南海深處的冰與火

原標題:南海深處的冰與火

海上鑽井平台「藍鯨1號」。廣海局供圖

二○○七年 廣海局總工程師、海洋地質學家楊勝雄點燃天然氣水合物釋放的氣體。廣海局供圖

二○一五年 在珠江口盆地西部海域「海馬冷泉」成功採獲大量淺表層可燃冰實物樣品。廣海局供圖

二○一七年5月18日，試采現場工作人員慶祝可燃冰試采成功。朱 夏 攝

5月18日，天高海闊，在南海北部神狐海域，海上鑽井平台「藍鯨1號」長長的燃燒臂上，可燃冰釋放出的天然氣熊熊燃燒。從5月10日開始，首次進行的天然氣水合物（可燃冰）礦藏試開採，以平均日產超過1.6萬立方米，最高日產3.5萬立方米的產量，至5月18日上午10時，已穩定生產7天19個小時。

當天上午10時許，國土資源部部長姜大明宣布：「首次海域天然氣水合物試采成功！」

這是新能源勘探開發的一次歷史性突破。由此，打開了又一扇新能源大門，開啟了世界新能源勘探開發新紀元。

隱痛：巨量新能源沉睡海底

天然氣水合物分佈於深海沉積物或陸域永久凍土中，是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀化合物。因其外觀似冰，且遇火燃燒，又被人稱為可燃冰。

可燃冰具有巨大的經濟價值。1立方米可燃冰可以分解出160～170立方米的天然氣，其燃燒後分解為二氧化碳和水，被譽為清潔能源。其儲量豐富，全球儲量約是當前已探明的所有化石能源包括煤、石油、天然氣中碳含量綜合的2倍。據研究，97%的可燃冰資源分佈於海洋。目前，全球已發現的可燃冰分布區超過110多處。據科學家們估計，可燃冰的儲量至少夠人類使用1000年。因而，各國都將其視為石油天然氣的替代能源。自上世紀中葉起，美國、日本、加拿大等國先後投入巨資，開展了海域可燃冰資源的調查評價，並在上世紀八九十年代獲取了海域可燃冰的實物樣品。

「可燃冰資源一樣豐富。」國土資源部黨組成員、地質調查局局長鍾自然說，「除陸地凍土區外，經過近20年的勘查，南海可燃冰地質資源量約為800億噸油當量。」這意味著，如果全部開採出來，可穩定供應消費200年。

然而，對於人類而言，可燃冰卻似「水中月、鏡中花」。一是其賦存於尚未石化的海底砂層中，賦存空間猶如用砂構築的蜂巢，開採時可燃冰分解為天然氣和水后，「蜂巢壁」極可能坍塌並被帶走，進而堵塞採氣管道。二是只要溫度、壓力條件一變，可燃冰即揮發成氣體進入大氣，瞬間變成環境殺手。因開採難度極大，其在海域被發現至今的幾十年間，開採一直無重大進展。美國、加拿大在陸地上進行過試采，但效果不理想。日本在2013年開展的首次海上試開採工作，因出砂等技術問題而失敗。2017年4月，日本進行了第二次試采，累計採氣近3.5萬立方米，5月15日因出砂問題中止。

的試采技術研究儲備始於2011年。「南海天然氣水合物試採區，與日本試採區比較，具有儲層水深大、埋藏淺、滲透性差、飽和度低、儲層粒度更細、水合物類型更複雜等特點。僅儲層類型而言，日本試採區為細砂質類型，南海為泥質粉砂質類型。目前，國際上試采儲層類型的一般為砂礫型，簡而言之，就整體開採難度而言，較日本更高，目前沒有開採經驗可循。」在試采平台，地質調查局副總工程師、廣州海洋地質調查局局長、試采現場指揮部總指揮葉建良說，「砂細導致滲透率更低，同時的可燃冰試採區水深更大，儲層埋藏淺，開採施工難度更大。」

