點燃海底的“冰火”

王攀++王立彬++吳濤

一次點火，一次成功

5月18日，我國南海神狐海域天然氣水合物（又稱“可燃冰”）試采實現連續187個小時的穩定產氣。這是我國首次實現海域可燃冰試采成功，將對能源生產和消費革命產生深遠影響。

2017年5月18日，我國首次實現海域可燃冰試采成功。圖為2017年5月16日，我國南海神狐海域進行天然氣水合物試采作業的“藍鯨一號”鉆探平臺

神狐海域的“冰火交融”

提起能源，人們想到的往往是煤、油、氣點燃的火炬而不會是冷冷的冰塊，但中國科技工作者已經可以將蘊藏在海底的“冰塊”點燃成熊熊燃燒的火焰，讓“冰火交融”從夢想變成現實。

從5月10日起，源源不斷的天然氣從1200多米的深海之下200多米的底層中開采上來，點燃了全球最大海上鉆探平臺“藍鯨一號”的噴火裝置。這是我國首次、也是全球首次對資源量占比90%以上、開發難度最大的泥質粉砂型儲層可燃冰成功實現試采。

與人們熟悉的海底石油、海底天然氣田相比，可燃冰要神秘得多。但這種由水和天然氣在高壓、低溫情況下形成的類冰狀結晶物質，卻是標準的“高潛力”能源。

它燃燒值高——1立方米的可燃冰分解后可釋放出約0.8立方米的水和164立方米的天然氣，燃燒產生的能量明顯高于煤炭、石油，燃燒污染卻又比煤、石油小，更加清潔環保。

它儲量豐富——可燃冰廣泛分布于全球大洋海域，以及陸地凍土層和極地下面。據估算其資源量相當于全球已探明傳統化石燃料碳總量的兩倍。

“可燃冰被各國視為未來石油、天然氣的戰略性替代能源，是世界矚目的戰略資源，對我國能源安全及經濟發展也有著重要意義?！痹嚥涩F場指揮部總指揮、廣州海洋地質調查局局長葉建良說。

巍然矗立在蔚藍海面中的“藍鯨一號”，是個凈重超過43000噸、37層樓高的龐然大物，2017年2月剛剛“誕生”，就從煙臺起航駛抵南海，投入了這項試采任務。

南海海域是我國可燃冰最主要的分布區，全國可燃冰資源儲存量約相當于1000億噸油當量，其中有近800億噸在南海。

試采現場指揮部地質組組長陸敬安說，勘探顯示，神狐海域有11個礦體、面積128平方公里，資源儲存量1500億立方米，相當于1.5億噸石油儲量，“成功試采意味著這些儲量都有望轉化成可利用的寶貴能源”。

一次點火，一次成功——這一比率即使放到已經非常成熟的海洋石油和天然氣開采領域也堪稱靚麗。這一成功的背后，是我國海洋地質工作者在天然氣水合物開發上的奮起直追。

與國際上早在上個世紀60年代就開始勘探、研究可燃冰相比，我國的可燃冰研究起步要晚到1998年，但中國科技工作者只用了不到20年就完成了從空白到趕超的全過程。

回顧這一歷程，試采現場指揮部辦公室主任邱海峻用“快馬加鞭”“奮發圖強”形容可燃冰開采的“中國速度”。他介紹說，在1998年立項后，1999年我國就開始了南海和陸地凍土區的可燃冰調查工作，2007年就在神狐海域鉆獲可燃冰，這使得我國成為繼美國、日本、印度之后，第四個通過國家級研發計劃在海底鉆獲可燃冰的國家。

2015年，我國科技工作者在神狐海域準確定位了兩個可燃冰礦體。2016年，地質調查工作人員圍繞試采在神狐海域開展鉆探站位8個，全部發現可燃冰。

“2016年3月，我們正式開始準備可燃冰試開采，當時定下的開鉆時間為2017年3月28日，就是說自開始準備至開鉆僅有一年時間，如果不是之前持續拼搏積累下海量的地質數據，就不可能按時完成任務?！鼻窈＞f。

2017年5月10日9時20分，神狐海域可燃冰試采開始，5小時32分鐘后，試采點火成功。截至18日，經試氣點火，本次試采已連續產氣超過一周，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12萬立方米，天然氣產量穩定，甲烷含量最高達99.5%，完成預定目標，試采取得圓滿成功。

5月18日上午，國土資源部部長姜大明在“藍鯨一號”上向世界宣布：中國在神狐海域的天然氣水合物試采成功！

“在豆腐上打鐵”

與海洋石油、天然氣相比，海域可燃冰的開采就一個字：難。

難點也是一個字：軟。

俗話說，柿子要撿軟的捏。但可燃冰開采卻最怕“軟柿子”。

“可燃冰雖然儲量大、分布廣，但形成年代要比石油、天然氣晚得多，覆蓋它的海底地層普遍是砂質，現有的海底鉆井設備開采它就好比在‘豆腐上打鐵、用‘金剛鉆繡花，稍有不慎就會導致大量砂石涌進管道，造成開采失敗?！痹嚥涩F場指揮部首席科學家、中國地質調查局“李四光學者”盧海龍說。

