近日，從自然資源部獲悉，在成功實施天然氣水合物(“可燃冰”)兩輪試采基礎(chǔ)上，自然資源部正全力推進第三輪試采準備。
2022年，我國實施完成了南海重點海域天然氣水合物地球物理、鉆探和環(huán)境調(diào)查航次任務(wù)，形成第三輪試采地質(zhì)設(shè)計。
01 發(fā)現(xiàn)可燃冰
提起可燃冰，相信很多人都對有所耳聞。
它是一種高效的清潔能源，1立方米可燃冰可以分解出164立方米的天然氣。而且同等條件下，它燃燒產(chǎn)生的能量比煤、石油、天然氣要多出十倍，還不產(chǎn)生殘渣和廢氣。
圖源：worldoceanreview.com
那么，人類是怎樣發(fā)現(xiàn)這樣一種物質(zhì)的呢?
實際上，早在1778年，英國化學(xué)家普德斯特就開始研究氣可燃冰形成的溫度和壓力條件，但沒有引起足夠的重視，1810年首次在戴維的實驗室發(fā)現(xiàn)可燃冰;
后來在1934年，可燃冰作為一種災(zāi)害現(xiàn)象在美國天然氣管道中被發(fā)現(xiàn)。當時人們在油氣管道和加工設(shè)備中發(fā)現(xiàn)了冰狀固體堵塞現(xiàn)象，其實這些固體不是冰，而是人們現(xiàn)在所說的可燃冰。
海底可燃冰樣品 圖源：美國地質(zhì)調(diào)查局
世界上首個可燃冰氣藏商業(yè)開采最成功的案例，是西伯利亞凍土區(qū)的麥索雅哈氣田，1969年其試采總產(chǎn)氣量中約47%為可燃冰。
目前世界上已有多個國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了可燃冰。它的儲量巨大，僅我國海域預(yù)測遠景資源量就達到800億噸油當量，世界資源量約為2100萬億立方，可供人類使用1000年。
那么，可燃冰究竟在哪里才能找到呢?
要回答這個問題，我們就必須清楚可燃冰形成需具備的基本條件——
一是低溫，可燃冰在0-10℃時生成，超過20℃便會分解;
二是高壓，可燃冰在0℃，只需30個大氣壓即可生成，并且氣壓越大，可燃冰就越不容易分解;
三是氣源，海底的有機物沉淀中有豐富的碳，經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，可產(chǎn)生充足的氣源;
四是適量的水，這也是可燃冰不可或缺的成分。
基于這樣的形成條件，可燃冰只分布于特定的地理位置和地質(zhì)構(gòu)造單元內(nèi)。 97%的可燃冰深藏于300-3000米海洋的海底沉積物中，剩余3%分布于極地、凍土帶、內(nèi)陸海及湖泊之中。
所以，尋找可燃冰絕不是一件容易的事情。
02 開采可燃冰
盡管尋找可燃冰有些困難，但人們探尋和利用可燃冰的腳步從未停止。
自可燃冰首次在實驗室被發(fā)現(xiàn)以來，各國先后開始進行這一領(lǐng)域的研究。
從本世紀開始，可燃冰的研究進入試開采及為商業(yè)開采進行儲備的階段，世界各國都相應(yīng)地制訂了各種的研發(fā)計劃。
目前，全球已有試開采區(qū)主要包括：前蘇聯(lián)麥索雅哈凍土區(qū)、加拿大麥肯齊三角洲凍土區(qū)、美國阿拉斯加北坡凍土區(qū)、中國南海神狐海域、日本南海海槽。
海底“可燃冰丘”上采集到的厚層純凈可燃冰
圖源：明治大學(xué)天然氣水合物研究所
那么，當前已經(jīng)進行開采的地區(qū)是采用了什么樣的試采技術(shù)呢?
目前，可燃冰開采技術(shù)大體能夠歸納為四類：降壓開采法、注熱開采法、注化學(xué)劑開采法、其他開采方法。
圖源：付亞榮.可燃冰研究現(xiàn)狀及商業(yè)化開采瓶頸[J].石油鉆采工藝，2018，40(1)：68-80.
