为庆祝中华人民共和国成立70周年,展示海洋地质调查工作取得的成就,激励和鼓舞广州海洋地质调查局广大干部职工为生态文明建设不懈奋斗,根据《自然资源部办公厅关于组织开展庆祝新中国成立70周年系列主题征集活动的通知》,广州海洋局开展以“珍惜自然资源、建设美丽中国”为主题的老照片老故事征集、主题征文、短视频大赛、书法绘画摄影大赛等系列活动。广大职工踊跃参加,收获了不少优秀作品,将陆续推出,敬请关注......
记我国海域天然气水合物勘查试采历程
能源安全关乎经济发展和社会稳定,是一个国家发展壮大的动力保障。当前,我国正面临着能源需求加大、对外依存度增高等严峻挑战,天然气水合物作为一种资源储量巨大的新矿种,被认为是 21 世纪最具潜力接替煤炭、石油和天然气的高效清洁能源,已引起世界各国尤其是发达国家及能源短缺国家的高度关注。党中央、国务院高度重视新能源的开发与利用,多次强调加快推进我国天然气水合物资源勘查与试采工作。
广州海洋地质调查局于1999年首次组织开展海域天然气水合物(即“可燃冰”)资源调查工作,经过近20年不懈努力,2017年5月18日,我国向世界宣布南海神狐海域首次可燃冰试采成功,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的安全可控开采。后持续产气60天,创造了产气时长和产气总量两项世界纪录,取得了可燃冰勘查开发理论、技术、工程、装备的自主创新,实现了我国在该领域由“跟跑”到“领跑”的历史性跨越。中共中央、国务院发来贺电,盛誉为“中国人民勇攀世界科技高峰的又一标志性成就”。
可燃冰试采成功,先后入选2017年度中国十大科技进展新闻、十大地质科技进展、中国矿业十大新闻等,广州海洋局水合物团队也被评为自然资源部科技创新团队,并获得“全国五四红旗团支部”、“广东青年五四奖章”等集体荣誉。这短短60天的背后,承载着几代海洋地质人不忘初心、艰苦卓越的奋斗历程。
20载深海探“冰”,破解新型能源资源难题
天然气水合物俗称“可燃冰”。是天然气和水分子在低温高压条件下形成的笼形结构似冰状的结晶化合物。早在1985年,广州海洋局时任总工程师金庆焕就在学术刊物上向国人介绍了“固态天然气”这一新的物质,这成为国人早期关于可燃冰知识的启蒙。1995年,一些科技人员开始对我国海域天然气水合物展开调研;1998年,全国新一轮国土资源大调查启动,广州海洋局提出开展南海北部陆坡天然气水合物资源调查与评价的项目建议;1999年10月,广州海洋局正式启动了西沙海槽区天然气水合物资源调查与评价项目,组织“奋斗五号”船在我国海域首次实施天然气水合物资源前期勘查,发现水合物存在的地球物理标志——似海底反射(BSR),实现零的突破。
在此基础上,广州海洋局水合物团队经过多年海上调查,发现了水合物存在的多种信息证据,并预测我国南海北部水合物资源储量巨大。2007年,在南海北部神狐海域首次钻获天然气水合物,使得我国成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划在海底钻获天然气水合物实物样品的国家;2013 年,在南海北部珠江口盆地东部海域首次钻获高饱和度水合物,首次钻探证实超千亿方级天然气水合物矿藏;2015 年,广州海洋局利用“海马”号深海遥控潜水器在珠江口盆地西部海域发现了大型活动性“冷泉”,并获取了海底浅表层水合物实物样品;同年,在南海北部神狐海域钻探获取水合物,实现水合物钻获成功率100%,再次钻探证实超千亿方级天然气水合物矿藏,并初步选定了钻探试采井位。
自1999年以来,广州海洋局综合利用地质、地球物理和地球化学等多种调查技术手段,分层次开展了南海北部海域天然气水合物资源调查,累计投入经费47亿元,动用调查船17艘,实施勘查航次75个,完成高分辨率多道地震16.70万千米、多波束测量7.40万千米、浅层剖面测量2.77万千米、热流测量站位 684个、地质取样站位 4244个、钻井60口,在南海北部西沙海槽、琼东南海域、神狐海域及东沙海域系统发现了深层-浅层-表层的地球物理、地球化学、地质和生物等指示水合物存在的异常标志。圈定了6个水合物成矿远景区、19个成矿区带、25个有利区块、24个钻探目标区,预测南海北部海域水合物远景资源量达744亿吨油当量。
