揭秘我国领跑“可燃冰”勘探开发之路

　　这注定是一个值得历史铭记的时刻。

　　5月18日上午10时，国土资源部部长姜大明在南海神狐海域蓝鲸1号钻井平台正式宣布——我国南海神狐海域天然气水合物试采成功。

　　自此，我国海域天然气水合物试采实现了连续8天稳定产气，平均日产超过1.6万立方米，累计产气超12万立方米，实现了预定目标。

　　这意味着我国海域天然气水合物试开采取得了历史性突破，抢占了天然气水合物理论和技术的制高点。中共中央国务院发电祝贺海域天然气水合物试采成功。

　　中国地质调查局局长钟自然给予高度评价：这次试采成功是我国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，为实现天然气水合物商业性开发利用提供了技术储备，积累了宝贵经验，打破了我国在能源勘查开发领域长期“跟跑”的局面，取得了理论、技术、工程和装备的完全自主创新，实现了在这一领域由“跟跑”到“领跑”的历史性跨越，对保障国家能源安全、推动绿色发展、建设海洋强国具有重要而深远的影响。　　

　　起步较晚，惟有不停地追赶

　　天然气水合物是由水与气体分子(以甲烷为主)在低温高压及气体浓度大于其溶解度条件下形成的似冰状结晶化合物，主要存在于海底地层中或陆地冻土带内。纯净的天然气水合物外观呈白色，形似冰雪，可以像固体酒精一样直接点燃，因此，被通俗、形象地称为“可燃冰”。

　　可以说，从1810年英国科学家在实验室首次发现天然气水合物后，人类就没有停止过对它的研究和探索。

　　我国天然气水合物室内研究及海上和陆地调查方面起步较晚，20世纪90年初才开始关注国外有关的报道和研究成果。

　　1995年，在中国大洋协会、原地质矿产部和国家科委的支持下，中国地质科学院矿产资源研究所曾先后在南海和太平洋国际海底开展了天然气水合物的调查研究工作，并发现了一系列与天然气水合物有关的地球化学和自生矿物异常标志。

　　但不可否认的是，当时我国在这一领域已落后很远。1999年，中国地质调查局广州海洋地质调查局在积极跟踪国际天然气水合物研究进展时发现，彼时，美、加、日等国已完成天然气水合物理论研究，甚至已经拿到了天然气水合物的实物样品。反观我国，还处于情报调研、前期研究和室内合成研究阶段。

　　也是在这一年，广海局在南海北部西沙海域开展了天然气水合物前期调查，发现了存在天然气水合物的重要地震标志——似海底反射面(BSR)。这一重大发现反馈到国土资源部、中国地质调查局后，引起国家高度重视。2002年，以广州海洋局为主，广泛吸收高等院校、科研院所、国家石油公司等参与的国家专项正式实施。

　　自此，在以往工作几近空白的情况下，每年近百人一次又一次走进南海深水海域，共开展地质、地球物理、地球化学等多学科综合调查航次60多个，发现了大量的天然气水合物赋存的地质、地球物理、地球化学及生物等异常标志，通过综合研究分析，得出了南海北部天然气水合物资源潜力巨大的结论，并圈定出找矿突破有利靶区。

　　2007年，在中国地质调查局的组织下，广州海洋局联合国内外先进调查勘探力量，在南海北部神狐海域实施了我国首次天然气水合物钻探工程，并成功获取天然气水合物实物样品，发现了矿层厚度大、饱和度高、甲烷含量高的分散型天然气水合物矿藏。

　　这一重大突破，在我国天然气水合物开发利用征程上，竖起了第一块里程碑。在验证我国调查评价方法技术可行、可靠的同时，也使我国成为继美国、日本、印度之后第四个在海底钻获天然气水合物实物样品的国家。

　　2008年11月，我国在青藏高原祁连山脉木里地区永久冻土带钻获了天然气水合物实物样品。这一发现突破了陆域天然气水合物只生存于两极地区永久冻土带(俄、加、美等国的陆域水合物即属于此)的认识，首次在中纬度地区的高海拔冻土带找到了天然气水合物，具有较大的战略及科学研究意义，也为陆域天然气水合物资源的勘查开发与环境研究开启了新的篇章。

　　2011年，以加快南海北部水合物资源远景区勘查评价、选择重点靶区实施水合物试验性开采为目标的水合物钻探专项启动。围绕这一目标，广州海洋局继续采用开放式研究的路线，在开展分层次多学科综合性勘查评价后，将钻探靶区定在了珠江口盆地东部海域，力图通过钻探工程的实施，为我国水合物试开采准备出一块矿区。

　　2013年，根据中国地质调查局统一部署，广州海洋局在珠江口盆地东部海域钻获多种类型水合物样品，首次发现超千亿方级矿藏。

　　好消息不断传来，2015年在珠江口盆地西部海域首次发现大型活动冷泉——“海马冷泉”，并成功采获水合物样品。

　　2015年在神狐海域，我国再次钻探发现超千亿方级水合物矿藏。钻探区天然气控制资源量超过1500亿立方米。矿藏具有分布广、厚度大、饱和度高的特点，为未来水合物试采提供了重要参考靶区。