全球天然氣水合物研發活躍的國家主要有中國、美國、日本、加拿大、韓國和印度等，各國競相投入巨資開展天然氣水合物試采，競爭異常激烈。其中，美國、加拿大在陸地上進行過試采，但效果不理想。日本于2013年在其南海海槽進行了海上試采，但因出砂等技術問題失敗。2017年4月日本在同一海域進行第二次試采，第一口試采井累計產氣3.5萬立方米，5月15日再次因出砂問題而中止產氣。

“與日本相比，我國海域主要屬于粉砂型儲層，這也是占全球90%以上比例的儲藏類型。砂細導致滲透率更差，同時我國的可燃冰水深大、儲層埋層淺，施工難度更大。我們的突破，對于全世界而言更具有可參考和借鑒的價值?！北R海龍說。

攻堅克難，首先依賴于“中國理論”的建立。陸敬安說，在多年勘探和陸地研究的基礎上，我國在全球率先建立了可燃冰“兩期三型”成礦理論，指導圈定了找礦有利區，精準鎖定了試開采目標;創立可燃冰“三相控制”開采理論，應用于試開采模擬和實施方案制訂，確保了試采過程安全可控。

試采的成功，有賴于“中國技術”的突破。廣州海洋地質調查局局長助理、試采現場指揮部辦公室副主任謝文衛說，通過這次試采，我國實現可燃冰全流程試采核心技術的重大突破，形成了國際領先的新型試采工藝?！拔覀儎撔滦缘靥岢隽恕貙恿黧w抽取試采法，有效解決了儲層流體控制與可燃冰穩定持續分解難題。我們成功研發了儲層改造增產、可燃冰二次生成預防、防砂排砂等開采測試關鍵技術，其中很多技術都超出了石油工業的防砂極限?！彼f。

試采的成功，來自“中國裝備”的支持。據介紹，這次試用的鉆井平臺“藍鯨一號”是我國自主制造的“大國重器”，也是世界最大、鉆井深度最深的雙井架半潛式鉆井平臺，可適用于全球任何深海作業，在試采過程中，我國科技工作者還開發了大量擁有自主知識產權的工具并實現成功應用。

向地球深部進軍

從“藍鯨一號”起步的可燃冰試采，不僅對我國未來的能源安全保障、優化能源結構具有重要意義，甚至可能給世界能源接替研發格局帶來改變。

“試采成功打破了我國在能源勘查開發領域長期跟跑的局面，取得了理論、技術、工程和裝備的完全自主創新，實現了在這一領域由跟跑到領跑的歷史性跨越?！眹临Y源部黨組成員、中國地質調查局局長鐘自然說。

“從理論上講，地球內部可利用成礦空間分布在從地表到地下1萬米，目前世界先進水平勘探開采深度已達2500米至4000米，而我國大多小于500米，向地球深部進軍是我們必須解決的戰略科技問題”——2016年全國科技創新大會提出的這一論斷，讓人們對大地大海深處充滿向往。

如果我國固體礦產勘查深度達到2000米，探明資源儲量可以翻一番。而遼闊的大洋海底，多金屬結核總資源量約3萬億噸，有商業開采潛力的達750億噸;海底富鈷結殼中鈷資源量約為10億噸;太平洋深海沉積物中稀土資源量達880億噸。未來全球油氣總儲量的40%將來自深海。

“海洋特別是深海作為戰略空間和戰略資源，在國家安全和發展中的戰略地位日益凸顯，深海探測是建設海洋強國的戰略需要?！眹临Y源部部長姜大明說，我國海洋探測科技創新已經取得很大進步，但在一些深海領域與美日俄及個別歐盟國家相比還存在差距，向深海進軍，發揮后發優勢，爭取后發先至，這是必須解決的戰略科技問題。

2017年5月16日，“藍鯨一號”鉆探平臺上噴出的火焰

在本次試開采之后，我國可燃冰開采將進入“科學積累”的新階段。葉建良說，在系統總結本次試采經驗、優化試采技術工藝的基礎上，還將開展更多種類型可燃冰試采，建立適合我國資源特點的開發利用技術體系，同時創建國家重點實驗室、工程技術中心等創新平臺，進一步提高可燃冰勘探開發和深?？萍紕撔履芰?。

根據國土資源科技創新規劃，“十三五”期間，通過研制深遠海油氣及可燃冰勘探開發技術裝備，我國將推進大洋海底礦產勘探及海洋可燃冰試采工程，力爭2020年實現商業化試采，研制成功全海深潛水器和深遠海核動力浮動平臺技術。

中國科學家們還對未來全球能源接續的“中國方案”雄心勃勃?！暗蜐B粉砂質儲層水合物礦藏在海上絲綢之路沿線國家廣泛分布，很多國家對可燃冰有強烈需求。我們現在掌握了這一技術，有利于解決‘一帶一路沿線的資源、能源問題，推動‘一帶一路沿線的經濟發展和融合?！鼻窈＞f。