中国国土资源报:中国南海的冰与火
我国首次海域天然气水合物(可燃冰)试采成功纪实

发布时间:2018-01-03

 

  2017年5月18日,熊熊燃烧的冰火,给全世界烙上了深深的中国印记。 
  多少个日日夜夜的艰辛探索,多少人翘首以盼的火焰在这一刻格外耀眼! 
  此刻,在南海神狐海域可燃冰试采平台上,人们簇拥在一起,欢呼、祝贺的声音久久回荡在平台上空。 
  媒体也沸腾了!国内外媒体迅速报道这一消息,赞誉与祝贺像雪片一样飞向中国南海。 
  2017年5月18日,这是一个让国人振奋和自豪的日子,我国首次开展海域天然气水合物(可燃冰)试采获得圆满成功!冲天而起的火焰标志着我国清洁能源可燃冰勘查、试采迈上了新台阶。 
  从2017年5月10日开始,我国在南海神狐海域海底天然气水合物矿藏中首次成功开采出天然气,并试气点火。在水深1266米的海底,203米至277米储层的可燃冰经降压分解后,甲烷气体沿着气液分离管道,从平台燃烧臂内喷涌而出,熊熊火焰在蓝色大海上格外耀眼。 
  18日10时,中国国土资源部在距离珠海320公里的“蓝鲸Ⅰ号”钻井平台上,召开了可燃冰试采现场会,姜大明部长向世界庄严宣布:我国首次海域天然气水合物(可燃冰)试采成功!这是我国首次,也是世界首次成功实现了资源量全球占比90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物(可燃冰)安全可控开采。 
  中共中央、国务院为此专门发来贺电:“经过近20年不懈努力,我国取得了天然气水合物勘查开发理论、技术、工程、装备的自主创新,实现了历史性突破。这是在以习近平同志为核心的党中央领导下,落实新发展理念,实施创新驱动发展战略,发挥我国社会主义制度可以集中力量办大事的政治优势,在掌握深海进入、深海探测、深海开发等关键技术方面取得的重大成果,是中国人民勇攀世界科技高峰的又一标志性成就,对推动能源生产和消费革命具有重要而深远的影响……” 
  多少个日日夜夜的艰辛探索,多少人翘首以盼的火焰在这一刻格外耀眼! 
  此刻,试采平台上人们簇拥在一起,欢呼、祝贺的声音久久回荡在平台上空。 
  媒体也沸腾了!国内外媒体迅速报道这一消息,赞誉与祝贺像雪片一样飞向中国南海。 
  2017年5月18日,熊熊燃烧的冰火,给全世界烙上了深深的中国印记。 
  一、飞赴南海神狐 
  当人们聚焦于南海深蓝天空中跃然而起的熊熊火焰时,我们将目光倾注在这束火焰背后——我国科技工作者的艰苦付出和锲而不舍的探索与追求。 
  7月19日,我们乘坐直升机从珠海飞向中国南海。 
  中午,我们换上橘红色的安全服,戴上安全帽,走进可燃冰试采现场——“蓝鲸Ⅰ号”平台。这个净重超过43000吨、近40层楼高的庞然大物,整体浮在茫茫大海上,却能牢牢地“扎”住,纹丝不动。中国地质调查局水合物试采现场指挥部设置在平台甲板的第五层,这是试采工作的核心,工作指令从这里发出后传达到平台的各个角落,各种设备有条不紊地运行着,各种数据源源不断地从海底采集传输上来。
  “我们采用了先进的液压井喷防控技术、实时监控海底的水下机器人技术。通过监测井得到的数据分析,目前井底地质环境稳定,没有发生甲烷泄漏的情况……”现场技术工程师黄芳飞向我们详细介绍着正在施工的第二口监测井。 
  进入位于平台前端的监控室,从屏幕上能够清楚地看到延伸到海底1266米深处的钻杆旋转情况。姚康潮工程师一边给我们展示水下机器人如何向海底井口注入防冻液的视频,一边介绍声呐、机械手、摄像头、重力仪器在井底如何工作。不远处,中方科技人员正与外国工程技术人员就平台技术和操作问题认真交流着。一流的平台支撑和试采中运用的各项先进技术,充分显示了中国科技正逐步领跑世界天然气水合物试采的实力。 
  二、艰难的追赶 
  2017年7月9日,我国南海天然气水合物试采工程全面完成预期目标,主动实施试采井关井作业。自5月10日试气点火以来,连续试开采60天,累计产气超过30万立方米。中国在南海神狐海域创造了可燃冰试采产气时间最长、产气总量最高的世界纪录。在这场可燃冰新型能源开发竞赛中,中国科技工作者实现了从追赶、并行到领跑的超越。 
  “用情至深,无怨无悔。”提起可燃冰,广州海洋地质调查局副局长、曾担任可燃冰国家专项第二负责人、我国可燃冰研究起步阶段主要研究者之一的张光学说。 