　　蓝鲸1号钻井平台

　　科技引领，创新才会有收获

　　2014年1月14日，在广州举行的南海天然气水合物钻探工程验收会现场，一块刚从液氮瓶中取出的“可燃冰”，吸引了现场所有人的目光。

　　这块“可燃冰”的出现表明：在海域天然气水合物调查、评价和勘查中，我国已经进入“第一集团”，在某些技术上甚至成为领跑者。但从某种程度而言，此时我国天然气水合物整体水平同世界先进水平相比仍处于“并跑”阶段。

　　天然气水合物勘查与试开采工作，既是世界高度关注的热点，也是当今科学技术的制高点，特别是天然气水合物试开采，可以说是世界主要国家激烈竞争的科技皇冠。世界上很多国家都相继投入巨资进行可燃冰的调查研究和评价工作。如美国、日本、德国、印度、加拿大、韩国等都制定了各自的水合物研究开发计划，正在加紧调查、开发和利用研究， 日本、加拿大等国都在加紧对这种未来能源进行试开采尝试，但都因种种原因未能实现或未达到连续产气的预定目标。

　　我国政府高度重视天然气水合物资源勘查与开发，先后通过实施“118”和“127”两个国家专项，开展了我国海陆域天然气水合物勘查与试开采工作，积累了海量的调查数据，初步形成了海陆域勘查技术方法体系，不断丰富和完善了海陆域水合物成藏地质理论。特别是在南海北部陆坡，先后实施了多次水合物钻探取芯，获取了多类型的天然气水合物岩芯样品，不断实现水合物勘查工作新突破。

　　中国地质调查局广州海洋地质调查局是我国开展海域天然气水合物资源调查与评价、水合物地质理论研究和勘查技术研发工作的中坚力量，具有厚实的工作基础，并取得了丰硕成果。广州海洋地质调查局为“118”和“127”国家水合物专项的主要承担单位。广州海洋地质调查局初步形成了我国海域天然气水合物综合探测技术体系，并首次建立起我国南海天然气水合物基础研究系统理论，为南海天然气水合物资源调查实现重大突破提供了引领和支撑作用。

　　青岛海洋地质研究所是隶属于国土资源部中国地质调查局的海洋地质专业调查研究机构，主要承担国家基础性、公益性的海洋地质调查研究和战略性矿产资源调查研究。为了准备海域天然气水合物资源试采，该所与广州海洋地质调查局、北京大学、中科院能源所、中石油海洋工程公司等十余家单位和企业，形成了近百人的科研团队，协同作战，深入研究，在世界上首次提出了针对我国海域特点的天然气水合物试采新方法——地层液体抽取法。在防砂、人工举升等方面，形成了具有自主知识产权的技术。同时，通过技术研发与创新，共研制具有自主产权的实验设备和装置10余台套，建立了较为系统的天然气水合物实验测试技术方法体系，首次在国内实验室人工合成水合物，实现不同目的水合物室内模拟实验，获取水合物储层的技术参数;开发了耦合力学过程的水合物开采模拟程序，自主研制了水合物开采技术及过程监测综合实验系统，为天然气水合物资源勘探、开发和理论研究提供了强有力的技术支撑。

　　2016年6月25日，一个具有标志性的事件发生——“中国地质调查局天然气水合物工程技术中心”正式挂牌成立。业内人士评价，该中心的成立是我国天然气水合物勘探开发工作的一件大事，它标志着我国天然气水合物勘探开发事业从此迈上了一个新的台阶，开启了一个新的历史阶段。

　　能源革命，领跑长征第一步

　　当然，海域天然气水合物试采是一项创新性的系统工程，绝非易事。

　　就南海神狐海域而言，这里的天然气水合物储层类型为泥质粉砂型。该类型资源量在世界上占比超过90%，是我国主要的储集类型，具有特低孔隙度、特低渗透率等特点，开采难度最大。同时，试开采工作还面临着“无”成功先例、“无”成熟团队、“无”成熟平台、“无”成熟工艺、施工“难”度大等“四无一难”等多个难题。

　　选择南海神狐海域开展试开采也绝不是偶然。2016年围绕试采工作，广州海洋局在神狐海域开展钻探站位8个，全部发现水合物。为了进一步论证试采井位，重点针对试采井位开展了测井和取芯，精细评价试采储层结构和物性参数。

　　试开采万事俱备这一天终于来临。今年3月28日，南海神狐海域天然气水合物试开采正式开钻。

　　这次试开采的科学目标是实现天然气日产1万立方米以上，持续时间1周以上;获取完整有效科学数据。工程目标则是以实现产气目标为导向，确保试采安全、环保、顺利，同时形成具有自主知识产权的试采工艺和装备。

