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依靠科技创新 试采取得新的重大突破

——写在我国海域天然气水合物第二次试采成功之际

发布时间:2020年03月30日
来源:中国矿业报(2020-03-30) 作者:姜焕琴

2020年3月26日,我国海域天然气水合物(又称“可燃冰”)第二轮试采成功的消息再一次让国人赞叹。

由自然资源部中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物第二轮试采日前取得成功。

第二轮试采现场

在水深1225米的南海神狐海域,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。

这是落实新发展理念、实施创新驱动发展战略的具体行动,这是把地质调查与科技创新相融合的生动案例。以中国地质调查局广州海洋地质调查局为主体的70余家单位近千名业务骨干,经过两年多的集中攻关,150多天在海上的连续作战,抗疫情、攻难关、攀高峰,圆满完成目标任务。试采取得的重大突破,对加快推进产业化进程意义重大。

技术创新推动产业化进程提速

科技创新和信息化是中国地质调查局开展科技创新工作的指导思想,也是地调人的行动指南。正是依靠科技创新,中国地质调查局又一次在南海万里碧波上创造了中国奇迹,为世界新能源革命写下了浓墨重彩的一笔。

探测新能源天然气水合物,一场追赶世界的竞赛。我国天然气水合物调查起步较晚,20世纪90年代初才开始关注国外有关的报道和研究成果。1999年,中国地质调查局广州海洋地质调查局开始天然气水合物调查,彼时,美、加、日等国已深入开展天然气水合物理论研究,钻探获得了天然气水合物的实物样品。

虽然起步晚、起点低,但中国地质调查人坚持依靠科技创新,刻苦钻研,一步一个脚印完成了对世界先进水平的赶超——2017年5月18日我国南海神狐海域天然气水合物第一轮试采成功,实现了理论、技术装备和工程的重大创新,实现了由“跟跑”到“领跑”的历史性跨越。

前进的脚步从未停止。2017年我国海域天然气水合物第一轮试采完成了“探索性试采”,解决了“能否安全、连续开采出来”的问题。首次试采成功后,自然资源部会同财政部、国家发展改革委、科技部,联合广东省人民政府、中国石油天然气集团,加快推进南海神狐海域天然气水合物勘查开采先导试验区建设。中国地质调查局联合中国石油天然气集团、北京大学等国内外70余家单位近千名业务骨干,经过两年多的集中攻关,2019年10月正式启动第二轮试采海上作业。

在第一轮垂直井试采成功的基础上,为了有效提高产气规模,试采科研团队创新性地提出了利用水平井开采天然气水合物的思路。鲜为人知的是,深海浅软地层水平井钻采技术是一个世界性的难题,无先例可循。水平井建井,犹如“在豆腐上打铁,用金刚钻绣花”,难度可想而知。但是,试采科研团队克服了常人难以想象的困难,开展了大量的室内模拟实验和陆地、海上21口井123次的实验,攻克了水平井关键技术难题。尤其是海上施工关键期正值新冠疫情防控最吃劲的阶段,现场指挥部全面精准落实各项防控措施,保障正常生产作业。利用自主研发的钻采技术,实现了产气规模大幅提升,为下一步生产性试采、商业开采奠定了技术基础,我国也成为全球首个采用水平井钻采技术试采海域天然气水合物的国家。

勇于攻关,方能攀高峰。第二次试采创造了“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。有关专家表示,实现天然气水合物产业化,大致可分为理论研究与模拟试验、探索性试采、试验性试采、生产性试采、商业开采5个阶段。第二轮试采完成了“试验性试采”,解决的是“如何提高产气规模”的问题,实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大跨越,使天然气水合物开发利用成为现实可能,向天然气水合物勘查开采产业化迈出了极为关键的一步,标志着我国天然气水合物科技创新的国际“领跑”优势地位进一步增强。

装备创新提高深海探测开发能力

工欲善其事,必先利其器。海域天然气水合物试采是一项创新性的系统工程,常规海洋油气勘探开发装备材料不能直接用于天然气水合物试采,因此必须自主研发试采专用装备等。

加强装备研发是挑战,更是责任。在第一次试采中我们交出了令人满意的答卷,我国自主研发的首台4500米级深海无人遥控探测潜水器“海马”号发挥了不可替代的重要作用,成为国人的骄傲。其实,第一次试采不仅研制了我国首台4500米级深海无人遥控探测潜水器“海马”号、适合试采储层特点的防砂筛管,以及适用于实时监测海底形变的地震监测仪,还研发了天然气水合物保温保压取样器、海底可控源电磁探测系统、天然气水合物试采大型模拟实验装置,同时还采用了我国自主设计建造的超深水半潜式钻井平台“蓝鲸Ⅰ号”。这些装备的研发彰显了中国力量与中国智慧,为第二次试采的开展打下了良好的基础。

“虽有智慧,不如乘势。”有了第一次试采的经验,第二次试采的装备创新成果更加丰硕。据了解,在第二次试采中,我国自主研发了一套实现天然气水合物勘查开采产业化必需的关键技术装备,形成了六大类32项关键技术,其中6项技术领先优势明显;研发了12项核心装备,其中控制井口稳定的装置吸力锚打破了国外垄断。这些技术装备不仅为推进天然气水合物产业化提供了保障,还在海洋资源开发、涉海工程建设等领域具有广阔的应用前景。

唯创新者强,唯创新者胜。虽然在两次试采中,我国装备创新实现了重大发展,但 “只是万里长征中迈出的关键一步”,只有研发适应不同类型特点的试采工艺和技术装备,才能更好地满足今后生产性试采、商业开采的需求,加快天然气水合物产业化进程,支撑服务国家能源资源安全保障。

体系创新证实绿色开发可行性

天然气水合物被称为未来重要的战略接替资源,实现天然气水合物绿色开采对我国能源安全及经济发展意义重大。

随着世界各国对能源需求的不断增长和环境保护的日益加强,清洁能源的推广应用已成必然趋势。天然气水合物作为一种新型能源,燃烧后仅会生成二氧化碳和水。因其具有储量巨大、高效清洁、燃烧值高等特点,被誉为“21世纪最具商业开发前景的绿色清洁战略能源”之一。

长期以来,天然气水合物开发有可能带来的环境问题一直被公众关注,而两次试采都证明其开采安全可控,打消了人们的疑惑。

在第一次试采前,科研人员开展了10余个航次的环境基线调查,获取了海洋地质、海洋生物、海水化学等本底数据,以及海底地层力学参数等。按照国际通用的环境管理体系、工艺安全风险管理等标准,采取了严格的环境保护措施。利用大气、水体、海底和井下“四位一体”监测体系,对甲烷、二氧化碳等参数及海底沉降进行实时监测。与本底数据对比显示,甲烷无泄漏,海底地形无变化,未发生地质灾害。

在第二次试采中,创建了独具特色的环境保护和监测体系,进一步证实了天然气水合物绿色开发的可行性,自主创新形成了环境风险防控技术体系,完善了大气、水体、海底、井下“四位一体”环境监测体系。试采过程中甲烷无泄漏,未发生地质灾害。

深地有金,深海藏能,浩瀚的海洋蕴藏着无限的宝藏。我们坚信,有了两次下深海捉“冰”的经验,今后,我们的步伐更加铿锵有力,未来也定会如你我所愿!

[责任编辑:dc]

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