近日，從自然資源部獲悉，在成功實(shí)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(jìn)第三輪試采準(zhǔn)備。

2022年，我國(guó)實(shí)施完成了南海重點(diǎn)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(jì)。

01 發(fā)現(xiàn)可燃冰

提起可燃冰，相信很多人都對(duì)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?jiān)蛷U氣。

圖源：worldoceanreview.com

那么，人類(lèi)是怎樣發(fā)現(xiàn)這樣一種物質(zhì)的呢?

實(shí)際上，早在1778年，英國(guó)化學(xué)家普德斯特就開(kāi)始研究氣可燃冰形成的溫度和壓力條件，但沒(méi)有引起足夠的重視，1810年首次在戴維的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)可燃冰;

后來(lái)在1934年，可燃冰作為一種災(zāi)害現(xiàn)象在美國(guó)天然氣管道中被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)人們?cè)谟蜌夤艿篮图庸ぴO(shè)備中發(fā)現(xiàn)了冰狀固體堵塞現(xiàn)象，其實(shí)這些固體不是冰，而是人們現(xiàn)在所說(shuō)的可燃冰。

海底可燃冰樣品 圖源：美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局

世界上首個(gè)可燃冰氣藏商業(yè)開(kāi)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(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了可燃冰。它的儲(chǔ)量巨大，僅我國(guó)海域預(yù)測(cè)遠(yuǎn)景資源量就達(dá)到800億噸油當(dāng)量，世界資源量約為2100萬(wàn)億立方，可供人類(lèi)使用1000年。

那么，可燃冰究竟在哪里才能找到呢?

要回答這個(gè)問(wèn)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(shí)生成，超過(guò)20℃便會(huì)分解;

二是高壓，可燃冰在0℃，只需30個(gè)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(jī)物沉淀中有豐富的碳，經(jīng)過(guò)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(kāi)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(shí)驗(yàn)室被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，各國(guó)先后開(kāi)始進(jìn)行這一領(lǐng)域的研究。

從本世紀(jì)開(kāi)始，可燃冰的研究進(jìn)入試開(kāi)采及為商業(yè)開(kāi)采進(jìn)行儲(chǔ)備的階段，世界各國(guó)都相應(yīng)地制訂了各種的研發(fā)計(jì)劃。

目前，全球已有試開(kāi)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(guó)阿拉斯加北坡凍土區(qū)、中國(guó)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(dāng)前已經(jīng)進(jìn)行開(kāi)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(kāi)采技術(shù)大體能夠歸納為四類(lèi)：降壓開(kāi)采法、注熱開(kāi)采法、注化學(xué)劑開(kāi)采法、其他開(kāi)采方法。

圖源：付亞榮.可燃冰研究現(xiàn)狀及商業(yè)化開(kāi)采瓶頸[J].石油鉆采工藝，2018，40(1)：68-80.

實(shí)際上，就是通過(guò)改變可燃冰儲(chǔ)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(kāi)采技術(shù)之外，開(kāi)采設(shè)備的建造也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

值得一提的是我國(guó)制造的海上鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”，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(tái)。

整個(gè)鉆井平臺(tái)足足有37層樓高，7萬(wàn)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(dá)到15240米，代表了目前人類(lèi)在海洋工程領(lǐng)域的最高水平。

“藍(lán)鯨1號(hào)” 圖源：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局

基于“藍(lán)鯨1號(hào)”，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了在可燃冰開(kāi)采領(lǐng)域“零”的突破。

可見(jiàn)，要實(shí)現(xiàn)可燃冰的商業(yè)開(kāi)采，不僅需要可燃冰富集理論與開(kāi)采技術(shù)的不斷推進(jìn)，也需要設(shè)備制造能力的不斷提升。

