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近日,从自然资源部获悉,在成功实施天然气水合物(“可燃冰”)两轮试采基础上,自然资源部正全力推进第三轮试采准备。

2022年,我国实施完成了南海重点海域天然气水合物地球物理、钻探和环境调查航次任务,形成第三轮试采地质设计。

发现可燃冰

提起可燃冰,相信很多人都有所耳闻。

它是一种高效的清洁能源,1立方米可燃冰可以分解出164立方米的天然气。而且同等条件下,它燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要多出十倍,还不产生残渣和废气。

图源:worldoceanreview.com

那么,人类是怎样发现这样一种物质的呢?

实际上,早在1778年,英国化学家普德斯特就开始研究可燃冰形成的温度和压力条件,但没有引起足够的重视,1810年首次在戴维的实验室发现可燃冰;

后来在1934年,可燃冰作为一种灾害现象在美国天然气管道中被发现。当时人们在油气管道和加工设备中发现了冰状固体堵塞现象,其实这些固体不是冰,而是人们现在所说的可燃冰。

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海底可燃冰样品 图源:美国地质调查局

世界上首个可燃冰气藏商业开采最成功的案例,是西伯利亚冻土区的麦索雅哈气田,1969年其试采总产气量中约47%为可燃冰。

目前世界上已有多个国家和地区发现了可燃冰。它的储量巨大,仅我国海域预测远景资源量就达到800亿吨油当量,世界资源量约为2100万亿立方米,可供人类使用1000年。

那么,可燃冰究竟在哪里才能找到呢?

要回答这个问题,我们就必须清楚可燃冰形成需具备的基本条件——

一是低温,可燃冰在0-10℃时生成,超过20℃便会分解;

二是高压,可燃冰在0℃,只需30个大气压即可生成,并且气压越大,可燃冰就越不容易分解;

三是气源,海底的有机物沉淀中有丰富的碳,经过生物转化,可产生充足的气源;

四是适量的水,这也是可燃冰不可或缺的成分。

基于这样的形成条件,可燃冰只分布于特定的地理位置和地质构造单元内。97%的可燃冰深藏于300-3000米海洋的海底沉积物中,剩余3%分布于极地、冻土带、内陆海及湖泊之中。

所以,寻找可燃冰绝不是一件容易的事情。

开采可燃冰

尽管寻找可燃冰有些困难,但人们探寻和利用可燃冰的脚步从未停止。

自可燃冰首次在实验室被发现以来,各国先后开始进行这一领域的研究。

从本世纪开始,可燃冰的研究进入试开采及为商业开采进行储备的阶段,世界各国都相应地制定了各种的研发计划。

目前,全球已有试开采区主要包括:前苏联麦索雅哈冻土区、加拿大麦肯齐三角洲冻土区、美国阿拉斯加北坡冻土区、中国南海神狐海域、日本南海海槽。

海底“可燃冰丘”上采集到的厚层纯净可燃冰

图源:明治大学天然气水合物研究所

那么,当前已经进行开采的地区是采用了什么样的试采技术呢?

目前,可燃冰开采技术大体能够归纳为四类:降压开采法、注热开采法、注化学剂开采法、其他开采方法。

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图源:付亚荣.可燃冰研究现状及商业化开采瓶颈[J].石油钻采工艺,2018,40(1):68-80.

实际上,就是通过改变可燃冰储层环境温度、压力使其相平衡得到改变,分解得到CH4。

除了开采技术之外,开采设备的建造也是一个重要环节。

值得一提的是我国制造的海上钻井平台“蓝鲸1号”,它是全球最大、作业水深最深、钻井深度最深的海上钻井平台。

整个钻井平台足足有37层楼高,7万吨排水量比“辽宁舰”航母的满载排水量还要大。它的最大钻井深度达到15240米,代表了目前人类在海洋工程领域的最高水平。

“蓝鲸1号” 图源:中国地质调查局

基于“蓝鲸1号”,中国实现了在可燃冰开采领域“零”的突破。

可见,要实现可燃冰的商业开采,不仅需要可燃冰富集理论与开采技术的不断推进,也需要设备制造能力的不断提升。

我国最新进展

作为全球能源消费的第一大国,我国在可燃冰项目起步较晚。

国土资源部于1999年开始启动可燃冰资源调查,2007年成功获取可燃冰的实物样品,我国由此成为继美国、日本、印度之后第4个采集到可燃冰实物样品的国家。

2017年中国地质调查局在南海神狐海域成功试采,实现了历史性突破。

2020年我国海域可燃冰第二轮试采点火成功。在南海神狐海域,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,实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大跨越。

“蓝鲸2号”试采成功,图源:中国地质调查局

我国用20年跑完了其他国家60年跑过的里程,且后来者居上,一跃成为天然气水合物勘查试采科技领域的佼佼者。

近年来,我国科研人员和工程技术人员,仍在持续攻坚可燃冰开采关键技术。

2021年7月,“国产自主天然气水合物钻探和测井技术装备海试任务”,在我国南海海域顺利完成新一轮海试作业。

本次海试成功使中国海油在深水-超深水天然气水合物钻探取样领域,具备了船舶-钻探-测井-取芯-在线分析检测全套国产化技术水平和全过程作业能力,这也标志着我国成为世界上第三个自主掌握该项技术的国家!

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图源:中国海油

目前,我国对可燃冰的勘探开采研究正进入关键突破阶段。

去年7月,天然气水合物勘查开发国家工程研究中心正式开建,该中心的建设将着力解决可燃冰勘查开采产业化各方面的工程技术难题。

此前,国家能源局、科学技术部印发的《“十四五”能源领域科技创新规划》中也提出,要集中攻关建立天然气水合物资源评价、富集区地球物理预测、地质建模与开发潜力评价技术体系,研发水合物储层-井筒输送全流程优化设计软件平台,突破海域天然气水合物水平井开发、流动保障、试采管柱与举升、脱水净化等关键技术,完善试采设计方案,支撑海域天然气水合物单井日产气量提升至3万-5万立方米。

此外,具备可燃冰资源的省份例如广东、海南,也都纷纷提出了支持可燃冰开发的相关计划。

《广东省培育新能源战略性新兴产业集群行动计划(2021-2025年)》中提出,要加强天然气及其水合物关键技术攻关,推动天然气水合物商业化开采加速工程。

《海南省国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》提出,积极推动重点海域天然气水合物勘查开发先导试验区建设。

深入参与国家天然气水合物勘查开采,加大天然气水合物勘察力度,设置天然气水合物勘察区块竞争性出让,将天然气水合物一并纳入南海油气勘察开采管理改革试点,坚持油气、天然气水合物“同勘同采”,推进天然气水合物商业化开发进程。

随着国家在可燃冰勘探开发领域支持力度的不断加大,相信可燃冰的开采技术也将获得很大程度的提升。

按照此前国家对可燃冰的开发计划,2006年-2020年是调查阶段,2020年-2030年是开发试生产阶段,从2030年起,可燃冰的开发则会进入商业生产阶段。

而无论是目前的试开采,还是将来通过技术进步,实现大规模的商业化应用,相信都会有“三桶油”的身影。

在未来,可燃冰或将成为各石油公司竞相抢占的资源。