中國加速邁向“可燃冰時(shí)代”

　　2017年，中國在南海北部神狐海域進(jìn)行的首次可燃冰試采并獲得圓滿成功。圖為試采現(xiàn)場(chǎng)(新華社 發(fā))

　　這是一種特殊的冰，雖然溫度很低，但是一遇到火種便會(huì)熊熊燃燒，形成“冰火交融”的自然奇觀。這種冰有自己獨(dú)特的形成條件和儲(chǔ)藏位置，或埋藏于陸上永久凍土層中，或深潛于深達(dá)千米的海底。它就是天然氣水合物，俗稱“可燃冰”。

　　在人類的能源體系中，可燃冰可謂是既古老又年輕的種類?！肮爬稀痹谟谄湫纬傻牡刭|(zhì)年代久遠(yuǎn)，“年輕”在于人類對(duì)其發(fā)現(xiàn)和研究時(shí)間較晚，而商業(yè)開發(fā)與利用甚至還沒有開始，它因此被稱為“未來能源”。

　　由于中國的相關(guān)研究起步時(shí)間更晚，可燃冰在中國顯得更“年輕”，然而，在改革開放的浪潮中，中國科技工作者以只爭(zhēng)朝夕、時(shí)不我待的精神，深入鉆研可燃冰勘探與開發(fā)技術(shù)，取得豐碩成果。不僅摸清了本國陸域和海域可燃冰蘊(yùn)藏家底，而且在全球率先成功進(jìn)行了可燃冰試開采，并著手規(guī)劃商業(yè)試開采和商業(yè)開采與大規(guī)模開發(fā)利用，積極推動(dòng)本國能源變革，加速向“可燃冰時(shí)代”邁進(jìn)。

　　未來能源潛力巨大

　　可燃冰以固態(tài)等形式賦存于海底沉積物或陸上凍土區(qū)巖石的裂隙、孔隙中，具有燃燒值高、污染小、儲(chǔ)量大等特點(diǎn)，被各國視為未來石油、天然氣的戰(zhàn)略性替代能源。

　　針對(duì)可燃冰的上述特點(diǎn)，國土資源部天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室總工程師劉昌嶺研究員介紹說，可燃冰在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1立方米可燃冰可釋放出164立方米天然氣和0.8立方米的水，能量密度是天然氣的2-5倍、是煤的10倍。單位體積的可燃冰燃燒能發(fā)出的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤、石油和天然氣，而且燃燒后幾乎不會(huì)產(chǎn)生污染氣體，因此它被公認(rèn)為是一種清潔的能源。

　　19世紀(jì)，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室合成出可燃冰。20世紀(jì)30年代，工程師在天然氣輸氣管道里發(fā)現(xiàn)時(shí)常造成堵塞的冰塊就是可燃冰。蘇聯(lián)科學(xué)家根據(jù)人為環(huán)境中可燃冰產(chǎn)生的條件作出推測(cè)：如果滿足低溫高壓、有氣有水的條件，也可能有天然的可燃冰存在。

　　20世紀(jì)60年代，上述推測(cè)被證實(shí)，可燃冰礦藏在西西伯利亞凍土地區(qū)麥索雅哈氣田被發(fā)現(xiàn)。美國從20世紀(jì)80年代初制定了10年可燃冰研究計(jì)劃，并于1988年起將其列入國家能源戰(zhàn)略長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃。日本自20世紀(jì)70年代末在南海海槽發(fā)現(xiàn)似海底反射層后，加大日本周邊海域可燃冰的探測(cè)力度，80 年代末鉆探獲得可燃冰樣品。

　　中國石油華北油田公司高級(jí)工程師付亞榮介紹說，目前，美國、俄羅斯、加拿大、荷蘭、日本、印度等國已對(duì)可燃冰進(jìn)行了廣泛的勘探，其目標(biāo)和范圍含蓋了幾乎所有的海洋陸緣重要潛在區(qū)域和高緯度極地永久凍土帶及南極大陸陸緣地區(qū)。勘探表明，可燃冰存在于西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千島海溝、沖繩海槽、日本南海海槽、南海海槽等廣泛區(qū)域，甚至探明北極地區(qū)有大量正在形成的可燃冰。

　　就儲(chǔ)量而言，可燃冰非常豐富，約是剩余天然氣儲(chǔ)量的128 倍，其有機(jī)碳總資源量相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣碳含量的2倍。僅海底探查到的可燃冰分布量，就可供人類使用1000年。

　　值得一提的是一些國家在可燃冰開采方面進(jìn)行了嘗試和實(shí)踐。在西西伯利亞麥索雅哈氣田，蘇聯(lián)在上個(gè)世紀(jì)70年代進(jìn)行了人類歷史上首次商業(yè)化開發(fā)陸域可燃冰礦體，斷斷續(xù)續(xù)開采了17年。

