出品：科普中國
製作：自然資源部中國地質調查局科普辦公室
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
2017年，一個新奇的名字——"天然氣水合物"闖入人們眼中。它還有個更通俗易懂的名字，可燃冰。就在這一年的5月18日，自然資源部（原國土資源部）宣佈，我國海域天然氣水合物首次試採成功。這次試採是我國首次、也是世界首次成功實現資源量佔全球90%以上、開發難度最大的泥質粉砂型天然氣水合物安全可控開採。
時隔近三年，捷報再次傳來！
2020年3月26日，由自然資源部中國地質調查局組織實施的我國海域天然氣水合物第二輪試採日前取得成功。
第二輪試採平臺"藍鯨II號"噴出的火焰（圖片來源：廣州海洋地質調查局供圖，新華社發）
在水深1225米的南海神狐海域，第二輪試採創造了"產氣總量86.14萬立方米，日均產氣量2.87萬立方米"兩項新的世界紀錄，攻克了深海淺軟地層水平井鑽採核心技術，實現了從"探索性試採"向"試驗性試採"的重大跨越，向產業化邁出了極為關鍵的一步。
為什麼我們要勘查、開採可燃冰？
前面提到過，可燃冰只是俗稱，它的學名是天然氣水合物，是由天然氣與水在高壓和低溫條件下形成的一種固態結晶物質，分解為氣體後，甲烷含量一般在80%以上，最高可達99.9%，所以也有人叫天然氣水合物為甲烷水合物。又因為天然氣水合物多呈白色或淺灰色晶體外貌類似冰雪，可以像酒精塊一樣被點燃，所以也有人叫它"可燃冰"。
根據理論計算，標準狀態下，1立方米的可燃冰可釋放出160-180立方米的甲烷氣和0.8立方米的水，可以說可燃冰就像一個天然氣的"壓縮包"，燃燒後生成二氧化碳和水，不會釋放出粉塵、硫氧化物、氮氧化物等環境汙染物，所以被譽為21世紀理想的清潔能源之一。而且，據專家預測，可燃冰資源量巨大，被國際公認為未來重要的戰略性接替能源。
能源對於經濟發展和國家安全的重要性不言而喻。1999年，我國開始天然氣水合物調查；2002年，開始設立天然氣水合物勘查專項，正式踏上了多學科、多手段開展天然氣水合物資源調查的艱辛歷程。如今在地質人的共同努力下，這一領域屢結碩果。
第二次試採取得了什麼樣的成果？
在自然資源部於3月26日召開的我國海域天然氣水合物第二輪試採成果彙報視頻會上，我們瞭解到，中國地質調查局聯合中國石油天然氣集團、北京大學等國內外70餘家單位近千名業務骨幹，經過兩年多的集中攻關，2019年10月正式啟動第二輪試採海上作業。試採團隊克服了無先例可循、惡劣海況等困難，尤其是施工關鍵期正值新冠疫情防控最吃勁階段，試採現場指揮部全面精準落實各項防控措施，保障正常生產作業，於2020年2月17日試採點火，持續至3月18日完成預定目標任務。
第二輪試採平臺"藍鯨II號"（圖片來源：廣州海洋地質調查局供圖，新華社發）
據介紹，此次試採取得一系列重大突破。
一是創造了"產氣總量、日均產氣量"兩項世界紀錄，實現了從"探索性試採"向"試驗性試採"的重大跨越。本輪試採1個月產氣總量86.14萬立方米、日均產氣量2.87萬立方米，是第一輪60天產氣總量的2.8倍。試採攻克了深海淺軟地層水平井鑽採關鍵核心技術，實現產氣規模大幅提升，為生產性試採、商業開採奠定了技術基礎，也讓我國成為了全球首個採用水平井鑽採技術試採海域天然氣水合物的國家。
二是自主研發了一套實現天然氣水合物勘查開採產業化的關鍵技術裝備體系，大大提高了深海探測與開發能力。試採形成了六大類32項關鍵技術，其中6項領先優勢明顯；研發了12項核心裝備，其中控制井口穩定的裝置吸力錨打破了國外壟斷。這些技術裝備不僅為推進天然氣水合物產業化提供了有力保障，而且在海洋資源開發、涉海工程等領域具有廣闊應用前景。
