    近日,由自然资源部中国地质调查局组织实施、广州海洋地质调查局牵头承担,中国地质科学院勘探技术研究所、北京探矿工程研究所等单位共同参与的“深海钻探技术与工程支撑”项目搭载“海洋地质十号”船成功完成首次海试,标志着我国海洋科学钻探成功迈出了坚实一步。

    该项目旨在研发海洋科学钻探新技术和新工艺,研制国产钻探船配套钻探工艺和器具,为我国自主实施海洋科学深钻提供技术支持和储备。项目自2019年实施以来,已完成9套钻探器具样机及3种不同类型取心钻头研发,优选出3批高温钻井材料,开展了一系列陆地试验和室内实验。本次海试搭载“海洋地质十号”船完成,历时12天。共完成多功能取心钻具、钻进方法快速切换、重入锥安放、随钻扩孔下套管、钻具无导引重入钻孔及打捞回收重入锥等8项试验内容。

    本次海试,在四项工艺技术方面取得了突破,属于自主研发技术在国内的首次应用:

    一、无导引重入钻孔工艺。结合水下信标、水下电视和重入锥技术,实现无导引条件的钻具重入钻孔。与国内现有的重入钻孔方法相比,无导引重入钻孔方法具有效率高、成本低、风险小和适用水深范围大的优点。

    二、随钻扩孔下套管工艺。采用套管下扩孔钻进和套管送入技术,实现安放重入锥、表层井段钻进和表层套管下入一次性完成,简化了海上钻探施工程序,显著降低了施工时间、成本和风险。

    三、钻进方法快速切换技术。在不提钻条件下实现取心钻进和全面钻进方法的快速切换,可减少起下钻次数,节省施工时间和成本。

    四、牙轮绳索取心钻进技术。牙轮绳索取心钻进是国际大洋钻探的主要钻进方法,是海上硬岩钻进的必要手段之一,此次海试是该技术在国内首次应用。

    本次海试是对我国自主研发海洋科学钻探施工工艺和器具的首次海试,突破了重入锥及套管系统安全布放及应急打捞回收技术,保证了复杂地层钻进施工安全,多项工艺技术填补了国内空白,为我国自主实施大洋钻探奠定了坚实基础。 

    “海洋地质十号”试验现场

      

    取心钻进试验获取沉积物岩心样品

      

    防震水下电视下水

      

    重入锥

    “深海钻探技术与工程支撑”项目首次综合海试取得成...

    日前,自然资源部天然气水合物重点实验室在水合物开采模拟相关研究领域取得重要进展,自主研发的“一种天然气水合物钻采工艺室内实验模拟方法”等八8项专利技术获得国家知识产权局批复。上述专利技术涉及天然气水合物开采室内仿真模拟、天然气水合物开采出砂管控、水合物全尺寸仿真井模拟及水合物基础研究等领域。

    其中,“一种天然气水合物钻采工艺室内实验模拟方法(ZL 2016 1 0169792.4)”公开了一种基于大尺寸全三维天然气水合物开采仿真系统的水合物开采过程监测、模拟新方法,该仿真系统是目前国内容积最大的天然气水合物仿真模拟装备,是目前国际上唯一一套可以模拟水合物储层钻采全过程及储层响应特征的模拟装备,目前该装置已经投入使用,为完成调查研究项目任务发挥了重要作用。

    “海洋天然气水合物分解区砂粒微观运移过程室内试验方法及装置(ZL 2016 1 0871343.4)”、“含水合物沉积物出砂-力学参数耦合过程模拟装置及方法(ZL 2017 1 0261562.5)”、“含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜及其测试方法(ZL 2017 1 0261572.9)”、“水合物开采井管内砾石充填仿真系统(ZL 2017 2 1643378.9)”等4项专利技术是针对海洋天然气水合物开采过程中出砂过程参数测试、出砂对储层力学稳定性影响评价及井底出砂控制提出的具体解决方案,是天然气水合物开采出砂管理体系的有机组成部分。

    “海洋天然气水合物生产井井筒携砂规律仿真系统(ZL 2017 2 1642611.1)”、“现场尺度水合物开采井井筒流动安全保障模拟实验系统(ZL 2017 2 1641078.7)”等2项专利技术则是针对水合物开采井筒中水-气-泥砂-水合物组成的多相多组分流动过程提出了全尺寸的模拟方案,是目前在建的天然气水合物试采仿真井的关键核心技术之一,该技术将为后期多类型水合物开采过程模拟提供支撑。

    泥质粉砂水合物形成过程中孔隙水的赋存状态、分解过程中残余孔隙水饱和度的测定一直是困扰泥质粉砂水合物成藏机理、开采规律模拟的重要难题之一,“水合物专用低场核磁共振多探头定量测试系统(ZL 2017 2 1636975.9)” 采用多探头联用的方式实现了含水合物沉积物低场核磁共振测量信号定量标定与含水合物沉积物孔隙尺度行为测量分析一体化,用于定量分析水合物合成与分解过程中含水合物沉积物孔隙半径分布曲线的演化规律,方便了含水合物沉积物孔隙尺度行为特征研究,为含水合物沉积物基础物性参数变化微观机制探讨奠定了技术基础。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    自然资源部天然气水合物重点实验室新增一批专利技术