一邊是能源特別是油氣資源對外依存度居高不下，一邊是巨量的新能源沉睡海底。這一現實，也成為人，尤其是地質人心中的一大隱痛。

導向：國家需求壓出角色轉換

可喜的是，新地質人早已形成以國家需求為導向的傳統。更可喜的是，地質人能將滿足國家需求變成工作動力。

20世紀80年代中期，當經濟發展速度進入快車道，常規油氣資源供需矛盾越來越大時，地質人開始關注到國際上可燃冰有關報道和研究成果。

1995年，在大洋協會、原地質礦產部和國家科委的支持下，地科院礦產資源研究所曾先後在南海和太平洋國際海底開展了可燃冰的前期調研。

1999年，地質調查局成立后，可燃冰研究進入到加速發展階段。同年，廣州海洋地質調查局在南海北部西沙海域開展了可燃冰前期調查，發現了其存在的重要地震標誌——似海底反射（BSR），第一次在海域找到了可燃冰的蹤影，引起國家高度重視。

可燃冰實質性調查與研究就此展開。隨後，廣州海洋地質調查局（以下簡稱廣海局）擴大調查範圍和戰果，在南海北部多處海區發現了可燃冰蹤跡。

2002年，國家批准設立專項，在海域開展可燃冰綜合調查與評價工作。以廣海局為主力，並廣泛吸收高等院校、科研院所、國家石油公司等參與，發現了南海北部可燃冰賦存的大量的地質、地球物理、地球化學及生物等異常標誌，初步圈定出可燃冰資源遠景最有利的重點目標區，並在國家科技計劃等給予支持，持續開展了探測關鍵技術等研究。同時，地質調查局在青島海洋地質研究所建成了可燃冰模擬重點實驗室，並人工合成可燃冰。

2007年，在地質調查局的組織下，廣海局聯合國內外先進調查勘探力量，在南海北部神狐海域實施了首次可燃冰鑽探，成功獲取實物樣品，成為繼美國、日本、印度之後第四個通過國家計劃在海底鑽獲可燃冰實物樣品的國家。

為儘早開發利用可燃冰，2011年，以加快南海北部水合物資源遠景區勘查評價、選擇重點靶區實施水合物試驗性開採為目標的可燃冰勘查與試采專項工作啟動，可燃冰調查進入了全新階段。

在開展分層次多學科綜合性勘查評價后，新的鑽探靶區被確定在了珠江口盆地東部海域。2013年，廣海局組織實施了珠江口盆地東部海域可燃冰鑽探航次，鑽獲獲取到大量層狀、塊狀、脈狀及分散裝等多種類型可燃冰樣品，並發現超千億方級可燃冰大型礦藏。2015年，廣海局通過調查，在珠江口盆地西部海域首次發現大型活動冷泉——「海馬冷泉」，並成功採獲大量淺表層可燃冰實物樣品。同年，再次在神狐海域組織實施鑽探並取得重大發現——鑽探區天然氣控制資源量超過1500億立方米，為特大型可燃冰礦藏，為本次試采提供了重要參考靶區。

為加速可燃冰勘查開發進程，2016年，地質調查局明確由廣海局作為可燃冰試采工程項目承擔單位，在廣海局成立試開採現場指揮部，葉建良擔任總指揮，青島海洋地質所所長吳能友擔任副總指揮，並在廣海局成立了可燃冰工程技術中心，創新研發了試采關鍵技術和裝備體系，鎖定全球最先進的超深水雙鑽塔半潛式鑽井作業平台，完成了試采工程實施方案和長線物質相關服務準備。同時，在試采經費尚未落實的情況下，廣海洋局抽調近50人組織開展了試采攻關，以強力推進試采科技攻關。

2017年，地質調查局將可燃冰試開採列入重中之重工作「1號工程」，並明確了獲得日產萬方天然氣、持續試采一周，獲取完整有效科學數據科學目標，以及確保試采安全、環保、順利等可燃冰試采工程目標。石油天然氣集團公司、北京大學等相關單位人員組成試開採團隊，創新制定了科學的技術方案。

