在人類的能源體系中，可燃冰可謂是既古老又年輕的種類。“古老”在于其形成的地質(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(méi)有開始，它因此被稱為“未來(lái)能源”。
由于研究起步時(shí)間更晚，可燃冰在中國(guó)顯得更“年輕”，然而，在改革開放洶涌的浪潮中，中國(guó)科技工作者以只爭(zhēng)朝夕、時(shí)不我待的忘我拼搏精神，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(guó)陸域和海域可燃冰蘊(yùn)藏家底，而且在全球率成功進(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(guó)能源變革，加速向“可燃冰時(shí)代”邁進(jìn)。
未來(lái)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(guó)視為未來(lái)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(guó)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對(duì)可燃冰介紹說(shuō)，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)室合成出來(lái)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(guó)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(guó)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(guó)石油華北油田公司高級(jí)工程師付亞榮介紹說(shuō)，目前，美國(guó)、俄羅斯、加拿大、荷蘭、日本、印度等國(guó)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，約為是剩余天然氣儲(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。僅海底探查有可燃冰分布量，可供人類使用1000年。
值得一提的是一些國(guó)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。上個(gè)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。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(lái)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(guó)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(lái)的重要能源。這是這個(gè)概念第一次在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)。1990，中國(guó)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)合成了可燃冰取得成功，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(guó)內(nèi)翻譯出版了系統(tǒng)介紹可燃冰的早期文獻(xiàn)《國(guó)外天然氣水合物研究進(jìn)展》，中國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)石油總量一半的巨大可燃冰帶，迅速?gòu)暮５兹〕隽藰悠贰?/p>
2002年正式啟動(dòng)為期10年的對(duì)中國(guó)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2個(gè)可燃冰重點(diǎn)目標(biāo)，證實(shí)了中國(guó)南海存在可燃冰資源。
2007年，中國(guó)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(guó)可燃冰調(diào)查研究水平步入世界先進(jìn)行列，成為繼美國(guó)、日本、印度之后第4個(gè)通過(guò)國(guó)家級(jí)研發(fā)計(jì)劃獲得可燃冰實(shí)物樣品的國(guó)家。第二年，中國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)可燃冰收獲年”，經(jīng)過(guò)20年研究和技術(shù)積累，中國(guó)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(wàn)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(wàn)立方米，平均日產(chǎn)超1.6萬(wàn)立方米，超額完成“日產(chǎn)萬(wàn)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(wàn)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(guó)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(guó)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(guó)家能源安全、推動(dòng)綠色發(fā)展、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)具有重要而深遠(yuǎn)的意義。
劍指2020商業(yè)試采
“海域天然氣水合物試采成功只是萬(wàn)里長(zhǎng)征邁出的關(guān)鍵一步，后續(xù)任務(wù)依然艱巨繁重。”正如中共中央、國(guó)務(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(guò)長(zhǎng)期不懈努力，中國(guó)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(lái)能源”變?yōu)?ldquo;現(xiàn)實(shí)能源”。
海域可燃冰試采初戰(zhàn)告捷之后，中國(guó)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(guó)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(guó)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(guò)程中，也必然是如此。2017年底，經(jīng)科技部批準(zhǔn)建設(shè)，依托中國(guó)海油旗下中海油研究總院有限責(zé)任公司，整合國(guó)內(nèi)科研力量，組建天然氣水合物國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。作為可燃冰科研和開發(fā)的國(guó)家隊(duì)，中海油先后承擔(dān)了國(guó)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(guó)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(guó)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(kù)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)今能源科技日新月異的背景下，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(guó)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(guó)在《國(guó)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(guó)的可燃冰時(shí)代”，中國(guó)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。
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