  在20世纪90年代中后期,张光学就开始了对可燃冰的前期研究。1998年开展的新一轮国土资源大调查中,他主笔撰写了《南海北部陆坡甲烷水合物资源调查与评价》项目书,后成功立项。这是我国海域水合物进入实质性调查的关键一步。 
  1999年,中国地质调查局成立,同意可燃冰项目作为新一轮国土资源大调查项目提前启动。由于经费有限,1999年可燃冰项目调查选在西沙海域,并在这里发现了重要地震标志——似海底反射(BSR)。2001年1月,广州海洋地质调查局组建了由梁金强等7位科技人员组成的天然气水合物研究室。 
  随着可燃冰调查不断深入,2002年起我国可燃冰研发工作有了稳定的国家资金支持。 
  2002年3月,“海洋四号”科考船出征,在陡坎处进行海底重力活塞取样,发现了一些地方甲烷高含量异常,这是可燃冰溢出的重要证据。 
  2004年5月,由中德两国科学家组成的科学考察队,在珠江口盆地东部海域发现了面积巨大的碳酸盐岩礁。这是可燃冰存在的重大证据,被命名为“九龙甲烷礁”。 
  为证实可燃冰确实存在,必须依托钻探找到实物样品验证。从2007年开始,我国加快了可燃冰研究和勘查步伐。同时,我国不断加强可燃冰探测技术研究。“十一五”之初,国家863计划实施“天然气水合物勘探开发关键技术”重大项目,涉及热流、地化、地震等相关的水合物探测技术共11个方面,我国海域水合物探测科学研究团队随之建立。 
  三、国家行动 
  在党中央、国务院的领导下,我国可燃冰研发上升为国家行动。国土资源部、财政部、国家发改委、科技部密切配合,强力推进我国海洋可燃冰资源研发工作。2016年初,国务院制定的《国民经济和社会发展十三五规划纲要》明确指出,将推进我国可燃冰资源勘查与商业试采列入能源发展重大工程。 
  早在2011年,国务院就批准设立了新的天然气水合物(可燃冰)国家专项。专项分两个阶段:第一阶段为2011年至2020年,为可燃冰试采阶段;第二阶段为2021年至2030年,为可燃冰产业化、商业化开发阶段。至此,在可燃冰这场能源攻坚战中,国家投入和预投入的经费已达百亿元。 
  新的国家专项设立后,中国地质调查局、广州海洋地质调查局在珠江口盆地东部海域发现了可燃冰有利目标区,经科学论证确定了钻探取样井位,并于2013年正式施工。 
  2007年4月至6月,我国在南海北部神狐海域实施第一次可燃冰钻探取样,首次钻获高甲烷含量的水合物实物样品,使我国成为继美国、日本、印度之后第四个通过国家级研发计划在海底钻获水合物实物样品的国家。 
  2013年,我国在珠江口盆地东部海域开展可燃冰钻探工作,由中国科学家组成的可燃冰团队在水深800米的海底终于取到了可视的可燃冰样品!这一成果显示,自1999年开展可燃冰调查以来,经过长期的勘探实践、探索和创新,我国在南海北部钻探获取了多类型水合物实物样品,发现了超千亿方级水合物矿藏,取得了一系列重大找矿成果。 
  2015年之后,我国科学家就开始围绕可燃冰的试采开展工作,在神狐海域打了19个站位,全部见到可燃冰。在其中4个站位取样,最后圈定2个矿体,一个8平方公里,一个3平方公里。在这次神狐海域钻探中发现了超大型天然气水合物矿藏,在其邻近海域利用自主研发的“海马号”4500米级深海非载人遥控探测潜水器(ROV)首次发现了海底活动性“冷泉”——“海马冷泉”区,并首次通过重力取样器直接在海底浅表层采获水合物实物样品。 
  四、深谋远虑的三大决策 
  2016年5月30日,习近平总书记在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上指出,“深海蕴藏着地球上远未认知和开发的宝藏,但要得到这些宝藏,就必须在深海进入、深海探测、深海开发方面掌握关键技术”,发出了中国向深海进军的号令。 
  9月5日,国土资源部召开全国国土资源系统科技创新大会,就我国“向深海、深地、深空探测进军”作出了部署,并把开展天然气水合物勘查、试采工作列为国土资源科技创新重大战略的目标任务。 
  随后,中国地质调查局、广州海洋地质调查局加快了可燃冰的试采进程。2016年在神狐海域开展了8个站位的钻探,为试采工作确定了最终目标井位。 
  在近20年里,中国地质调查局、广州海洋地质调查局披荆斩棘,顶住外界质疑和压力,实现了我国可燃冰勘查研究从跟跑、并行到领跑的跨越。 