可燃冰成功試采一直是葉建良心中的夢想。2003年，葉建良獲得地質工程博士學位，博士論文即是以可燃冰為題，此後，他組織編寫了可燃冰專著，積極推動陸域可燃冰的發現等。2016年，他出任廣海局局長，成為了地質調查局可燃冰試採的最優專家人選，並一直堅守在平台上，全身心投入到試采工作中。今年3月14日，平台「藍鯨1號」抵達試采目標區——南海神狐海域；3月28日，海域首次天然氣水合物試開採正式開鑽。5月10日上午，葉建良一聲令下，降壓工作正式開始，14點52分，排氣管一次點火成功。至5月18日10時，已連續產氣7天19小時，最高產量3.5萬立方米/天，平均日產超1.6萬立方米，累計產氣超12萬立方米，天然氣產量穩定，甲烷含量最高達99.5%，實現了預定目標。

壓力就是動力，動力催生成果。經過近20年的不懈努力，取得了天然氣水合物勘查開發理論、技術、工程、裝備的自主創新，實現了歷史性的跨越，成為人民勇攀世界科技高峰的又一標誌性成就。

突破：對人類的一大貢獻

經過幾十年的研究，國際上公認的海域可燃冰開採主要有三種方案，即熱解、置換和降壓。其中，熱解和置換兩種方法因成本高昂而不具經濟可行性，降壓法成為人類利用可燃冰的最有前景的一道可通之門。

在無成功先例、無成熟團隊、無成熟平台、無成熟工藝的情況下，試開採團隊以南海神狐海域水深1266米海底以下203米～277米的可燃冰礦藏為試採區，超額實現了試采目標。這次成功試采，既是首次也是世界首次對此類可燃冰的成功試采。

「試采成功是天然氣水合物開發利用重大突破，標誌著在這一領域實現了歷史性跨越。」鍾自然在給予了高度評價的同時，對試采成功的貢獻進行了高度概括：實現了可燃冰勘探開發理論、全流程試采核心技術和開採環境安全防控三大重大突破。

在可燃冰勘探開發理論上，試采工程實施項目負責人、現場指揮部辦公室副主任、廣海局水合物室主任陸敬安說，在多年調查研究的基礎上，建立了可燃冰「兩期三型」成礦理論，指導發現了兩個超千億方級礦藏，並精準鎖定了試采目標；創建了可燃冰成藏系統理論等。這些指導了試采實施方案的科學制定，並在此次試采中得到了證實。

在可燃冰全流程試采核心技術上，現場指揮部辦公室副主任、地調局基礎部主任助理、廣海局局長助理謝文衛介紹說，已形成了國際領先的新型試采工藝，首創「地層流體抽取」新型試采方法，實現了小幅降壓取得產能增加的突破；掌握了鑽完井核心技術，研發特殊的平衡鑽井、井口穩定性增強等技術，構建了深水淺層鑽完井技術體系等。

在試采環境安全防控上，地質調查局基礎部副主任、廣海局局長助理、現場指揮部辦公室主任邱海峻說，通過試采，已建立了可燃冰環境效應評價技術方法，全面調查獲得試采前環境本底數據；構建大氣、海水、海底、井下「四位一體」的立體環境監測網，實現了對溫度、壓力、甲烷濃度及海底穩定性參數實時監測及安全預警；綜合評價結果顯示，試采未對周邊大氣和海洋環境造成影響。

國家千人計劃學者、北京大學盧海龍教授介紹說，本次南海神狐海域試採的可燃冰儲層類型為泥質粉砂型，具有特低孔隙度、特低滲透率等特點，開採難度極大。但該類型在全球分佈最為廣泛，資源量在全球佔比超過90%。首次成功試采，為可燃冰廣泛開發利用提供了技術儲備，奠定了堅實基礎。

對此，地質調查局副局長李金髮說得更為直接：「這有可能是繼美國引領頁岩氣革命之後，由引領的可燃冰革命，標誌著人類已經找到魚和熊掌兼得的可燃冰開採之路。」

特色：模式魅力再顯

「試采成功，帶有鮮明的特色。」試采平台上，葉建良感慨地說，特色體現在，一是發揮了社會主義制度可以集中力量辦大事的政治優勢，二是參研單位積極實施創新驅動發展戰略。

自開展可燃冰的系統研究后，國家先後實施可燃冰調查與評價，以及勘查與試采兩個國家專項。專項實施過程中，國家多個部委提供了政策、資金等各種強力支持，國土資源部、地質調查局舉全系統之力，整合形成了集地質調查、科研、裝備研發和油氣生產單位緊密配合、集中攻關的模式，從而使在較短時間內，完成了可燃冰成礦理論、預測、調查評價到勘查試開採全流程理論和方法技術體系的建立。

