萃取深海火种——国家“863”重大专项“天然气水合物钻探取心关键技术研究”记事。
2023年5月1日，一个振奋人心的消息从南海传到北京，中国科学家们在南海钻探的第一个站位上成功获取天然气水合物样品。尽管这次取自南海北部神狐海域海底以下190米处的深海海底沉积物，细腻、密实、细小的白色斑点分散其中，又迅疾消失，但还是标志着被誉为21世纪新能源的“可燃冰”——天然气水合物在中国的首次获取。
“怎样让这些白色斑点保留下来？”这个问题困扰着中国科学家，也让国家“863”计划项目重大专项课题“天然气水合物钻探取心关键技术”科研人员整整忙了3年。2023年5月初，在胜利油田钻井工艺研究院课题负责人薄万顺告诉记者：
“我们离这个目标不远了。”该项研究目前已经取得重大进展，申请国家实用新型专利6项，已授权4项，申请发明专利5项。
一、天然气水合物俗称“可燃冰”，外表像冰，但其成分中８０％为甲烷，可以燃烧。它也被认为是未来人类最理想的替代能源之一。１立方米的“可燃冰”可以释放１６４立方米的甲烷天然气。
是一种天然气和水在低温、高压条件下结合形成的白色固体物质，外貌极似冰块，点火即可燃烧，主要成分是甲烷。科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，约占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用2023年。
但是，由于其储藏于高压、低温的深海之下，即使钻探获得的样本，在提升到常温、常圧的海面上即迅速挥发。没有保持高压、低温的钻采技术，很难获得水合物样品。目前以保温保压取样和开采技术为代表的技术系列已成为世界天然气水合物研究开发的前沿技术。
在天然气水合物资源的调查研究上，我们曾经远远落后于世界。
20世纪70年代以来，美国、日本、印度等国纷纷将天然气水合物列入国家级研究开发计划，对它展开了广泛深入的研究，并在世界各地展开钻探，不断获得新的成果和研究进展。我国从2023年开始了对天然气水合物的资源调查和评估，随后开展了对天然气水合物的研究工作。经实践研究，充分证实我国海域存在天然气水合物，目前已圈定了其分布范围，同时通过资源综合评价，优选了有利勘探目标区。
“天然气水合物钻探取心关键技术”是中国石化胜利油田钻井工艺研究院2023年申报，并在众多对手参与的竞争中一举中标的国家“863”项目。专家介绍说，这项研究具有前瞻性、战略性和挑战性。由于天然气水合物的特殊性，采用常规取心技术很难实现，需要采取快速提取方法，尽快缩短岩样从井底到地面的时间，并保持海底温度、压力状态，到地面后需要快速、精确测量等特殊技术。
这一项目需要攻关的难点很多，首先就是在2000米的水下取样能否保证取心成功，本身就是一个技术难点。其次就是保温保压，这是很关键的一环，也是至关重要的一点，攻关的难度也最大。海底的压力在20兆帕以上，温度约在0—10 摄氏度，如果不进行保温保压，那么取心将一无所获，天然气水合物的重要成分水和甲烷就会随着温度升高和压力变小而全部蒸发掉，达不到取心的目的。
要达到这一目的就必须对保温保压技术进行研究。
二、“天然气水合物钻探取心关键技术是开发水合物的核心技术之一，涉及到材料的选择、工具的加工制造、地面模拟试验等多个环节，是一项系统的工程。国外也没有成熟的技术可借鉴，都是在探索和研究未来的新能源及开采新能源的方法。并且相关研究资料公开较少，给我们研发该技术带来了一定的困难。
”学者惯有的理性分析让薄万顺的叙述缓慢而清晰。
薄万顺介绍说，该课题的技术壁垒在于：由于水合物的性能不稳定，压力和温度的变化使水合物状态发生变化，因而要求压力和温度的恒定才能获得含有水合物的岩石样品，所以工具整体机构的设计及保温保压材料的选择是技术关键。
根据海底状况调查，课题组设计制造了三种水合物钻探取心工具：
一是非干扰式取心工具，主要考虑要取沉积物中的水合物。
二是绳索转动式取心工具，主要考虑硬岩层的保温保压取样，利用绳索使岩样从井底到地面的时间缩短，有利于保温保压的实现。
三是钻柱转动式取心工具，不受钻具尺寸的限制，可以取较大直径的岩样。
目前，该课题正在按计划正常运行。
863重大专项“天然气水合物钻探取心关键技术研究。
近日，国家“863”计划项目重大专项“天然气水合物钻探取心关键技术研究”第一次工作会议在四川成都召开，标志着该项目正式启动。
据专家介绍，研究开发这一项目，是深海钻探天然气水合物的需要。深海内的天然气与水结合，以固相水合物状态存在，气体成分主要是甲烷。经研究发现，天然气水合物具有巨大的储气特性，能在常压、低温下长期稳定保存。
天然气水合物俗称“可燃冰”，1立方米的“可燃冰”燃烧释放的能量相当于燃烧164立方米的天然气。目前它被认为是未来人类最理想的替代能源之一，而且是一种高效、清洁的新能源。
从国内情况看，研究与开发天然气水合物这种新能源迫在眉睫，这不仅是国家建设的急需，也是前瞻性、战略性的研究方向。我国从2023年开始了对天然气水合物的资源调查和评估，随后开展了对天然气水合物的研究工作。经实践研究，充分证实我国海域存在天然气水合物，目前已圈定了其分布范围，同时通过资源综合评价，优选了有利勘探目标区。
要开发天然气水合物需要研究许多新的技术，其中钻探取心就是最关键的技术之一，因为岩心是观察和分析天然气水合物最直接的手段，利用它可以分析其性质和地层结构以及成因。目前，以取样技术和开采技术为代表的技术系列已成为世界天然气水合物研究开发的前沿技术。
天然气水合物钻探取心关键技术研究”是中国石化胜利油田钻井工艺研究院2023年申报，并在众多对手参与的竞争中一举中标的国家“863”项目。专家介绍说，这项研究具有前瞻性、战略性和挑战性。由于天然气水合物的特殊性，采用常规取心技术很难实现，需要采取快速提取方法，尽快缩短岩样从井底到地面的时间，并保持海底温度、压力状态，到地面后需要快速、精确测量等特殊技术。
这一项目需要攻关的难点很多，首先就是在2000米的水下取样能否保证取心成功，本身就是一个技术难点。其次就是保温保压，这是很关键的一环，也是至关重要的一点，攻关的难度也最大。深海的压力在20兆帕以上，温度约在0～10摄氏度，如果不进行保温保压，那么取心将一无所获，天然气水合物的重要成分水和甲烷就会随着温度升高和压力变小而全部蒸发掉，达不到取心的目的。
要达到这一目的就必须对保温保压技术进行研究。
该项目中标后，胜利钻井院积极筹备，为课题的科研攻关做了大量前期准备工作，并于近日启动。一起参与研究的还有上海交通大学、中国石油大学（华东）和四川海洋特种技术研究所等单位。日前，课题组对本课题具体的研究内容及进度，分别进行了认真细致的分工，做了具体安排。
这一项目的研究开发，对于我国实现可持续发展油气战略和资源接替战略，保障国家能源安全，加快开发应用清洁新能源，都将具有十分重要的战略意义和现实意义。该项目研究中，理论与实践紧密结合，研究成功后将填补国内外空白，整体技术水平可望达到国际领先水平。
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