　　5月10日9时20分，广州海洋局局长、天然气水合物试采指挥部指挥长叶建良宣布：启泵降压，开始试采，并于5月10日14时52分正式宣布点火成功。

　　截至5月18日上午，中国地质调查局从我国南海神狐海域水深1266米海底以下203米~277米的天然气水合物矿藏开采出天然气。经试气点火，已连续产气8天，最高产量3.5万立方米/天，平均日产超1.6万立方米，累计产气超12万立方米，天然气产量稳定，甲烷含量最高达99.5%，实现了预定目标。

　　“这些天，夜不能寐，我国能源领域不管是页岩气还是常规油气，我们一直是处于跟跑阶段，这一次天然气水合物的试开采成功，意味着优先抢占了领跑的技术高地，实现了我国在天然气水合物开发上的领跑。它将会是继美国引领页岩气革命之后的，由我国引领的天然气水合物革命，将会推动整个世界能源利用格局的改变。”中国地质调查局副局长李金发在采访中兴奋地说。

　　记者了解到，此次海域天然气水合物试采实现多项重大突破：

　　实现天然气水合物开发利用重大突破——这是我国首次，也是世界第一次成功实现泥质粉砂型天然气水合物的资源安全可控开采，为天然气水合物广泛开发利用提供了技术储备，积累了宝贵经验，奠定了坚实基础。

　　实现天然气水合物勘探开发理论重大突破——建立了天然气水合物“两期三型”成矿理论，指导圈定了找矿有利区，精准锁定了试开采目标。创建了天然气水合物成藏系统理论，指导了试采实施方案的科学制订，在这次试采中得到了证实。创立了天然气水合物“三相控制”开采理论，应用于试开采模拟和实施方案制订，确保了试采过程安全可控、产能稳定。

　　实现天然气水合物全流程试采核心技术重大突破——一是形成了国际领先的新型试采工艺。创新提出“地层流体抽取”试采方法，有效解决了储层流体控制与天然气水合物稳定持续分解难题。二是掌握了钻完井核心技术。研制了新型钻井液，研发特殊的平衡钻井、井口稳定性增强等技术，构建了深水浅层钻完井技术体系。三是成功研发了储层改造增产、天然气水合物二次生成预防、防砂排砂等开采测试关键技术。四是研制了大型试采模拟实验装置等专用装备。

　　实现试采环境安全防控的重大突破——一是建立了天然气水合物环境影响效应评价技术方法，获得试采前环境本底数据。二是构建大气、海水、海底、井下“四位一体”的立体环境监测网，实现了对温度、压力、甲烷浓度及海底稳定性参数实时监测及安全预警。三是综合评价结果显示，试采未对周边大气和海洋环境造成影响。

　　“海域天然气水合物试采成功只是万里长征迈出的第一步，后续任务依然艰巨繁重。”钟自然强调，我们要坚决落实习近平总书记“向地球深部进军”的决策部署，加快天然气水合物开发利用的进程，为保障能源安全、推进绿色发展、建设海洋强国再立新功。

　　是的，天然气水合物规模开采的大门还刚刚开启，我们要走的路还很长……

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　　相关链接：天然气水合物

　　具有能量密度高、资源量巨大、分布范围广、应用前景好等特点，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。　　

　　形成可燃冰有3个基本条件：温度、压力和充足的气源。海底的低温和高压对于天然气水合物的形成非常有利。因此，世界上的天然气水合物约有97%分布于海洋中，仅3%分布在陆地冻土带。标准状态下，1体积的天然气水合物大概可以分解为164体积的甲烷气体。

　　自然界主要存在3种天然气水合物类型，分别为Ⅰ型(气体以甲烷、乙烷等小分子烃为主)、Ⅱ型(气体可以有丙烷、异丁烷等较大分子数的烃类气体分子)和H型(气体分子可以容纳分子数更大的原油分子)。生成何种类型的天然气水合物，主要取决于气体分子的种类、比例和分子大小，纯甲烷只能形成Ⅰ型天然气水合物，而当乙烷及其他高阶碳氢化合物比例较高时可能形成Ⅱ型天然气水合物。自然界中Ⅰ型分布最为广泛，Ⅱ型次之，H型极少。

　　据估算，全球水合物蕴藏的天然气资源总量约为2.1×1016 m3，相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍，具有巨大的能源开发前景。根据现有的勘探估算，全球可燃冰储量巨大。据联合国环境规划署最新保守估计，全球水合物中的含碳量在1万亿吨~10万亿吨之间，即使取估算区间中间值5万亿吨，也与全球常规化石燃料煤、石油、天然气的含碳量相当，这是一个非常庞大的数字，足够人类使用1000年。

　　从1990年开始，通过近30年的勘探研究，我国天然气水合物研究与勘探已经积累了丰富经验。据保守估计，我国可燃冰的总资源量超过800亿吨油当量，接近于我国常规石油资源量，约是常规天然气资源量的两倍。按当前的消耗水平，可满足我国近200年的能源需求。

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