　　首個(gè)實(shí)現(xiàn)海域可燃冰抽取的是日本。上世紀(jì)末，日本投入巨資在重點(diǎn)海域進(jìn)行地球物理調(diào)查和實(shí)驗(yàn)鉆探，獲得了海域可燃冰樣品，首次掌握利用地震探測(cè)和物理探測(cè)抽取可燃冰的技術(shù)。2013年3月，日本采用井下電潛泵排液采氣和井下電加熱等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全球首次試采海域可燃冰，但后來遭遇泥沙阻塞鉆井通道而中止。4年后，日本進(jìn)行了第二次試采，遭遇相同狀況。

　　20載從空白到前沿

　　中國科學(xué)家對(duì)可燃冰的研究相對(duì)較晚。1985年，時(shí)任地質(zhì)礦產(chǎn)部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局總工程師的金慶煥在《海洋油氣勘探概況及石油地質(zhì)學(xué)動(dòng)向》中提到“可燃冰”。他指出，全球13%陸地凍土帶的可燃冰和比陸地凍土帶多100倍的海域可燃冰將是人類未來的重要能源。這是這個(gè)概念第一次在國內(nèi)出現(xiàn)。1990，中國科學(xué)院蘭州冰川凍土研究所與莫斯科大學(xué)開展人工合成可燃冰實(shí)驗(yàn)，采用甲烷和蒸餾水在室內(nèi)合成了可燃冰，外觀、揮發(fā)性和可燃性等與自然界取得的可燃冰樣品具有完全相同特點(diǎn)。1992年，國內(nèi)翻譯出版了系統(tǒng)介紹可燃冰的早期文獻(xiàn)《國外天然氣水合物研究進(jìn)展》，中國地質(zhì)科學(xué)研究院礦床地質(zhì)研究吳必豪研究員等完成了對(duì)可燃冰技術(shù)追蹤、收集資料和初步研究工作。1995—1997年，中科院礦床所與中國地質(zhì)礦產(chǎn)信息研究院合作完成了“西太平洋天然氣水合物找礦前景與方法的調(diào)研”課題，認(rèn)為西太平洋邊緣海域包括中國東海和南海具備可燃冰的成藏條件和找礦前景。

　　付亞榮指出，在上述早期科研信息搜集和研究基礎(chǔ)上，中國從1999年啟動(dòng)了可燃冰實(shí)質(zhì)性調(diào)查與研究，并取得了一系列重大突破。2000 年，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局在南海海底發(fā)現(xiàn)了總量估計(jì)相當(dāng)于全國石油總量一半的巨大可燃冰帶，迅速從海底取出了樣品。2002年正式啟動(dòng)為期10年的對(duì)中國海域可燃冰資源調(diào)查與研究專項(xiàng)，陸續(xù)在南海北部陸坡區(qū)的西沙海槽、神狐、東沙及瓊東南4個(gè)海域，進(jìn)行了25 個(gè)航次的可燃冰資源調(diào)查與評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)了南海北部陸坡可燃冰有利區(qū)，評(píng)價(jià)了南海北部陸坡可燃冰資源潛力，確定了東沙、神狐兩個(gè)可燃冰重點(diǎn)目標(biāo)，證實(shí)了中國南海存在可燃冰資源。

　　2007年，中國首個(gè)可燃冰鉆探航次在南海神狐海域珠江口盆地進(jìn)行，成功獲得可燃冰樣品，標(biāo)志著中國可燃冰調(diào)查研究水平步入世界先進(jìn)行列，成為繼美國、日本、印度之后第4個(gè)通過國家級(jí)研發(fā)計(jì)劃獲得可燃冰實(shí)物樣品的國家。第二年，中國陸域可燃冰調(diào)查獲得重大進(jìn)展，在海拔近4100米的青海省天峻縣木里鎮(zhèn)祁連山南緣永久凍土帶首次發(fā)現(xiàn)并檢測(cè)出可燃冰，成為世界上首個(gè)在中低緯度凍土層發(fā)現(xiàn)可燃冰的國家。2013年，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局在臺(tái)西南盆地鉆獲了在中國海洋可燃冰鉆探史上具有里程碑意義的滲漏型和擴(kuò)散型實(shí)物樣品，為后續(xù)試開采準(zhǔn)備了必要條件。

　　2017年可謂“中國可燃冰收獲年“，經(jīng)過20年研究和技術(shù)積累，中國在南海北部神狐海域進(jìn)行的首次可燃冰試采獲得圓滿成功。3月28日，在萬眾矚目之下，可燃冰試采正式開鉆，僅1個(gè)多月后，5月10日便點(diǎn)火成功。到5月18日，試采連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣8天，累計(jì)產(chǎn)氣量超12萬立方米，平均日產(chǎn)超1.6萬立方米，超額完成“日產(chǎn)萬方，連續(xù)產(chǎn)氣一周”的預(yù)定目標(biāo)，取得圓滿成功。

