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日前,自然资源部宣布,我国海域天然气水合物(又称可燃冰)第二轮试采取得圆满成功。最新数据显示,2月17日至3月30日,这次试采已持续产气42天,累计产气总量149.86万立方米、日均产气量3.57万立方米,是第一轮60天产气总量的4.8倍,创造了产气总量、日均产气量两项世界纪录。这是继2017年我国首次海域可燃冰试采成功后,取得的又一项重大成果,其中有不少创新之处。
从垂直井到水平井,有效提高产气规模
“此次试采创新利用水平井开采可燃冰。”自然资源部中国地质调查局副局长李金发介绍,我国海域可燃冰第一轮试采采用垂直井钻采技术,井筒垂直穿过天然气水合物储层。而此次采用的水平井钻采技术,井筒可横向顺层穿越,与可燃冰储层接触的面积更大,能够有效提高产气规模。
然而,相较于垂直井,水平井钻采对技术、工艺和装备的要求更高,难度更大,在深海浅软地层中尚无实施先例。由于深海浅部地层松软未固结,天然气水合物矿藏埋深浅,水平井建井面临着井口稳定、井壁稳定、造斜难度大等困难,犹如“在豆腐上打铁,用金刚钻绣花”,是世界性难题。
为此,在理论研究方面,中国地质调查局总结分析了第一轮试采获取的647万组数据,完善丰富了“系统成藏”和“三相控制”理论,为本轮试采提供了全方位的理论支撑。另外,通过大量的室内模拟实验和陆地、海上21口井的123次试验,10余次的推演,细化了3000多项施工环节,实现了从垂直井向水平井钻采技术的升级换代。
中国地质调查局试采科技团队经过两年多的集中攻关,在多个方面取得了新突破,掌握了以水平井为核心的32项关键技术,自主研发了12项核心装备,其中控制井口稳定的装置吸力锚打破了国外垄断,帮助完成了第二轮试采目标任务。
据介绍,这些核心装备不仅可为推进可燃冰产业化提供有力保障,而且还可在海洋资源开发、涉海工程建设等领域中广泛应用,将带动形成新的深海技术装备产业链,增强我国“深海进入、深海探测、深海开发”能力。
李金发说,我国2017年首次试采海域可燃冰,抢占了国际天然气水合物勘查试采科技创新的制高点,此次使用水平井钻采技术成功开采海域可燃冰,国际“领跑”优势地位进一步增强。这次试采成功,还进一步促进了我国天然气水合物科技团队建设,形成了以中国地质调查局广州海洋地质调查局为核心层,勘探技术所、油气调查中心等中国地质调查局直属单位为紧密层,中国石油海洋工程公司、北京大学、中集集团等70余家单位为协作层的科技攻关团队。
从探索性试采到试验性试采,推进产业化
2017年我国海域天然气水合物第一轮试采完成了探索性试采,解决了“能否安全、连续开采出来”的问题。而第二轮试采完成了试验性试采,解决的是“如何提高产气规模”的问题,这是天然气水合物产业化进程中极为关键的一步。
我国海域可燃冰远景资源量约800亿吨油当量,具有广阔的开发前景。目前通过地质勘查,在我国海域已证实了有两个千亿立方米级的大型可燃冰矿藏。在此次试采的海域,正在积极推进可燃冰勘查开采先导试验区建设,力争建成具有规模产能的资源勘查开发示范基地。
此次试采产气规模、开采效率的提升,有望推动我国可燃冰勘查开采产业化驶入快车道。据中国地质调查局广州海洋地质调查局副局长秦绪文介绍,实现天然气水合物产业化,大致可分为理论研究与模拟试验、探索性试采、试验性试采、生产性试采、商业开采5个阶段。
据了解,目前第二轮试采仍在进行中,围绕加快推进可燃冰勘查开采产业化和实施生产性试采,正在进行一些必要可行的试验工作,同时将对此次试采获得的数据和技术成果进行系统分析和总结,有关成果将择机向社会发布。秦绪文坦言,推进可燃冰勘查开采产业化的任务依然艰巨繁重,下一步还要进行生产性试采攻关,力争尽早实现天然气水合物商业开采,实现产业化目标。
从各个环节保护监测,确保海洋环境安全
可燃冰,是天然气和水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。天然气水合物具有燃烧值高、污染小、储量大等特点,多呈白色或浅灰色晶体,外貌类似冰雪,可以像酒精块一样被点燃,所以被称为“可燃冰”。
可燃冰像一个天然气的“压缩包”,1立方米的可燃冰分解后可释放出约160立方米以上的天然气和0.8立方米的水。而且它的燃烧不会释放出粉尘、硫氧化物、氮氧化物等环境污染物,所以被誉为21世纪理想的清洁能源之一。
有人担心,海域可燃冰开采会不会破坏海底结构,甚至引发地质灾害?会不会发生甲烷泄漏,影响海洋生态环境?秦绪文说,在工程施工过程中,确保环境安全、生产安全是第一要务。此次试采,从两方面做好了环境保护工作。
一方面,形成了覆盖全过程的环境保护技术,包括压力调控、钻井安全、流动保障等技术,应用到了试采的各个环节,确保了地层的稳定和环境安全。以压力调控技术为例,它能通过精确调节储层中的压力条件提高产气效率。压差大了,就可能引发地层不稳定,会对井筒安全带来风险。压差小了,产气量就上不来。
另一方面,构建了大气、水体、海底、井下一体的环境监测体系。在试采井内布放了多组传感器,在试采井周、水体和水面部署了监测设备,重点监测储层温度压力、地层形变、甲烷含量等情况,实现对试采全过程的各项环境指标实时监测和预警。
监测结果表明,此次试采过程中甲烷无泄漏,未发生地质灾害。李金发说,下一步将加强资源勘查,推动科技进步,保护海洋生态,力争在2030年前实现产业化目标,使这一高效清洁能源早日服务经济社会发展。
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4月19日上午,随着海洋工程公司工作人员撤离海上平台,由自然资源部中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物第二轮试采项目结束,创造了产气总量、日均产气量两项世界纪录,实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大跨越。海洋工程公司顺利完成本次试采的海上工程总承包任务,标志着中国石油完全具备深水钻探总承包能力,为企业走向深海提供了有力支撑。