03 我國(guó)最新進(jìn)展

作為全球能源消費(fèi)的第一大國(guó)，我國(guó)在可燃冰項(xiàng)目起步較晚。

國(guó)土資源部于1999年開(kāi)始啟動(dòng)可燃冰資源調(diào)查，2007年成功獲取可燃冰的實(shí)物樣品，我國(guó)由此成為繼美國(guó)、日本、印度之后第4個(gè)采集到可燃冰實(shí)物樣品的國(guó)家。

2017年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在南海神狐海域成功試采，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。

2020年我國(guó)海域可燃冰第二輪試采點(diǎn)火成功。在南海神狐海域，試采創(chuàng)造了“產(chǎn)氣總量86.14萬(wàn)立方米，日均產(chǎn)氣量2.87萬(wàn)立方米”兩項(xiàng)新的世界紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了從“探索性試采”向“試驗(yàn)性試采”的重大跨越。

“藍(lán)鯨2號(hào)”試采成功，圖源：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局

我國(guó)用20年跑完了其他國(guó)家60年跑過(guò)的里程，且后來(lái)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(lái)，我國(guó)科研人 員和工程技術(shù)人員，仍在持續(xù)攻堅(jiān)可燃冰開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)。

2021年7月，“國(guó)產(chǎn)自主天然氣水合物鉆探和測(cè)井技術(shù)裝備海試任務(wù)”，在我國(guó)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(guó)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(cè)井-取芯-在線分析檢測(cè)全套國(guó)產(chǎn)化技術(shù)水平和全過(guò)程作業(yè)能力，這也標(biāo)志著我國(guó)成為世界上第三個(gè)自主掌握該項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家!

圖源：中國(guó)海油

目前，我國(guó)對(duì)可燃冰的勘探開(kāi)采研究正進(jìn)入關(guān)鍵突破階段。

去年7月，天然氣水合物勘查開(kāi)發(fā)國(guó)家工程研究中心正式開(kāi)建，該中心的建設(shè)將著力解決可燃冰勘查開(kāi)采產(chǎn)業(yè)化各方面的工程技術(shù)難題。

此前，國(guó)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(píng)價(jià)、富集區(qū)地球物理預(yù)測(cè)、地質(zhì)建模與開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)技術(shù)體系，研發(fā)水合物儲(chǔ)層-井筒輸送全流程優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，突破海域天然氣水合物水平井開(kāi)發(fā)、流動(dòng)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(jì)方案，支撐海域天然氣水合物單井日產(chǎn)氣量提升至3萬(wàn)-5萬(wàn)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(kāi)發(fā)的相關(guān)計(jì)劃。

《廣東省培育新能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)計(jì)劃(2021-2025年)》中提出，要加強(qiáng)天然氣及其水合物關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)天然氣水合物商業(yè)化開(kāi)采加速工程。

《海南省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，積極推動(dòng)重點(diǎn)海域天然氣水合物勘查開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)建設(shè)。

深入?yún)⑴c國(guó)家天然氣水合物勘查開(kāi)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(jìng)爭(zhēng)性出讓，將天然氣水合物一并納入南海油氣勘察開(kāi)采管理改革試點(diǎn)，堅(jiān)持油氣、天然氣水合物“同勘同采”，推進(jìn)天然氣水合物商業(yè)化開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

隨著國(guó)家在可燃冰勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域支持力度的不斷加大，相信可燃冰的開(kāi)采技術(shù)也將獲得很大程度的提升。

按照此前國(guó)家對(duì)可燃冰的開(kāi)發(fā)計(jì)劃，2006年-2020年是調(diào)查階段，2020年-2030年是開(kāi)發(fā)試生產(chǎn)階段，從2030年起，可燃冰的開(kāi)發(fā)則會(huì)進(jìn)入商業(yè)生產(chǎn)階段。

而無(wú)論是目前的試開(kāi)采，還是將來(lái)通過(guò)技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用，相信都會(huì)有“三桶油”的身影。

在未來(lái)，可燃冰或?qū)⒊蔀楦魇凸靖?jìng)相搶占的資源。