编者按

2020年3月26日,在南海神狐海域,我国可燃冰试采创造了产气总量和日均产气量两项世界纪录。

卢海龙,我国首次以及第二次南海天然气水合物试采工程首席科学家、北京大学地球与空间科学学院教授、北京天然气水合物国际研究中心主任。他开创试采新工艺,为我国水合物成功试采作出了重要贡献。


深海有“火”,其名为“冰”。

俗称“可燃冰”的天然气水合物,被国际公认为未来重要的战略性接替能源。我国海域蕴藏着丰富的可燃冰资源。

2017年,一团蓝色的火焰在我国南海神狐海域的“蓝鲸1号”平台上被成功点燃,宣告了我国海域天然气水合物首次试采成功。这是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全开采。

2020年,捷报再次传来:我国第二次海域天然气水合物试采成功,创造了“产气总量、日均产气量”两项世界纪录,成功实现从“探索性试采”向“试验性试采”的阶段性跨越,向产业化迈出了极为关键的一步。

我国海域可燃冰开采接连取得成功,有一位科学家功不可没,他就是卢海龙。

闯荡海外20年:结缘可燃冰

  卢海龙与可燃冰的结缘,是在异国他乡。

  1995年,北京大学地球化学专业毕业的卢海龙,选择去日本东京大学攻读博士学位。初到日本的卢海龙,却“阴错阳差”地搭上了研究可燃冰的“首班车”。

  当时,可燃冰领域还是一个冷门且前景未知的研究方向。卢海龙这样解释自己的“阴差阳错”:“那时候可燃冰研究是前沿科学,很多日本学生因担心无法毕业而不敢研究。我呢,则因为可以省去不少学费选了这个方向。”

  三年后,卢海龙成为日本东京大学第一个天然气水合物专业博士。可燃冰也成了他一生专注的研究领域。


卢海龙在日本海做海洋调查

来源|北京大学新闻网

海洋研究,必须出海。第一次随船出海的卢海龙,就体验到了晕船呕吐,只能靠喝糖水补充体力。“最强烈的感觉,就是不想干了。”回忆当时的情景,卢海龙说。

  但他没有退缩,而是咬牙坚持。一个星期后,他适应了船上的生活,继续痴迷地研究可燃冰。

  此后的近20年,卢海龙先后在日本石油公团技术研究中心、加拿大地调局、加拿大国家研究院进行可燃冰有关研究,参加在日本南海海槽、日本海、加拿大马利克、土耳其马尔马拉海的可燃冰调查,在可燃冰勘查、试采和实验研究方面积累了丰富经验。

  不懈努力换来卓越成就,卢海龙创造了许多个世界性“首次”:首次发现多成分可燃冰成分分布的不均匀性;首次确认了H型可燃冰在自然界的存在;首次提出“地层流体抽取法”的试开采原理与方法……这些研究成果,有力地推动了可燃冰的理论研究工作。

  一晃20年,卢海龙适应了海外的工作和生活。一个契机的来临,让他的人生翻开了新篇章。

  2014年,我国可燃冰资源试采工程开启的消息传开。

“我研究了一辈子的可燃冰,现在国家需要我,我就想回来为国家做点事。”他婉拒多家海外企业的邀约,毅然踏上了回国的征途,回到北京大学。

首战告捷:攻破多个难题

回国后,卢海龙在北京大学组建了一支由地球化学、地质学、地球物理学、微生物学等专业人员组成的可燃冰研究团队。这支团队在开展可燃冰勘查和开发有关的基础物理、化学性质方面发挥着重要作用,为我国在南海神狐海域试采可燃冰提供了有力的技术支持。

2017年,我国海域可燃冰第一轮试采在南海神狐海域启动,卢海龙担任试采工程首席科学家。


卢海龙在试采平台上

来源 | 北京大学微信公众号

  可燃冰开发难度非常大,以至于日本、美国等国家多年来一直难以实现产业化。“覆盖可燃冰的海底地层普遍是松软未固结的沉积物,稍有不慎就会导致大量泥砂涌进管道,致使生产不能进行,造成开采失败。”卢海龙说。

