可燃冰的学名是天然气水合物,因其外观像冰,遇火即燃,故得名。
可燃冰大多分布于陆地永久冻土区或距海面900~1200米的深海沉积物中,是由天然气与水在高压(1~9兆帕)、低温(-10~28℃)条件下形成的类冰状结晶物质,天然气含量在80%~99.9%之间,主要成分是甲烷,标准情况下,1立方米可燃冰可含160~180立方米天然气和0.8~1.0立方米水,燃烧后仅会生成少量的二氧化碳和水。与石油、天然气相比,可燃冰具有使用方便、燃烧值高、清洁无污染等优点,被世界公认为石油、天然气的最佳接替能源,亦是高效清洁能源。
据能源专家估计,地球上可燃冰总量超过7.6万亿立方米,仅海域储量就可供人类使用1000年,其价值堪比黄金,有“能源水晶”之称。
我国整个南海的可燃冰地质资源量约为700亿吨油当量,远景资源储量可达上千亿吨油当量,开发前景十分广阔。
深海的可燃冰,在没有外界干扰和惊动它之前,储存地的温度、压力都不会改变,它会静静地沉睡在那里。
开采可燃冰,如同“在豆腐上打铁、用金刚钻绣花”,开采难度几乎和它的价值一样“大名鼎鼎”,可谓是世界级难题。
开采可燃冰,本质上是人为改变其高压低温的稳定赋存状态。一旦储层条件失衡,可燃冰将迅速分解、气化并大量释放。若开采过程失控,将引发一连串连锁反应:储层强度骤降导致垮塌溃散,可能诱发海底地基失稳、滑坡等严重地质灾害;海水中骤然升高的天然气浓度,不仅可能降低海水密度从而增加船舶航行风险甚至沉船事故,还可能干扰海洋声场环境,对潜艇等水下航行器构成潜在威胁;大量甲烷气体若直接逸散至大气,将加剧温室效应,对全球气候及海洋生态环境造成深远影响。由此可见,海底可燃冰开采潜藏着地质安全、生态破坏、温室效应及工程控制等多维度风险。唯有依托先进的创新技术与成套装备,进行科学、可控的开发,方能有效规避风险,实现资源的安全利用。
可燃冰的开采方法主要有加热法、降压法、化学抑制法、固态流化开采法、CO2置换开采法等,但都没有成功实现商业化、规范化、绿色环保应用。
2017年5月,“蓝鲸1号”承担了在中国珠海市东南320千米南海神狐海域试采可燃冰的任务,这一过程中,“蓝鲸1号”先后经受了“六大考验”。
一是海洋试采环境恶劣的考验。2017年6月12日凌晨,“蓝鲸1号”遭受了12级以上台风。
二是沙的考验。可燃冰混合在海底的泥沙中,十分不利于钻探,“蓝鲸1号”采用“地层流体抽取”“未成岩超细储层防砂”“天然气水合物二次生成预防”等先进的防砂及岩屑回收技术,通过保证流体的抽取来实现稳定的降压,实现了海底水、沙、气的有效分离,保证了产气通道的状态良好和试采的顺利运行。
三是防止井喷的考验。“蓝鲸1号”通过对钻井、完井、固井以及水平井、压裂等关键施工技术研究和运用,有效地防止了井喷事故的发生。
四是设备性能的考验。“蓝鲸1号”在海上连续试采60天,最核心的装备运转优良。
五是试采过程的考验。“蓝鲸1号”通过优化开采方案及设备组合,加强开采技术和方法集成,形成了实用性强的可燃冰开采六大技术体系、二十项关键技术,助力我国在海域可燃冰开发上领跑全球。
六是工作效率的考验。“蓝鲸1号”由于船舷两侧实行双塔结构,可以一边打井、一边接管,钻井效率提高30%、节约能耗10%以上。
从2017年5月10日起,“蓝鲸1号”在南海水深1266米海底以下,试采出203万~277万立方米的可燃冰。“蓝鲸1号”代表当今世界海洋钻井平台设计最高水平,为实现我国可燃冰的商业性开发利用,提供了技术储备,积累了宝贵经验,并将我国深水油气勘探开发能力带入世界先进行列。