廣海局作為國家水合物專項，以及試采工程實施項目的主要承擔單位，初步形成了海域天然氣水合物綜合探測技術體系，並首次建立起南海天然氣水合物基礎研究系統理論，為南海天然氣水合物資源調查實現重大突破以及試采成功提供了重要的理論和技術支撐。

地質調查局青島海洋地質研究所已建成了可燃冰綜合實驗室，為試采提供了準確的物化參數等技術支持。

這次試采，整合了地調局系統內的這兩家海洋地質調查單位，並聯合系統內勘探技術所、油氣調查中心、水環中心、探礦工程所和測試中心等直屬單位優勢專業力量，構建起以地質調查局為核心層，以中石油、北京大學為緊密層，以其他科研院所和第三方服務商為協作層，創新制定了科學的技術路線和詳細的試采工程實施方案，優化形成了四種防砂方案和兩種人工舉升方式，選定全球最先進的第七代半潛式鑽井平台，連續奮戰18個月，終於實現海域可燃冰試開採成功。

未來：產業化任重道遠

5月17日晚，前來參加試采現場會的中石油海洋公司總經理劉聖志、「藍鯨1號」製造商中集集團公司副總裁於亞興奮異常。

「商業化開採的礦區準備好了嗎？什麼時候組織區塊招拍掛？」一見面，劉聖志就向廣州海洋局副局長秦緒文拋出了自己的問題。

而於亞則向同事說出了今後的打算：「會後要根據這次試采形成的相關參數，組織人員進行自主設計的研究工作，形成完全自主知識產權的適合海域可燃冰賦存特點的鑽井平台。」

原來，「藍鯨1號」本是外國一家公司支付訂金的海洋石油鑽井平台，無奈在其建造快完成時遭遇全球油價大跌。於是，平時推崇契約精神的外國公司撕毀了當初合同，訂金、平台都不要了。在這種情況下，中集集團公司決定以砸在手裡的鑽井平台為基礎，聯手中石油海洋公司組建專門的海洋油氣鑽探施工隊伍。雙方意向剛一達成，就遇上了首次海域可燃冰試采工作。

相對兩位市場人士的熱情，秦緒文冷靜表示，試采雖然成功，但仍面臨許多難題需要攻克，市場化之路還有很多坎要過。

「美國頁岩氣革命從成功到商業化開發利用，前後走了20多年時間。」秦緒文說，可燃冰專用鑽井平台的研製一定要儘快進行，「『大馬拉小車』的情況結束得越早越好。這樣，我們就可以在相同投入的情況下，進行對更多海域不同儲層可燃冰的試采，為商業化開發積累更多的經驗。」

據了解，本次試采工作確定要施工3口開採井和1口監測井，將分別根據海域和儲層情況，制定不同的方案、採用不同的工藝和裝備，以進一步豐富、完善海域可燃冰開採理論和方法技術體系。

「一口井到底降壓範圍有多大？海底井口封堵裝備是不是適應所有海域等，都需要我們今後不斷試驗才能得出結論。」對此，謝文衛解釋說。

清醒認識的結果，是地質調查局在試采成功后，立即理出了今後工作的思路：加大區域勘查力度，摸清資源家底。提高南海北部可燃冰資源潛力，拓展找礦空間；深化開採技術研發，鞏固領跑優勢。優化完善泥質粉砂儲層試采技術工藝，促進產業化進程，開展多種類型可燃冰試采，加快建立適合資源特點的開發利用技術體系；加強科技平台建設，提升創新能力。創建可燃冰國家重點實驗室，深化基礎理論研究，建設可燃冰國家工程技術中心，增強關鍵技術自主研發和成果轉化能力，全面提升可燃冰勘探開發和深海科技創新能力。

路漫漫其修遠兮。保障國家能源安全，向地球深部進軍，地質人仍在路上……