  “运筹帷幄之中,决胜千里之外。”中国南海神狐的火焰持续燃烧了60天,全面完成了试采任务,与中国地质调查局党组深谋远虑的三项决策密切相关:一是任命叶建良为广州海洋地质调查局局长、可燃冰试采现场指挥部指挥长。二是在科学分析周密计算的前提下,将可燃冰试采产气量和试采时间大幅度调整,并对储层改造进行了大胆创新,取得了突破性的进展。三是考虑到2017年可燃冰试采工作进入工程阶段,确定广州海洋地质调查局为承担可燃冰试采项目的主体单位。2016年5月6日,广州海洋地质调查局成立水合物试采现场指挥部办公室制定了详细的水合物试采实施方案,有序开展了钻采设备、材料等各项准备工作,为试采工作奠定了坚实基础。 
  姜大明部长心系南海神狐海域可燃冰试采,专程到试采工作平台参加试采现场会,宣布我国海域天然气水合物试采成功,慰问全体试采参研参试工作人员,而后又赶往广州海洋地质调查局调研。就加快促进天然气水合物勘查开采产业化进程,他要求:一是继续探索、认真总结,精心组织实施后续几口井的试采工作;二是认真落实中共中央、国务院的贺电要求,加快促进天然气水合物勘查开采产业化进程,继续保持试采技术领先水平;三是面向国家重大需求,瞄准世界科技前沿,用科技创新和制度创新改革地质调查工作;四是开展大协同、大合作、内外部协作与开放合作,发挥制度优势;五是中国地质调查局组织广州海洋地质调查局、青岛海洋地质所研究深海地质探测方案,通盘考虑地球深部探测科技创新工作;六是广州海洋地质调查局做好海洋地质工作,结合广东经济社会发展需求,积极服务地方建设。 
  五、全球一流的“蓝鲸Ⅰ号” 
  “蓝鲸Ⅰ号”,这个由我国自主研发、设计、制造的试采平台,在南海神狐海域可燃冰成功试采中功不可没。 
  “蓝鲸Ⅰ号”诞生于山东烟台,是我国自主设计建造的超深水半潜式钻井平台,也是目前世界上最先进的钻井平台。 
  2017年3月6日,“蓝鲸Ⅰ号”直接从烟台奔赴南海工区,七天后顺利抵达神狐海域。 
  3月28日,中国地质调查局“五大科技攻坚战”的头号工程——水合物试采的第一口井在我国南海神狐海域正式开钻。 
  5月10日,在完成钻井、储层改造及井下设备安装作业后,试采井开始启泵降压。14时52分,气路火炬臂一次点火成功,我国从南海神狐海域水深1266米海底以下203至277米的天然气水合物矿藏中首次开采出天然气。 
  5月18日,试采井连续产气近8天,最高单日产量3.5万立方米,平均日产超1.6万立方米,累计产气超12万立方米,天然气产量稳定,甲烷含量高达99.5%,超额完成了“日产万方,持续一周”的预定目标。 
  为了保持领先水平,中国地质调查局党组再次作出重大决策——提升试采目标,由连续产气8天改为60天,以求取得更多更全的试采数据。 
  6月上旬,台风“苗柏”逐渐形成,往返货轮、船只密切关注台风走向和风力,以便及时避让,而“蓝鲸Ⅰ号”却无法避让,试采团队面临着艰难选择:不停止试采,台风对设备的影响难以预料;如果停止试采、撤离,将是这次可燃冰持续开采和研究工作的重大损失。 
  最终,试采现场指挥部与“蓝鲸Ⅰ号”操船团队根据南海前期台风的特点,以及对平台动力系统和定位系统的能力评价,慎重作出“保持生产测试,原地抗击台风”的决定,同时制定了详细的应急预案。 
  6月12日,南海神狐海域可燃冰连续试采达32天,台风“苗柏”如期而至。凌晨4时,“苗柏”转向,风力突然由预测的9级加大至11级,速度超过60节,每秒30米,海况异常恶劣,这对“蓝鲸Ⅰ号”是场生死未卜的考验。 
  台风正面袭来,指挥长叶建良坚守现场,率队抗击。平台凭借强大的动力定位系统和经验丰富的操船队伍,一直保持在安全区域与台风正面对抗,实测最大漂移距离不超过6.5米。在试采各参战单位的坚守下,南海可燃冰试采的火焰在狂风暴雨中依旧燃烧。 
  让我们的目光回到3月28日,试采工程开钻的那一天。 
  晴朗的天空下,望着“蓝鲸Ⅰ号”巍峨的钻塔,随着钻杆一根又一根接起来钻向深海底部,挺进可燃冰储层,地质组副组长匡增桂的压力越来越大,他主要负责可燃冰试采井位的选取。 
  无法入眠的他经常半夜坐在指挥部问自己,我们选的井位究竟值不值得国家动用这么多人力、物力、财力?万一打下去什么都没有,自己该如何面对? 