　　截至2017年7月9日，試采連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)60天，累計(jì)產(chǎn)氣量超30萬立方米，超額完成預(yù)期目標(biāo)，主動(dòng)實(shí)施關(guān)井，創(chuàng)造了連續(xù)產(chǎn)氣時(shí)長(zhǎng)和產(chǎn)氣總量?jī)身?xiàng)世界紀(jì)錄。這是中國首次、也是世界首次成功實(shí)現(xiàn)對(duì)資源量占全球90%以上、開發(fā)難度最大的泥質(zhì)粉砂型天然氣水合物試采，標(biāo)志著中國取得了天然氣水合物勘查開發(fā)理論、技術(shù)、工程、裝備的自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。試采成功為推動(dòng)天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化邁出了關(guān)鍵的一步，對(duì)保障國家能源安全、推動(dòng)綠色發(fā)展、建設(shè)海洋強(qiáng)國具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

　　試商采劍指2020

　　“海域天然氣水合物試采成功只是萬里長(zhǎng)征邁出的關(guān)鍵一步，后續(xù)任務(wù)依然艱巨繁重?！闭缰泄仓醒搿鴦?wù)院對(duì)海域可燃冰試采成功的賀電所指出的那樣，雖然經(jīng)過長(zhǎng)期不懈努力，中國取得了天然氣水合物勘查開發(fā)理論、技術(shù)、工程、裝備的自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破，但是距離可燃冰商業(yè)開發(fā)和大規(guī)模利用還有很長(zhǎng)很長(zhǎng)的路要走，唯有一如既往地以只爭(zhēng)朝夕的精神，持之以恒的艱苦奮斗才能把這種“未來能源”變?yōu)椤艾F(xiàn)實(shí)能源”。

　　海域可燃冰試采初戰(zhàn)告捷之后，中國加快了推動(dòng)可燃冰向商業(yè)化開發(fā)方向挺進(jìn)的步伐。2017年11月，根據(jù)礦產(chǎn)資源法實(shí)施細(xì)則有關(guān)規(guī)定，天然氣水合物即可燃冰被列為新礦種。此舉有利于加快可燃冰資源開發(fā)利用步伐，促進(jìn)勘查開發(fā)投資主體多元化，促進(jìn)天然氣水合物勘查開采科技創(chuàng)新。據(jù)當(dāng)時(shí)的國土資源部礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量司司長(zhǎng)鞠建華介紹，確立可燃冰為新礦種，將更有利于協(xié)調(diào)利益關(guān)系，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，拉動(dòng)鉆采裝備制造、管網(wǎng)建設(shè)、工程施工、液化天然氣船、非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)特種技術(shù)及裝備制造，形成上游勘探開發(fā)、中游運(yùn)輸儲(chǔ)備、下游綜合利用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

　　中國在可燃冰領(lǐng)域的發(fā)展歷程昭示，堅(jiān)持科技先導(dǎo)，著力推動(dòng)科技進(jìn)步是跨越式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)迎頭趕上的必由之路，在通往商業(yè)化開采的過程中，也是如此。2017年底，經(jīng)科技部批準(zhǔn)建設(shè)，依托中國海油旗下中海油研究總院有限責(zé)任公司，整合國內(nèi)科研力量，組建天然氣水合物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。作為可燃冰科研和開發(fā)的國家隊(duì)，中海油先后承擔(dān)了國家“863”“973”等重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等，已初步明確了資源勘探、開采技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)防控和流動(dòng)保障等4大研究方向，其參與組建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)志著中國天然氣水合物工作進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段。

　　與此同時(shí)，由中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局建設(shè)的深海科技創(chuàng)新中心正式選址廣州南沙龍穴島東北部，海域天然氣水合物(可燃冰)勘查試采開展一系列海洋地質(zhì)工作是該創(chuàng)新中心的重中之重。根據(jù)規(guī)劃，創(chuàng)新中心將建設(shè)可燃冰科研工作基地、巖心庫等關(guān)鍵設(shè)施，目前，工作基地和碼頭項(xiàng)目前期工作正在抓緊推進(jìn)，預(yù)計(jì)2021年建成。

　　千帆競(jìng)渡，百舸爭(zhēng)流。在當(dāng)今能源科技快速發(fā)展的背景下，可燃冰作為一種潛力巨大的清潔能源，其商業(yè)化開發(fā)利用是很多國家的戰(zhàn)略需求和孜孜以求的奮斗目標(biāo)。付亞榮指出，急于尋求能源突破的日本計(jì)劃在2018 年開發(fā)出成熟的可燃冰開采技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。中國在《國土資源“十三五”科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》中也明確提出，到2020年攻克海域天然氣水合物試采關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化試采。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，早日催生“中國的可燃冰時(shí)代”，中國科學(xué)家和能源產(chǎn)業(yè)界必須拿出更頑強(qiáng)的拼搏精神。