中國(guó)石油首個(gè)天然氣水合物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建成投用

  天然氣水合物，即可燃冰，資源量巨大。美國(guó)政府顧問邁克爾曾預(yù)言：“天然氣水合物將可能改變現(xiàn)在的地緣政治模式……現(xiàn)存的世界能源貿(mào)易將徹底改變。”但在現(xiàn)有技術(shù)條件下，勘探開發(fā)天然氣水合物絕非易事。

    日前，從中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院傳來消息，中國(guó)石油首個(gè)天然氣水合物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（成藏子平臺(tái)）通過中國(guó)石油科技管理部驗(yàn)收后，已平穩(wěn)運(yùn)行三個(gè)月，為天然氣水合物試采及產(chǎn)業(yè)化提供了有力依據(jù)。

    亟須實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

    天然氣水合物的勘探開發(fā)早已在世界各國(guó)刮起了旋風(fēng)。多個(gè)國(guó)家競(jìng)相開展了天然氣水合物勘查與試采。日本于2013年3月首次在南海海槽采用降壓法成功實(shí)施了天然氣水合物試采。

    我國(guó)天然氣水合物研究工作始于20世紀(jì)90年代。1999年國(guó)家設(shè)立天然氣水合物專項(xiàng)以來，在我國(guó)陸域、海域取得一系列找礦重大突破，證實(shí)我國(guó)天然氣水合物資源量豐富。據(jù)初步預(yù)測(cè)，南海天然氣水合物資源量達(dá)800億噸油當(dāng)量。

    天然氣水合物資源開發(fā)利用，已成為我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略之一。但如何打破技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)天然氣水合物的開發(fā)利用？現(xiàn)階段，實(shí)驗(yàn)設(shè)備是天然氣水合物研究的基礎(chǔ)。特別是海域天然氣水合物面臨著深水環(huán)境等不利因素，實(shí)驗(yàn)室模擬研究尤為重要。

    “十一五”起，中國(guó)石油科技管理部就設(shè)立了天然氣水合物成藏研究和超前儲(chǔ)備技術(shù)研究課題。中國(guó)石油咨詢中心專家多次建議建設(shè)天然氣水合物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

    面對(duì)我國(guó)能源需求和供給的形勢(shì)，以及中國(guó)石油向綜合性能源公司發(fā)展的戰(zhàn)略需求， 2014年，中國(guó)石油科技管理部組織召開了天然氣水合物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)論證?？傮w目標(biāo)是建立天然氣水合物勘查與成藏實(shí)驗(yàn)子平臺(tái)、天然氣水合物鉆采實(shí)驗(yàn)子平臺(tái)、天然氣水合物安全環(huán)保實(shí)驗(yàn)子平臺(tái)，使之成為天然氣水合物領(lǐng)域“新技術(shù)”和“新理論”的研究基地，以進(jìn)一步破解天然氣水合物勘查識(shí)別、富集區(qū)預(yù)測(cè)、開采工藝和安全環(huán)保等技術(shù)難題。

    “通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣撟C，我們本著由易到難等原則，確定優(yōu)先開展天然氣水合物勘查與成藏實(shí)驗(yàn)子平臺(tái)的建設(shè)，逐漸積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而進(jìn)行天然氣水合物鉆采實(shí)驗(yàn)子平臺(tái)和天然氣水合物安全環(huán)保實(shí)驗(yàn)子平臺(tái)。”中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院新能源所水合物實(shí)驗(yàn)室主任魏偉說。

    推進(jìn)平臺(tái)建設(shè)

    萬事開頭難。

    建設(shè)天然氣水合物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)沒有成熟成套的設(shè)備，多以自主研制或現(xiàn)有設(shè)備改造而成?？蒲腥藛T面臨著實(shí)際復(fù)雜地質(zhì)模型向?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ娃D(zhuǎn)化、現(xiàn)有加工工藝可實(shí)現(xiàn)性等一系列難題，研發(fā)之路異常艱辛。

    為確保實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)用性和先進(jìn)性，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院科研人員與國(guó)內(nèi)其他科研院校進(jìn)行多次交流，邀請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)設(shè)備制造方案的可行性進(jìn)行了多次論證和完善。在設(shè)備制造過程中，進(jìn)行全過程質(zhì)量跟蹤，及時(shí)解決加工過程中存在的問題。

    2017年5月18日，在神狐海域進(jìn)行的天然氣水合物試采實(shí)現(xiàn)連續(xù)7天19個(gè)小時(shí)的穩(wěn)定產(chǎn)氣，宣告了我國(guó)進(jìn)行的首次天然氣水合物試采成功。