  “三军未动,粮草先行。”精细的地质工作就是可燃冰这场能源竞争的“粮草”。从2013年开始,以梁金强为首的地质组根据多年的勘查和研究,把可燃冰钻井井位选定在条件非常好的珠江口盆地西部海域,精确地选定了钻井井位。不料,临近试采工作前夕,因客观原因,研究最成熟的珠江口盆地西部海域孔位不得不放弃,他们把目标转移到神狐海域。留给他们的时间只有一个月,他们吃住在办公室,不分昼夜分析研究资料,最终如期确定了井位。 
  钻具距海底的位置越来越近,匡增桂的焦虑也越来越严重。 
  试采指挥部办公室主任邱海峻,察觉到他有些不对劲,主动找他谈话:“小匡,不要有负担。第一口井就是失败了,积累的经验也可以用于第二口井。” 
  5月10日,紧张的一刻终于来临,成败在此一举。 
  9时20分,平台开泵降压,气路管线压力下降。 
  14时52分,叶建良指挥长下令点火。顿时,从平台伸向海面的火焰冲天而起! 
  点火成功了,但更大的挑战还在后面。 
  可燃冰试采点火第二天,现场指挥部的决策者和科技人员与前一天相比判若两人,褪去激动、欣喜、欢快的神情,所有人都紧张地盯着大屏幕上不断变化的数据。 
  为了完成中国地质调查局“日产万方、连续一周”的试采任务,叶建良每晚都组织科研人员针对出现的各种情况进行讨论,会议经常到深夜才结束。大家都清楚,点火成功后的这一周极为关键。 
  2014年7月,得知中国在第八届国际水合物大会上宣布将可燃冰试采时间定在2017年,原计划在2018年进行可燃冰试采的日本竟然把时间也提前到2017年。但日本从5月4日试采到5月15日,因出砂问题被迫终止,12天产气3.5万立方米,每天平均出气量3000立方米左右。所以,我国这次可燃冰试采不仅要点火出气,重要的是出气量要更大、出气时间要更长,而且不能出现砂堵出气管的问题。 
  试采指挥部办公室副主任、工程组组长谢文卫和组员围绕试采工作目标,全面搜集工程技术信息,配合地质模拟分析及测试工作需求,提供工程技术支撑服务,协调落实现场指挥部的试采工程技术方案,完成试采工程的监督与管理,及时提交工程技术总结。 
  功夫不负有心人。现场指挥部大屏幕上跃动的数字不断攀升。5月18日,出气总量达到12万多立方米,平均日产1.6万立方米,单日产量最高达到3.5万立方米,所有人绷紧的神经终于松弛下来。 
  这将是载入世界可燃冰研发历史的时刻,也将是世界能源发展历史上的里程碑事件! 