20年来,广州海洋局坚持把可燃冰勘查试采作为全局重点工作,不断总结探索,提出南海北部天然气水合物两个成矿区带,有力指导了我国南海北部可燃冰资源评价、勘探找矿以及理论研究。此外,针对我国海域可燃冰资源禀赋和地质条件,通过理论创新,系统形成了天然气水合物控矿、成矿、找矿理论,初步认识了南海天然气水合物成藏富集规律,创新性地提出南海天然气水合物成藏模式,建立起一套精准高效的勘查评价、找矿预测、模拟技术体系,最终实现了从被动依赖国外技术到后来居上、走到国际前列的超越。
同时,广州海洋局积极开展水合物相关探测技术和基础理论研究,自主研制了一批关键技术设备。特别是“海马”号4500米作业级深海遥控潜水器,2014年研制成功即投入海上生产,为我国可燃冰勘查及深海矿产资源调查增添了新利器。此外,高分辨率小道距多道地震、海洋可控源电磁探测、保压取心钻具等关键核心技术装置也都取得突破,在水合物勘查中逐步投入应用。
攻坚克难,抢占水合物试采制高点
2016年,中国地质调查局党组明确,广州海洋地质调查局为水合物试采工程承担单位。时间短,任务重,困难多,广州海洋局水合物团队义无反顾,承接下这一新的重大任务。指挥长叶建良到任后,迅速分析南海近10年的海况和台风气候条件,果断将原定的2017年10月启动试采提前至3月28日,准备时间缩短了三分之一,准备工作变得更加紧迫而繁重。
水合物试采是世界性难题,还没有一个国家拥有成熟的开采水合物的技术方法和工程装备,中国的水合物试采工作同时还面临井位选取、海况复杂、水深大、地层软、储层差等五大挑战。
“目标导向”是试采井位选择的基础,试采目标全面提升为“日产10000方天然气,持续试采一周”。井位的正确选取是试采成功的前提。为了能够在规定期限拿出科学合理的井位,水合物团队资料处理人员需要在40天内完成常规4个月才能完成的4100公里地震数据的重新精细处理。从调查认识程度、矿体资源丰度和试采工程的适应性三方面对前期调查成果进行深入剖析和全面细致评估,提出水合物系统成藏理论,并据此优选出试采井位SHSC-4井,为试采成功奠定了坚实的地质基础。
试采储层水合物类型为泥质粉砂型天然气水合物,掌握储层特性非常关键。在试采指挥部组织下,模拟组负责开展样品开发渗流特性实验研究,长期驻守实验仪器制造厂家,一边设计制造实验装置,一边开展实验和改进, 从各个角度研究了泥质粉砂地层样品的渗流特征;测试组通过分析矿物、粒度数据,精细刻画井位水合物相图特征。团队首次提出的天然气水合物“三相控制”开采理论和地层流体抽取技术,为试采工程方案和降压制度制定打下坚实基础。
储层渗透率极低、孔隙度极小的特点对工程技术实施提出巨大挑战。为了需要克服钻完井、防砂、人工举升及流动性保障等重重难关,水合物团队创造性地引入水井和软弱地基处理技术改造储层,工程组在寒冬腊月跑遍大半个中国进行调研论证,开发的未固结储层钻完井技术、双层套管完井技术、储层改造技术、综合测试和实时调控系统、高精度防砂技术等关键技术攻克多项世界难题,有力保障试采顺利实施,创建的大气、海水、海底、井下 “四位一体”监测技术,为实现天然气水合物的绿色开发提供了重要技术储备。
水合物团队以20年勘查为基础,经过紧张的试采准备,攻坚克难,勇于创新,取得了天然气水合物勘查试采理论、技术、工程、装备的多项自主创新,成功抢占了天然气水合物勘查试采科技创新制高点。
团结协作,打造一流国家队伍
水合物勘查与试采对理论和技术要求极高、人力物力投资巨大。试采成功,既发挥了社会主义可以集中力量办大事的政治优势,也是参研参试单位积极实施创新驱动发展战略的成果。
自开展水合物系统调查研究以来,先后实施两个国家专项,国家多个部委提供政策、资金等强力支持,原国土资源部部、中国地质调查局举全系统之力,整合形成了集地质调查、科研、装备研发和油气开发单位紧密配合、集中攻关的模式,从而使我国在较短时间内,完成了水合物试采理论、预测、调查评价到勘查试采全流程理论和方法技术体系的建立。
