中國石油首個天然氣水合物實驗平臺建成投用

  天然氣水合物，即可燃冰，資源量巨大。美國政府顧問邁克爾曾預言：“天然氣水合物將可能改變現在的地緣政治模式……現存的世界能源貿易將徹底改變。”但在現有技術條件下，勘探開發天然氣水合物絕非易事。

    日前，從中國石油勘探開發研究院傳來消息，中國石油首個天然氣水合物實驗平臺（成藏子平臺）通過中國石油科技管理部驗收后，已平穩運行三個月，為天然氣水合物試采及產業化提供了有力依據。

    亟須實驗平臺

    天然氣水合物的勘探開發早已在世界各國刮起了旋風。多個國家競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施了天然氣水合物試采。

    我國天然氣水合物研究工作始于20世紀90年代。1999年國家設立天然氣水合物專項以來，在我國陸域、海域取得一系列找礦重大突破，證實我國天然氣水合物資源量豐富。據初步預測，南海天然氣水合物資源量達800億噸油當量。

    天然氣水合物資源開發利用，已成為我國能源發展戰略之一。但如何打破技術瓶頸，實現天然氣水合物的開發利用？現階段，實驗設備是天然氣水合物研究的基礎。特別是海域天然氣水合物面臨著深水環境等不利因素，實驗室模擬研究尤為重要。

    “十一五”起，中國石油科技管理部就設立了天然氣水合物成藏研究和超前儲備技術研究課題。中國石油咨詢中心專家多次建議建設天然氣水合物實驗平臺。

    面對我國能源需求和供給的形勢，以及中國石油向綜合性能源公司發展的戰略需求， 2014年，中國石油科技管理部組織召開了天然氣水合物實驗平臺建設論證。總體目標是建立天然氣水合物勘查與成藏實驗子平臺、天然氣水合物鉆采實驗子平臺、天然氣水合物安全環保實驗子平臺，使之成為天然氣水合物領域“新技術”和“新理論”的研究基地，以進一步破解天然氣水合物勘查識別、富集區預測、開采工藝和安全環保等技術難題。

    “通過科學嚴謹地論證，我們本著由易到難等原則，確定優先開展天然氣水合物勘查與成藏實驗子平臺的建設，逐漸積累經驗，進而進行天然氣水合物鉆采實驗子平臺和天然氣水合物安全環保實驗子平臺。”中國石油勘探開發研究院新能源所水合物實驗室主任魏偉說。

    推進平臺建設

    萬事開頭難。

    建設天然氣水合物實驗平臺沒有成熟成套的設備，多以自主研制或現有設備改造而成。科研人員面臨著實際復雜地質模型向實驗模型轉化、現有加工工藝可實現性等一系列難題，研發之路異常艱辛。

    為確保實驗設備的實用性和先進性，中國石油勘探開發研究院科研人員與國內其他科研院校進行多次交流，邀請相關專家對設備制造方案的可行性進行了多次論證和完善。在設備制造過程中，進行全過程質量跟蹤，及時解決加工過程中存在的問題。

    2017年5月18日，在神狐海域進行的天然氣水合物試采實現連續7天19個小時的穩定產氣，宣告了我國進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，中國石油備感振奮，更加堅定了推進天然氣水合物技術研發和實驗室建設的決心。2018年，中國石油進一步籌建海域天然氣水合物工程重點實驗室。成藏子平臺成為其中重要組成部分。

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    功到遲早成效見。實驗平臺圓滿完成了設備的加工制造，并滿足了設計要求—天然氣水合物實驗平臺建設順利完成。

    2018年12月5日，中國石油科技管理部組織專家對實驗平臺進行了會議驗收和現場驗收。專家組一致認為：實驗設備技術性能指標達到計劃任務書要求；實驗平臺具備了相平衡/動力學研究，介電常數、電阻率、聲波速率測試，微觀結構實驗研究等實驗模擬能力；能夠開展天然氣水合物勘探評價、儲層識別技術、成藏機理與模擬技術、水合物分解控制機理、資源評價方法體系等研究。

    “當前，海域天然氣水合物勘探成本還很高，難以像常規油氣勘探那樣進行。實驗平臺建成后，就可以開展實質性工作。通過實驗模擬，可以驗證天然氣水合物的一些關鍵成藏參數及開發技術。由此逐步積累相關經驗和技術，向更高、更接近實際的技術水平邁進。”魏偉說。

    收獲豐碩成果

    經過長達4年的研發，實驗平臺擁有了天然氣水合物二維模擬系統、可控溫度場及聲電掃描系統等多臺/套標志性設備。這些設備以非標準化設備為主，設備的反應釜滿足模擬深水環境的高壓、低溫條件工作要求，具備了四大類12項實驗模擬能力。

    其中，天然氣水合物二維模擬系統重點實現了平面上多井網部署監測、垂向上多層位監測等關鍵性能，可以開展天然氣水合物空間分布、天然氣水合物飽和度評價、天然氣水合物儲層測井響應特征等研究，探索天然氣水合物形成影響因素及成藏機理。

    可控溫度場及聲電掃描系統是一套多場耦合的測量系統，重點突破了分段控溫等關鍵技術，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，從實驗維度對天然氣水合物“甜點區”預測進行研究，為天然氣水合物成藏富集理論研究提供指導。

    實驗平臺已獲取發明專利2件，申請軟件著作權3件，發表學術論文15篇。運行三個月以來，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價關鍵參數—天然氣水合物飽和度的影響因素，以及降壓法對天然氣水合物產氣效果的影響。

    “天然氣水合物實驗平臺的投入運行，是落實《推進南海神狐海域天然氣水合物勘查開采先導試驗區建設戰略合作協議》中關于‘盡快突破甜點識別’等技術難題要求的重要體現，將為我國天然氣水合物成藏富集規律、勘查識別技術及甜點區評價技術提供強有力的實驗手段。”魏偉說。

    目前，天然氣水合物實驗平臺正圍繞天然氣水合物飽和度預測、“甜點區”評價等成藏富集關鍵參數開展實驗。這將有力指導天然氣水合物勘探選區評價。

    “下一步，中國石油勘探開發研究院將突出開發研究，進一步在天然氣水合物成藏地質研究、開發研究等方面建設標志性實驗設備，服務和推進我國海域天然氣水合物試采及商業化開發進程。”中國科學院院士、中國石油勘探開發研究院副院長鄒才能表示。