實際上，就是通過改變可燃冰儲層環(huán)境溫度、壓力使其相平衡得到改變，分解得到CH4。
除了開采技術(shù)之外，開采設(shè)備的建造也是一個重要環(huán)節(jié)。
值得一提的是我國制造的海上鉆井平臺“藍鯨1號”，它是全球最大、作業(yè)水深最深、鉆井深度最深的海上鉆井平臺。
整個鉆井平臺足足有37層樓高，7萬噸排水量比“遼寧艦”航母的滿載排水量還要大。它的最大鉆井深度達到15240米，代表了目前人類在海洋工程領(lǐng)域的最高水平。
“藍鯨1號” 圖源：中國地質(zhì)調(diào)查局
基于“藍鯨1號”，中國實現(xiàn)了在可燃冰開采領(lǐng)域“零”的突破。
可見，要實現(xiàn)可燃冰的商業(yè)開采，不僅需要可燃冰富集理論與開采技術(shù)的不斷推進，也需要設(shè)備制造能力的不斷提升。
03 我國最新進展
作為全球能源消費的第一大國，我國在可燃冰項目起步較晚。
國土資源部于1999年開始啟動可燃冰資源調(diào)查，2007年成功獲取可燃冰的實物樣品，我國由此成為繼美國、日本、印度之后第4個采集到可燃冰實物樣品的國家。
2017年中國地質(zhì)調(diào)查局在南海神狐海域成功試采，實現(xiàn)了歷史性突破。
2020年我國海域可燃冰第二輪試采點火成功。在南海神狐海域，試采創(chuàng)造了“產(chǎn)氣總量86.14萬立方米，日均產(chǎn)氣量2.87萬立方米”兩項新的世界紀錄，實現(xiàn)了從“探索性試采”向“試驗性試采”的重大跨越。
“藍鯨2號”試采成功，圖源：中國地質(zhì)調(diào)查局
我國用20年跑完了其他國家60年跑過的里程，且后來者居上，一躍成為天然氣水合物勘查試采科技領(lǐng)域的佼佼者。
近年來，我國科研人 員和工程技術(shù)人員，仍在持續(xù)攻堅可燃冰開采關(guān)鍵技術(shù)。
2021年7月，“國產(chǎn)自主天然氣水合物鉆探和測井技術(shù)裝備海試任務(wù)”，在我國南海海域順利完成新一輪海試作業(yè)。
本次海試成功使中國海油在深水-超深水天然氣水合物鉆探取樣領(lǐng)域，具備了船舶-鉆探-測井-取芯-在線分析檢測全套國產(chǎn)化技術(shù)水平和全過程作業(yè)能力，這也標志著我國成為世界上第三個自主掌握該項技術(shù)的國家!
圖源：中國海油
目前，我國對可燃冰的勘探開采研究正進入關(guān)鍵突破階段。
去年7月，天然氣水合物勘查開發(fā)國家工程研究中心正式開建，該中心的建設(shè)將著力解決可燃冰勘查開采產(chǎn)業(yè)化各方面的工程技術(shù)難題。
此前，國家能源局、科學(xué)技術(shù)部印發(fā)的《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》中也提出，要集中攻關(guān)建立天然氣水合物資源評價、富集區(qū)地球物理預(yù)測、地質(zhì)建模與開發(fā)潛力評價技術(shù)體系，研發(fā)水合物儲層-井筒輸送全流程優(yōu)化設(shè)計軟件平臺，突破海域天然氣水合物水平井開發(fā)、流動保障、試采管柱與舉升、脫水凈化等關(guān)鍵技術(shù)，完善試采設(shè)計方案，支撐海域天然氣水合物單井日產(chǎn)氣量提升至3萬-5萬立方米。
此外，具備可燃冰資源的省份例如廣東、海南，也都紛紛提出了支持可燃冰開發(fā)的相關(guān)計劃。
《廣東省培育新能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群行動計劃(2021-2025年)》中提出，要加強天然氣及其水合物關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推動天然氣水合物商業(yè)化開采加速工程。
《海南省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標綱要》提出，積極推動重點海域天然氣水合物勘查開發(fā)先導(dǎo)試驗區(qū)建設(shè)。
深入?yún)⑴c國家天然氣水合物勘查開采，加大天然氣水合物勘察力度，設(shè)置天然氣水合物勘察區(qū)塊競爭性出讓，將天然氣水合物一并納入南海油氣勘察開采管理改革試點，堅持油氣、天然氣水合物“同勘同采”，推進天然氣水合物商業(yè)化開發(fā)進程。
隨著國家在可燃冰勘探開發(fā)領(lǐng)域支持力度的不斷加大，相信可燃冰的開采技術(shù)也將獲得很大程度的提升。
按照此前國家對可燃冰的開發(fā)計劃，2006年-2020年是調(diào)查階段，2020年-2030年是開發(fā)試生產(chǎn)階段，從2030年起，可燃冰的開發(fā)則會進入商業(yè)生產(chǎn)階段。
而無論是目前的試開采，還是將來通過技術(shù)進步，實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用，相信都會有“三桶油”的身影。
在未來，可燃冰或?qū)⒊蔀楦魇凸靖傁鄵屨嫉馁Y源。
