母校要闻

我校教授详解地球物理勘探的来龙去脉 南海可燃冰成功实现连续开采

经过整整60天的运行,南海天然气水合物(即可燃冰)试采7月10日关井,蓝鲸I号钻井平台目前已经回到母港—烟台。据悉,本次试采累计产气超过30万立方米,首次取得了持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大成果,创造了产气时长和总量的世界纪录,标志着我国成为全球第一个实现在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。

                  7月9日,试采结束并关井


可燃冰勘探始于上世纪90年代

什么是可燃冰,在南海它是如何被发现的?带着一系列的问题,我们找到海洋学院的耿建华教授。

耿建华介绍,可燃冰的学名为天然气水合物,是一种分布在深海沉积物或陆域冻土中的白色固体物质,主要由水分子和烃类(烃类化合物是碳与氢原子所构成的化合物)气体分子组成,其中甲烷占80%~99.9%。可燃冰之所以备受瞩目,和人类社会面临的能源危机以及全球环境变化有关。一旦石油、天然气等常规化石能源枯竭,可燃冰被认为是理想的替代能源;同时,可燃冰和常规化石能源相比是一种环境友好的烃类资源,是一种高效清洁、储量巨大的新能源,也是和国家利益密切相关的战略资源。

                     可燃冰固态样貌


上世纪90年代末,马在田院士领导下的反射地震学课题组就开始了海底可燃冰地球物理勘探方法与技术研究。2001年国家863计划“海洋资源开发技术”课题将“海洋天然气水合探测技术”列入资助项目名单,由广州海洋地质调查局与同济大学等多家单位组成的课题组联合开展攻关。

同济大学研究团队用地震物理模拟与数值模拟方法研究了地震波在含天然气水合物沉积地层中的传播规律和特征、地震波传播速度与含天然气水合物饱和度之间的关系等,利用地震反演方法(由地震信息得到地质信息的过程,包括叠前反演、叠后反演等方法)获得了含天然气水合物沉积地层的地震波速度异常结构,从而识别天然气水合物赋存分布。

按照这一技术路径展开的研究发现,南海北部的东沙、神狐、西沙一带蕴藏着较为丰富的可燃冰资源。

2007年广州海洋地质调查局用钻探直接证实了南海水合物的存在,并初步估算了可燃冰的地质储量及其开采价值,随后联合国内多家单位,研究开采中的关键技术难题。

                       可燃冰开采


可燃冰的规模化连续开采还有很多问题要解决

耿建华说,海洋天然气水合物储层性质与和石油天然气储层性质差异很大,石油天然存储在固结岩石孔隙空间中,而天然气水合物一般以块状、脉状、结核状或者散点状分布在未固结的海底沉积物中,这种特殊的赋存条件使得其开采难度相当大,国际上首先尝试试开采的日本就未能获得长时间产气。

海洋天然气水合物的开采首先存在安全风险,开采可能会导致海底滑坡等海底地质灾害;其次是全球环境变化问题,可燃冰虽然号称是绿色烃类资源,但其开采过程却可能面临破坏环境的风险。业内不少人担心,如果开采过程中稳定性控制不当,就可能导致天然气水合物失稳而大量分解,分解的甲烷气体扩散至大气中,增加了大气的温室效应,从而可能加速全球变暖。中国石油网刊文说,如果目前全球埋藏的可燃冰全部分解扩散到大气中,地球平均气温将在10年内上升4℃,其后果将是灾难性的。

                     可燃冰开采场面


虽已初战告捷,但商业化开采还在路上

耿建华说,这次南海可燃冰的连续60天试开采成功,是中国海洋人20多年持之以恒、锲而不舍的探索与攻关的成果。他说,试开采成功与近年来国家大力实施的海洋强国战略与高强度投入密切相关。

                   央视报道的开采场面


我国的深潜、深海钻井与油气开发平台建造技术,通过这些年的刻苦攻关,已经步入世界前列。5月中旬开始,中国开采可燃冰使用的蓝鲸I号钻井平台,在距离珠海320公里的神狐海域展开作业,100多米高的平台被蔚蓝的大海环抱,可燃冰试采点燃的橘红色火焰熊熊燃烧,景象非常壮观。这个看似普通的海上油气开采平台是全球首座第七代双井架、半潜式钻井平台,其工作原理藏着中国六大技术体系、二十项关键技术,都是自主创新的成果。它把开采可燃冰固体变成了开采气体,在原位通过降压把水合物中的甲烷释放出来,直接采甲烷,同时全程都确保可控,不会引发海底甲烷泄漏。

                     可燃冰开采平台


可燃冰开采除了技术风险、环境等问题外,还存在经济效益的问题。耿建华表示,这次担任开采任务的海上平台一天的维持费用需要数百万元,按照一立方天然气2元计算,可燃冰开采每天至少要数百万方以上,才能维持平衡。要想盈利,实现可燃冰的经济开采是个不小的问题。他说,有统计显示,世界各大洋中,天然气水合物总资源量大约相当于全球已知煤、石油和天然气总储量的两倍,可供人类使用数百年,但经济便捷高效地获得却是必须攻克的课题。

耿建华说,要完成从可燃冰的试开采到商业性开采正如从工程样品到市场商品的飞跃,需要我们这些科学工作者在海洋基础科学和工程技术、装备领域等多个层面上,做更多深入的研究。比如,能否在开采天然气水合物的过程中用二氧化碳置换,即将沉积物孔隙中的天然气水合物开采出来,同时将二氧化碳存放于沉积物孔隙中,形成二氧化碳水合物,一方面可避免开发可燃冰引起的海底滑坡地质灾害,另一方面封存人类活动排放的二氧化碳,降低大气温室效应,一举两得。

资料显示,我国南海预计有680亿吨油当量的可燃冰。可燃冰的开采必须继续探索,出于配合这项工作的需要,同济大学反射地震组最近又参与完成了新的地震勘探方法的研究,利用海底四分量地震仪记录丰富的地震信息,有望更有效、更精确探测海底天然气水合物。

据悉,旨在摸清南海深水油气潜力,我校海洋资源研究中心暑假期间主办了南海深水油气发展战略研讨会,邀请国土资源部油气战略研究中心、中海油、同济大学海洋与地球科学学院等有关专家20余人参会。会上,专家们就南海深水油气勘探进展和发展形势作了专题报告,与会专家还就促进深水油气发展的体制改革和政策建议进行了深入的讨论,会议取得了丰硕的成果。该中心特聘教授、中海油总地质师朱伟林表示,本次研讨会开启了由同济大学海洋资源研究中心牵头,政府、企业和高校三方合作进行深水油气发展战略研究的新模式,同时也充分发挥了同济大学多学科交叉的突出优势。(部分图片来源于中新社)


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