  “看着这燃烧的火焰,仿佛自己的青春在燃烧,我甚至有些恍然如梦。”年轻的方允鑫博士在平台和大家一起欢呼起来。 
  六、精诚合作的一流团队 
  作为“领头羊”,叶建良是可燃冰试采团队的灵魂。中国地质调查局党组决定将可燃冰试采工作目标由原来的日产3000立方米提高到1万立方米后,他顶着压力,果断领命,深入调研,严密部署,提出必须优化创新试采工艺,开展储层改造。 
  从2016年4月开始,叶建良带领年轻的试采团队不知疲倦地投入试采这一伟大事业。他们反复论证、仔细甄别各种信息,作出了新的井位部署。从工程设计、施工方案、试采材料到现场各个环节严密审查、层层把关,在不到9个月的时间内将试采准备工作做到了极致。 
  水合物试采工程开始了。叶建良在试采平台上常常是半夜才睡觉,早早又起床,其间还要到指挥部办公室查看数据。 
  对这次可燃冰试采工程,叶建良有他自己的一套工作方法:“排除一切干扰,大胆创新。” 
  叶建良的魄力还体现在用人上,他果断放手让年轻人去干、去闯、去创新。 
  寇贝贝在平台上工作超过100天,平均每天工作18个小时,因为时间久、强度大,身心疲惫,经常失眠,他在试采期间体重掉了12斤。 
  在可燃冰试采期间,不论是已在地质行业工作了几十年的老同志,还是刚刚毕业的“90后”,都努力发挥自己的最大潜能。 
  作为测试组组长,陆红锋在平台甲板外负责取样测试工作。现场采样振动筛里非常嘈杂,机器声震耳欲聋,甲板像蒸箱一样炙热,测试组最多时有9个人在现场,分组轮流去取样品,没有一个人叫苦叫累。 
  “国外再好,没有自己的家好”,这是很多“海归”的共同心声。尉建功从德国不来梅大学博士毕业后,2015年加入可燃冰试采团队。作为新人,他感受到这个团队浓厚的科研氛围,同事们对自己的拿手技术没有藏着掖着,都愿意和他分享。 
  在试采平台上,很多人完成了自己的工作后,不是去休息,而是主动去帮助其他人。这给指挥部外聘的深圳石油公司钻探专家崔允留下了深刻印象。他说:“团队中从领导到普通技术人员,一天干十七八个小时很正常,我在这里体会到了一种精神。” 
  这就是试采团队的精神:忠诚、创新、合作、奉献。 
  6月10日是可燃冰试采满月的日子,晚上8时生产例会结束后,指挥长叶建良告诉大家:“从今天起微信解禁啦,可以给家人报个平安。” 
  大家不约而同打开微信。寇贝贝在朋友圈里这样写道:“两个月的平台生活历历在目,一转眼离开家已经很久,感谢家人对我的支持和理解。纪录依然在延续,等项目结束,回家好好陪你们!”当晚,朋友圈被点赞和祝福塞满,而女儿的回复让他内心翻起一阵阵波浪,“爸爸辛苦了,多久回来陪我和妈妈?”这大半年时间里,他陪伴妻子和女儿的时间加起来只有六天! 
  7月9日,在获取647万组科学试验数据后,试采团队按计划主动关闭阀门,南海可燃冰试采井那一束曾照亮南海神狐海域的冲天火焰,缓缓熄灭。 
  这一天,平台出奇地安静,所有参加试采的科技人员在已经看不见火苗的燃烧臂前久久不愿离开。 
  7月28日,我国南海海域可燃冰试采第四口监测井顺利施工完毕,标志着全球第一次泥质粉砂型可燃冰试采工作结束。对大气、海水、海底和井下的监测表明,可燃冰试采区域甲烷浓度无异常,环境无污染,井壁和地层稳定,未发生地质灾害,实现了安全可持续生产。 
  一天后,这个耸立在南海神狐海域世界上最先进的巨型半潜式平台,目送了最后两位科技人员谢文卫和寇贝贝撤离。 
  七、结 语 
  如今,“蓝鲸Ⅰ号”已回到了烟台港口,中国南海神狐海域又恢复了往日的平静。中国科技人员虽然在世界海洋仅仅打开了水桶大小的一个窗口,但从这里诞生的可燃冰却让人类向使用新清洁能源的目标又前进了一大步。 
  为推进我国可燃冰产业化进程,2017年7月17日,国土资源部、广东省政府和中国石油天然气集团公司在广州市联合召开了天然气水合物产业化工作座谈会。国土资源部党组书记孙绍骋、广东省省长马兴瑞、中石油海洋工程公司副总经理彭飞出席。会议提出:尽快签署三方合作协议,启动南海神狐海域天然气水合物勘查开采先导试验区建设,完善细化先导试验区建设总体方案,加强科学技术创新和研发基地、港口码头、管网等基础设施建设,共同推进天然气水合物产业化进程,力争让这一清洁新能源早日服务于经济发展,为保障国家能源安全、推进绿色发展作出新的贡献。 
  8月24日,国土资源部、广东省政府、中国石油天然气集团公司在北京签署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战略合作协议,明确了联合建立南海神狐海域天然气水合物勘查开采先导试验区,加快推进天然气水合物勘查开采产业化进程。 
  11月16日,经国务院批准,天然气水合物成为我国第173个矿种。可燃冰的法律地位从此正式确立。我国的可燃冰勘查和开发,迎来全新的发展时期。 
  正如中共中央、国务院在可燃冰试采成功的贺电中所说,“海域天然气水合物试采成功只是万里长征迈出的关键一步,后续任务依然艰巨繁重”,但我们相信,在不久的未来,中国人一定能够实现可燃冰能源“从钻台走到灶台”的梦想。

(中国国土资源报:陈国栋 王晶

 

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