三是創建了獨具特色的環境保護和監測體系，進一步證實了天然氣水合物綠色開發的可行性。自主創新形成了環境風險防控技術體系，構建了大氣、水體、海底、井下"四位一體"環境監測體系。監測結果表明，試採過程中，甲烷無洩漏，也未發生地質災害。
為什麼第一次試採成功後，還要進行第二輪試採？
這就要說到天然氣水合物產業化的問題。再好的能源，如果不能產業化，也將是鏡中月、水中花。為了實現天然氣水合物的產業化，大致需要經過理論研究與模擬試驗、探索性試採、試驗性試採、生產性試採、商業開採5個階段。
2017年，我國海域天然氣水合物第一輪試採完成了"探索性試採"，解決的是"能否安全、連續開採出來"的問題。2020年的第二輪試採完成了"試驗性試採"，解決的是"如何提高產氣規模"的問題，這是天然氣水合物產業化進程中極為關鍵的一步。
第一次試採後，中國地質調查局為第二次試採做了哪些事？
第一次試採成功後，中國地質調查局貫徹落實中共中央、國務院2017年5月18日賀電精神，積極做好第二輪試採理論技術攻關和工程準備。成立第二輪試採現場指揮部，統一指揮，集智攻關，形成了以中國地質調查局廣州海洋地質調查局為核心層，勘探技術研究所、油氣資源調查中心等局直屬單位為緊密層，北京大學等科研單位為協作層的科技攻關團隊。
在試採思路方面，創新提出利用水平井開採天然氣水合物的思路。因為水平井穿越儲層的長度更長，與儲層的接觸面積更大，從而能夠有效提高產氣規模。但是，水平井對技術、工藝和裝備的要求更高，施工難度更大，尤其是在深海淺軟地層中實現水平井鑽採，面臨井口穩定、井壁穩定、儲層改造等一系列世界性難題。圍繞這些難題，開展了有針對性的理論技術研究。
在理論研究方面，深入總結分析了第一輪試採獲取的647萬數據，完善豐富了"系統成藏"和"三相控制"理論，為本輪試採提供了全方位的理論支撐。
在技術攻關方面，充分發揮中國地質調查局整體業務優勢，建立了陸地、海上5個試驗場，自主創新，聯合攻關，優化完善水平井鑽井工藝，錘鍊工藝技術細節，遵循認識、實踐、再認識、再實踐的科學探索規律，經過不懈攻關和努力，最終形成了以水平井為核心的32項關鍵技術，自主研發了以吸力錨為代表的12項核心裝備。
在工程準備方面，為做好工程準備，試採科研團隊經過反覆研究、推演和模擬演練，細化了施工細節。優選"藍鯨Ⅱ號"鑽井平臺作為試採平臺，並設立前方基地，完成長線和大宗物資採購，落實海上作業保障條件。
在工程施工方面，試採科研團隊克服了無先例可循、惡劣海況等困難，特別是施工關鍵期正值新冠疫情防控最吃勁階段，現場指揮部全面精準落實各項防控措施，保障了海上工程施工安全順利實施，完成了水平井鑽完井、監測井等作業。
在試採實施方面，利用自主研發的關鍵技術，精心開展試採測試作業和環境監測。通過不懈努力，試採持續產氣30天，創造了產氣總量86.14萬立方米、日均產氣量2.87萬立方米兩項新的世界紀錄，圓滿完成目標任務。
未完待續的故事
我國海域天然氣水合物第二輪試採取得成功，進一步增強了我國天然氣水合物科技創新能力的國際"領跑"優勢地位。
目前，第二輪試採仍在進行中，科技人員將圍繞加快推進天然氣水合物勘查開採產業化和實施生產性試採進行必要的試驗工作。同時，我們還應該認識到，推進天然氣水合物勘查開採產業化後續任務依然艱鉅繁重，下一步還要進行生產性試採攻關，力爭儘早實現天然氣水合物商業開採。讓我們共同期待！
文章僅代表作者觀點，不代表中國科普博覽立場
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