通过实施国家专项,广州海洋局全局上下各部门通力合作,齐心协力,全力保障水合物勘查工作,开展了水合物资源调查技术探索、关键技术研发、理论创新,逐步打造出一支国际一流的专业化调查队伍。海洋地质勘查技术方法所承担海洋地震勘探、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋地质取样等水合物项目的海上资料采集任务、技术装备更新以及相关的技术方法研究;船舶大队承担科考船管理、使用、维护、保养等;资料处理研究所负责水合物调查的多道地震、OBS、单道地震、浅剖、重力、磁力、导航定位、水深、多波束测量等数据处理及研究;实验测试所承担水合物样品保存、地质实验及测试工作;海洋矿产地质调查所负责海底天然气水合物资源调查评价……
作为勘查试采主要承担单位,广州海洋局还联合了中国地调局系统内的青岛海洋所、勘探所、油气中心、水环中心、探矿所和测试中心等兄弟单位,以及中国科学院、高等院校、石油企业等各方优势力量协作发展,并积极展开国际合作,以学习、开放的姿态,培养了一大批水合物专业技术人才,实现了从跟跑到领跑的跨越。仅试采工程的组织实施,就包括了3大模块、16项任务、32项工作,2400多个环节,从地质设计、工程方案、平台选型、长线采购、人员磨合、战前桌面推演,作为工程承担单位,广州海洋局团结带领国内外50多家参研参试单位800余人,密切协作、奋力拼搏,确保各项工作有序推进。试采成功,体现出的是,全体参研参试单位同甘共苦、合作共赢的典范。
20多年的团结奋进,广州海洋局水合物团队成功入选部科技创新团队,培养了上百位博士、硕士专业人才。其中,2人入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选,3人享受国务院特殊津贴;国家863计划领域专家2人,973计划首席科学家 1 人;12人入选中国地调局李四光学者(卓越地质人才)、杰出地质人才和优秀地质人才;1人荣获青年地质科技奖金锤奖;15人被授予天然气水合物试采“先进个人”称号。
无私奉献,践行新时代地质文化
20多年来,广州海洋局水合物团队始终秉承地质三光荣精神,艰苦奋斗、无私奉献。尤其是在承担了水合物试采工程这一艰巨任务中,团队全体成员以岗为家。为了论证最优目标井位,他们夙夜在公、披星戴月,放弃周末节假日;为了寻求更好的增产技术手段,他们跑遍了小半个中国调研试验;为了取得第一手的实验数据,他们坚守在寒冬腊月的室外、没有暖气的厂房。为完成目标井位优选、如期完成各项工程准备工作贡献微薄之力。
2017年3月28日,水合物试采正式开钻。平台现场工作人员实行两班倒,为了不断优化施工方案,每晚8点全员集中,讨论各个关键节点,指挥长带着大家一遍又一遍的推演论证,一直持续到半夜,每天工作时间超过十六七个小时。因为工作过度劳累紧张,指挥部办公室主任邱海峻在海上经常胃痛和严重的溃疡,但这丝毫没有影响他坚守海上平台4个月,一丝不苟地处理着各项工作。工程组组长谢文卫全程坚守试采平台,团队中每个人都收到过他凌晨两三点回复的工作邮件,在平台工作期间,他的腰椎病越来越严重,只能每晚趴在地上请同事们踩背缓解疼痛。工程组寇贝贝因工作强度大、时间久,身心极度疲惫,经常失眠,整个试采期间体重掉了十多斤。工程师李占钊家中老人住院手术,妻子无奈辞掉了工作照顾孩子和老人,为他坚守试采工作岗位默默奉献。技术骨干康冬菊狠心给宝宝断了母乳,全力参与现场试采紧张工作中。
这一个个奋斗在一线的水合物地质工作者,他们和常人一样,也有年事已高的父母,独挑家庭重担的伴侣,以及年幼体弱的孩子,但在家庭最需要他们的时候,他们却常常只能缺席,把更多的时间奉献给为国家破解能源资源紧缺这一难题。他们勇担重任,以国家利益至上,舍小家为大家,不畏狂风恶浪,不畏艰难险阻,坚持目标和问题导向,解放思想、打破固有瓶颈,讲科学、肯钻研,以实际行动践行着“责任、创新、合作、奉献、清廉”的新时代地质文化。
对于水合物团队的所有人来说,解决水合物开发过程中的系列难题,实现水合物产业化开发,为国家未来的发展提供清洁能源支撑,就是实现自己地质梦、中国梦的过程。而今,第二次试采的科技攻坚战冲锋号已经吹响,在十九大精神的指引下,广州海洋局将以推进天然气水合物勘查试采产业化作为中心战略目标,以只争朝夕、时不我待的激情和干劲,以更加奋发昂扬的姿态,投入到我国海域天然气水合物开发事业中去,为保障国家能源安全、服务海洋强国战略做出新的更大贡献!
(王偲 陈静 )