    作為此次試采的重要參加單位，中國(guó)石油備感振奮，更加堅(jiān)定了推進(jìn)天然氣水合物技術(shù)研發(fā)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的決心。2018年，中國(guó)石油進(jìn)一步籌建海域天然氣水合物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。成藏子平臺(tái)成為其中重要組成部分。

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    功到遲早成效見。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)圓滿完成了設(shè)備的加工制造，并滿足了設(shè)計(jì)要求—天然氣水合物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)順利完成。

    2018年12月5日，中國(guó)石油科技管理部組織專家對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了會(huì)議驗(yàn)收和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。專家組一致認(rèn)為：實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到計(jì)劃任務(wù)書要求；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備了相平衡/動(dòng)力學(xué)研究，介電常數(shù)、電阻率、聲波速率測(cè)試，微觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究等實(shí)驗(yàn)?zāi)M能力；能夠開展天然氣水合物勘探評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層識(shí)別技術(shù)、成藏機(jī)理與模擬技術(shù)、水合物分解控制機(jī)理、資源評(píng)價(jià)方法體系等研究。

    “當(dāng)前，海域天然氣水合物勘探成本還很高，難以像常規(guī)油氣勘探那樣進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建成后，就可以開展實(shí)質(zhì)性工作。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M，可以驗(yàn)證天然氣水合物的一些關(guān)鍵成藏參數(shù)及開發(fā)技術(shù)。由此逐步積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，向更高、更接近實(shí)際的技術(shù)水平邁進(jìn)。”魏偉說。

    收獲豐碩成果

    經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)4年的研發(fā)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)擁有了天然氣水合物二維模擬系統(tǒng)、可控溫度場(chǎng)及聲電掃描系統(tǒng)等多臺(tái)/套標(biāo)志性設(shè)備。這些設(shè)備以非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備為主，設(shè)備的反應(yīng)釜滿足模擬深水環(huán)境的高壓、低溫條件工作要求，具備了四大類12項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M能力。

    其中，天然氣水合物二維模擬系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了平面上多井網(wǎng)部署監(jiān)測(cè)、垂向上多層位監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵性能，可以開展天然氣水合物空間分布、天然氣水合物飽和度評(píng)價(jià)、天然氣水合物儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征等研究，探索天然氣水合物形成影響因素及成藏機(jī)理。

    可控溫度場(chǎng)及聲電掃描系統(tǒng)是一套多場(chǎng)耦合的測(cè)量系統(tǒng)，重點(diǎn)突破了分段控溫等關(guān)鍵技術(shù)，能夠模擬地層溫度梯度變化條件下的天然氣水合物成藏過程，從實(shí)驗(yàn)維度對(duì)天然氣水合物“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)進(jìn)行研究，為天然氣水合物成藏富集理論研究提供指導(dǎo)。

    實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已獲取發(fā)明專利2件，申請(qǐng)軟件著作權(quán)3件，發(fā)表學(xué)術(shù)論文15篇。運(yùn)行三個(gè)月以來，初步開展了天然氣水合物形成過程與分解過程影響研究，分析了天然氣水合物資源評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)—天然氣水合物飽和度的影響因素，以及降壓法對(duì)天然氣水合物產(chǎn)氣效果的影響。

    “天然氣水合物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的投入運(yùn)行，是落實(shí)《推進(jìn)南海神狐海域天然氣水合物勘查開采先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)建設(shè)戰(zhàn)略合作協(xié)議》中關(guān)于‘盡快突破甜點(diǎn)識(shí)別’等技術(shù)難題要求的重要體現(xiàn)，將為我國(guó)天然氣水合物成藏富集規(guī)律、勘查識(shí)別技術(shù)及甜點(diǎn)區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)提供強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)手段。”魏偉說。

    目前，天然氣水合物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)正圍繞天然氣水合物飽和度預(yù)測(cè)、“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)等成藏富集關(guān)鍵參數(shù)開展實(shí)驗(yàn)。這將有力指導(dǎo)天然氣水合物勘探選區(qū)評(píng)價(jià)。

    “下一步，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院將突出開發(fā)研究，進(jìn)一步在天然氣水合物成藏地質(zhì)研究、開發(fā)研究等方面建設(shè)標(biāo)志性實(shí)驗(yàn)設(shè)備，服務(wù)和推進(jìn)我國(guó)海域天然氣水合物試采及商業(yè)化開發(fā)進(jìn)程。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院副院長(zhǎng)鄒才能表示。