天然气水合物，俗称可燃冰，外观像冰，遇火即燃。它“潜藏”于深海或陆域永久冻土中，储量巨大，是煤、石油等化石能源的2倍，被认为是21世纪理想清洁能源之一。不过，可燃冰所处环境十分复杂，开采并非易事。
9月10日，全省科技大会为247个项目授予了2023年度四川省科学技术奖。其中6项科技成果荣获四川省技术发明奖。其中之一，由西南石油大学主持完成的“海底可燃冰固态流化井下双层管开采关键技术与装备研发及应用”项目，荣获2023年度四川省技术发明奖一等奖。
项目历经10年研究，填补了领域空白，支撑了全球首次天然气水合物固态流化试采成功实施。这项技术有多“硬核”?项目团队“揭秘”。
填补空白：将可燃冰开发新思路“落地”
可燃冰，通俗地说，就是水分子作为牢笼，将氮气，二氧化碳，甲烷等气体分子囚禁在这个牢笼里面的一种疏松固体。
一直以来，国际上常见的开采方法是将可燃冰在储层气化后采出，但持续规模化开采时，可燃冰气化后会向上逸散进入海水，现有技术始终未能突破由此带来的燃爆、沉船、海啸、海底滑坡等风险。
2012年，我国著名海洋石油开发工程专家周守为院士提出了一种全新的开发思路，就是将可燃冰破碎流化后吸入井筒可控举升的固态流化开采。“简单地说，就是将可燃冰破碎后，回收进一个双层‘吸管’，然后‘抽’出来，变不可控为可控。”项目团队负责人、西南石油大学机电工程学院教授王国荣介绍。
如何把这一开发思路落地?围绕可燃冰固态流化井下开采基础理论空白、专用实验平台及一体化开采井下工具系统缺乏等难题，西南石油大学联合中海油等多家单位共同启动了“海底可燃冰固态流化井下双层管开采关键技术与装备研发及应用”项目。
“我们这个项目所做的，就是把这个开发思路往工程化的方向迈进，变成一套实用的技术与装备、工艺流程。”王国荣介绍。
在周守为院士和成都理工大学刘清友教授的指导下，王国荣带领团队，十年攻关、从无到有，成功研发了海底浅层可燃冰固态流化井下一体化开采装备，还建立了双层管开采新方法和采掘动态模拟实验方法及系统，为可燃冰持续规模化开发提供了新的技术和装备支撑。
“这是一条从‘0’到‘1’的艰难探索之路，因为是国际上全新的开采思想，缺乏设计理论和设计依据，工具应该达到怎样的技术指标，性能如何验证、测试、评估等，所有问题都是未知数。”王国荣说，中间也遇到了很多“瓶颈”，但最终都一一突破了。
支撑试采：以科技创新为利器，维护国家能源安全
2017年5月，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功，这也标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。值得一提的是，此次南海神狐海域试采成功的是资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物。
成功试采背后，就有着王国荣团队研发的技术及装备支撑。距离首次试采已有7年，王国荣依然记得很多细节，“那是全套工艺流程和配套装备首次上‘考场’，当时在海上呆了20多天，经过反复研究、推演，细化施工细节，最终实现在水深1300米左右进行固态流化试采。”
在首次完成可燃冰试采后的第三年，我国海域可燃冰试采再传捷报，第二轮试采的产气总量、日均产气量再次刷新纪录，并攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术。
两轮试采重心不同，第一轮聚焦完成“探索性试采”，解决的是“能否安全、连续开采出来”的问题。第二轮试采完成了“试验性试采”，解决的是“如何提高产气规模”的问题，这是天然气水合物产业化进程中极为关键的一步。“第二次试采是第一次的递进，试采难度更大，我们也锤炼了工艺技术细节，持续提升工艺和装备，保障试采开展。”王国荣说。
“这个奖是对我们十余年研究工作的肯定和认可。作为科技工作者，就是要以科技创新为利器，为维护国家能源安全提供坚实的技术及装备支撑。”王国荣说，“我们目前朝着两个方向努力，一是希望让整套技术装备和工艺流程向工程化迈进，同时尝试将可燃冰与浅层中层深层的油气联合进行开采，进一步降低成本、提高产量。”
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