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第474期(总第474期) 2017年9月10日   本期四版  上一期  下一期  更多期次  
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南海可燃冰成功实现连续开采 我校教授详解地球物理勘探的来龙去脉





可燃冰试采(小图为关闭井)


  经过整整60 天的运行,南海天 然气水合物(即可燃冰)试采7 月 10 日关井,蓝鲸 I号钻井平台目前 已经回到母港———烟台。据悉,本次 试采累计产气超过30 万立方米,首 次取得了持续产气时间最长、产气 总量最大、气流稳定、环境安全等多 项重大成果,创造了产气时长和总 量的世界纪录,标志着我国成为全 球第一个实现在海域可燃冰试开采 中获得连续稳定产气的国家。
  可燃冰勘探始于上世纪 90 年代什么是可燃冰,在南海它是如 何被发现的?带着一系列的问题,我 们找到海洋学院的耿建华教授。
  耿建华介绍,可燃冰的学名为 天然气水合物,是一种分布在深海 沉积物或陆域冻土中的白色固体物 质,主要由水分子和烃类(烃类化合 物是碳与氢原子所构成的化合物) 气体分子组成,其中甲烷占80% ~ 99.9% 。可燃冰之所以备受瞩目,和 人类社会面临的能源危机以及全球 环境变化有关。一旦石油、天然气等 常规化石能源枯竭,可燃冰被认为 是理想的替代能源;同时,可燃冰和 常规化石能源相比是一种环境友好 的烃类资源,是一种高效清洁、储量 巨大的新能源,也是和国家利益密 切相关的战略资源。
  上世纪90 年代末,马在田院士 领导下的反射地震学课题组就开始 了海底可燃冰地球物理勘探方法与 技术研究。2001 年国家863 计划 “海洋资源开发技术”课题将“海洋 天然气水合探测技术”列入资助项 目名单,由广州海洋地质调查局与 同济大学等多家单位组成的课题组 联合开展攻关。
  同济大学研究团队用地震物理 模拟与数值模拟方法研究了地震波 在含天然气水合物沉积地层中的传 播规律和特征、地震波传播速度与 含天然气水合物饱和度之间的关系 等,利用地震反演方法(由地震信息 得到地质信息的过程,包括叠前反 演、叠后反演等方法)获得了含天然 气水合物沉积地层的地震波速度异 常结构,从而识别天然气水合物赋 存分布。
  按照这一技术路径展开的研 究发现,南海北部的东沙、神狐、西 沙一带蕴藏着较为丰富的可燃冰 资源。
  2007 年广州海洋地质调查局 用钻探直接证实了南海水合物的 存在,并初步估算了可燃冰的地质 储量及其开采价值,随后联合国内 多家单位,研究开采中的关键技术 难题。
  可燃冰的规模化连续开采还有 很多问题要解决耿建华说,海洋天然气水合物 储层性质与石油天然气储层性质差 异很大,石油天然存储在固结岩石 孔隙空间中,而天然气水合物一般 以块状、脉状、结核状或者散点状分 布在未固结的海底沉积物中,这种 特殊的赋存条件使得其开采难度相 当大,国际上首先尝试试开采的日 本就未能获得长时间产气。
  海洋天然气水合物的开采首先 存在安全风险,开采可能会导致海 底滑坡等海底地质灾害;其次是全 球环境变化问题,可燃冰虽然号称 是绿色烃类资源,但其开采过程却 可能面临破坏环境的风险。业内不 少人担心,如果开采过程中稳定性 控制不当,就可能导致天然气水合 物失稳而大量分解,分解的甲烷气 体扩散至大气中,增加了大气的温 室效应,从而可能加速全球变暖。中 国石油网刊文说,如果目前全球埋 藏的可燃冰全部分解扩散到大气 中,地球平均气温将在10 年内上升 4℃,其后果将是灾难性的。
  虽已初战告捷,但商业化开采 还在路上耿建华说,这次南海可燃冰的 连续60 天试开采成功,是中国海洋 人20 多年持之以恒、锲而不舍的探 索与攻关的成果。他说,试开采成功 与近年来国家大力实施的海洋强国 战略与高强度投入密切相关。
  我国的深潜、深海钻井与油气 开发平台建造技术,通过这些年的 刻苦攻关,已经步入世界前列。5 月 中旬开始,中国开采可燃冰使用的 蓝鲸 I号钻井平台,在距离珠海320 公里的神狐海域展开作业,100 多 米高的平台被蔚蓝的大海环抱,可 燃冰试采点燃的橘红色火焰熊熊燃 烧,景象非常壮观。这个看似普通的 海上油气开采平台是全球首座第七 代双井架、半潜式钻井平台,其工作 原理藏着中国六大技术体系、二十 项关键技术,都是自主创新的成果。 它把开采可燃冰固体变成了开采气 体,在原位通过降压把水合物中的 甲烷释放出来,直接采甲烷,同时全 程都确保可控,不会引发海底甲烷 泄漏。
  可燃冰开采除了技术风险、环 境等问题外,还存在经济效益的问 题。耿建华表示,这次担任开采任务 的海上平台一天的维持费用需要数 百万元,按照一立方天然气2 元计 算,可燃冰开采每天至少要数百万 方以上,才能维持平衡。要想盈利, 实现可燃冰的经济开采是个不小的 问题。他说,有统计显示,世界各大 洋中,天然气水合物总资源量大约 相当于全球已知煤、石油和天然气 总储量的两倍,可供人类使用数百 年,但经济便捷高效地获得却是必 须攻克的课题。
  耿建华说,要完成从可燃冰的 试开采到商业性开采正如从工程样 品到市场商品的飞跃,需要我们这 些科学工作者在海洋基础科学和工 程技术、装备领域等多个层面上,做 更多深入的研究。比如,能否在开采 天然气水合物的过程中用二氧化碳 置换,即将沉积物孔隙中的天然气 水合物开采出来,同时将二氧化碳 存放于沉积物孔隙中,形成二氧化 碳水合物,一方面可避免开发可燃 冰引起的海底滑坡地质灾害,另一 方面封存人类活动排放的二氧化 碳,降低大气温室效应,一举两得。
  资料显示,我国南海预计有 680 亿吨油当量的可燃冰。可燃冰 的开采必须继续探索,出于配合 这项工作的需要,同济大学反射 地震组最近又参与完成了新的地 震勘探方法的研究,利用海底四 分量地震仪记录丰富的地震信 息,有望更有效、更精确探测海底 天然气水合物。
  据悉,旨在摸清南海深水油气 潜力,我校海洋资源研究中心暑假 期间主办了南海深水油气发展战略 研讨会,邀请国土资源部油气战略 研究中心、中海油、同济大学海洋与 地球科学学院等有关专家20 余人 参会。会上,专家们就南海深水油气 勘探进展和发展形势作了专题报 告,与会专家还就促进深水油气发 展的体制改革和政策建议进行了深 入的讨论,会议取得了丰硕的成果。 该中心特聘教授、中海油总地质师 朱伟林表示,本次研讨会开启了由 同济大学海洋资源研究中心牵头, 政府、企业和高校三方合作进行深 水油气发展战略研究的新模式,同 时也充分发挥了同济大学多学科交 叉的突出优势。 (程国政)

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