  困难还不止如此。与其他国家开发时优先将渗透率高、饱和度高的砂质储层作为开发对象相比,我国已发现的海域可燃冰主要属于泥质粉砂型储层。砂细导致孔隙度低、渗透率差,且储层埋层浅,深水区浅部地层松软极易垮塌,施工难度更大。

  “试采前压力非常大,国家花那么多钱,万一达不到预期效果,拿什么向国家交代。”开采前,卢海龙每天工作十几个小时,紧紧绷着那根弦不敢松懈,常常因为睡眠不足而眼圈发黑。

  为解决我国可燃冰开采难题,卢海龙在世界范围内首次提出了“地层流体抽取法”,并在此基础上制定了全新开采工艺,有效解决储层流体控制与可燃冰稳定持续分解难题,达到了长期、高效、安全开采可燃冰的目的,为试采的成功作出了重要贡献。

  2017年5月10日14时52分,从水深1266米海底,203米至277米储层的天然气水合物矿藏开采出的天然气,点火后闪烁出蓝色火焰,我国海域天然气水合物首次试采成功。

  “你的选择是对的!”不久后,卢海龙收到了国外华人同事的祝贺短信。

再传捷报:实现在“豆腐上打铁”

  首次试采的成功,并没有让卢海龙停下前进的脚步。正如党中央、国务院在贺电中说的那样:“海域天然气水合物试采成功只是万里长征迈出的关键一步,后续任务依然艰巨繁重。”


卢海龙带领团队现场作业

来源|北京大学新闻网

  第一轮试采结束后,针对天然气水合物产业化开发,科研人员之间达成共识:围绕第二轮试采要进一步提高产气量的目标,垂直井路线走不通,水平井是必由之路。卢海龙直截了当地提出:“没有水平井技术突破,水合物产业化开发就没有可能。”

  然而,水平井对技术、工艺和装备的要求更高,施工难度更大,尤其是在深海浅软地层中实现水平井钻采,如同“豆腐上打铁”,面临井口稳定、井壁稳定、储层改造等一系列世界性难题,钻探风险极高。

  围绕这些难题,卢海龙带领团队开展了有针对性的理论技术研究,深入总结分析了第一轮试采获取的647万数据,完善丰富了“系统成藏”和“三相控制”理论,为第二轮试采提供了全方位的理论支撑。

  2019年10月,我国正式启动第二轮可燃冰试采工作,卢海龙再次担任首席科学家。


2020年,我国可燃冰第二轮试采

在南海神狐海域进行

来源|中国网

  “蓝鲸Ⅱ号”钻井平台上,随着钻杆一根又一根接起来钻向深海底部,挺进可燃冰储层,卢海龙的内心逐渐随着试验数据的变化而快速跳动。最紧张的时候,他就把自己关在试采平台上的“小黑屋”里,思考着数据波动预示的每一种可能,为施工团队提供技术支持。

  2020年,我国第二次海域可燃冰试采取得成功,创造了“产气总量、日均产气量”两项世界纪录,成功实现从“探索性试采”向“试验性试采”的阶段性跨越。


2020年,我国可燃冰第二轮试采在南海神狐海域进行

来源|中国网

  卢海龙带领团队在水合物成藏机理、基础物性、生产模拟、试采井数据解释、井位设计、经济效益评价等多个方面发挥了重要作用。

  “我觉得科技报国不是一个口号,它是实实在在的一个行动,你要踏踏实实把自己的工作做好。”如今,我国天然气水合物产业化开发之路仍在稳步推进,卢海龙正用实际行动践行着他的科技报国梦。

参考文献:

[1]深蓝中,捕捉冰凝之火[N].人民日报,2017-09-04(8).

[2]我国海域可燃冰第二次试采成功[N].人民日报,2020-03-27(12).

[3]我国可燃冰产业化之路还有多远?试采现场指挥部首席科学家:已见曙光[N].文汇报,2020-06-21.

[4]可燃冰开发领域,他的团队走在世界前列[N].光明日报,2017-08-27(1).

[5]世界科技标志性成就!北大教授担任首席科学家[OL].北京大学微信公众号,2022-06-07.

中国科学家博物馆出品

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