中国智造 天府匠星⑤｜钻探深海 王国荣十年“破冰”前行
开栏语：七十五载铸辉煌，潮起东方万象新。在新中国成立75周年之际，众多重大工程和尖端技术纷纷涌现，为中国经济注入强大动能。四川成都作为中国西部科技创新高地，汇聚了顶尖的科技人才和工匠：他们助力“华龙”腾飞，支持“天问”探索，打通“川青”交通，他们是专啃铁建“硬骨头”的攻坚者，也是潜入深海打下“中国孔”的引领人。看度新闻推出“中国智造 天府匠星——庆祝新中国成立75周年特别策划”，跟随创新者的足迹，走进他们的奋斗故事，见证中国科技创新和科技成果转化的显著成果，感受新时代巴蜀大地的创新脉动。
可燃冰，海洋天然气水合物，是天然气的固态形式，作为清洁、高效的潜在能源，其储量巨大，对能源安全具有重要意义。可燃冰的重要性毋庸置疑，但一直以来，安全可控的可燃冰开采技术难题一直困扰着世界各国。
2017年，中国南海神狐海域传来喜讯——我国海底可燃冰开采技术迎来重大进展。2024年9月，来自西南石油大学机电工程学院的王国荣教授主持完成的一个项目获得了2023年度四川省技术发明一等奖，而这一项目就是决定南海神狐海域海底可燃冰实现连续稳定产气突破的关键技术——“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”。
王国荣和团队历时十多年成功研发的固态流化井下开采新技术，不仅实现了可燃冰的安全可控开采，更推动中国在该领域达到世界顶尖水平，使中国成为独立掌握海洋“可燃冰”试采新技术、工具的国家，为绿色能源的可持续发展开辟出一条新道路。
难上加难的可燃冰开采
“我国是一个传统的能源大国，但目前我国能源紧缺形势非常严峻。”在王国荣看来。我国的能源结构长期以煤炭为主，原油和天然气分别占20%和8%左右，核能、水电等绿色能源仅占15%。“对于国家能源安全而言，在实现“双碳”目标下，我们更应该注重能源的高效、低碳、绿色、清洁，在面对极端天气环境时能够实现安全供给。”王国荣说道。
王国荣在西南石油大学接受采访
自上世纪60年代可燃冰矿藏被发现以来，人们陆续在海洋和冻土中发现了大量可燃冰矿点。“可燃冰存在的总量是现在所认识到的煤、石油、天然气等化石能源的总量的两倍，储量非常大。”王国荣说。但海底可燃冰的开采并非易事，过去几十年，欧美科学家主要采用加热或者降压的方式，使可燃冰分解成为天然气和水，最后再将天然气开采出来。“这种技术一直没有被攻克，因为可燃冰在分解过程带来的连锁反应是非常复杂的。”王国荣表示，一旦没有在地下控制好可燃冰，使可燃冰产生连锁反应，就有可能使得大量气体进入海水甚至引发海啸、地质灾难等。也因为这一难题，半个世纪以来，全球的科研人员都还没有找到海底可燃冰商业化的开采方式。
1995年，我国开始研究可燃冰。2007年5月，我国成功获取了可燃冰实物样品，成为世界上第四个通过国家级开发项目发现可燃冰的国家，根据现有的勘探，我国可燃冰资源储量位居世界第一。我国南海的可燃冰储量极为丰富，但其储集类型为开采难度最大的泥质粉砂型储层类型，我国乃至世界对该类型资源尚未有开采经验。面对国家能源结构转型的发展需求，推动我国南海的可燃冰资源高效可控开采利用，迫在眉睫。
从无到有的创新探索
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，即通过开采可燃冰固体矿的方式，将可燃冰破碎后混入海水，把它变成可以流动的浆体，再吸入进管柱中，在管柱中汽化分解。“这样的话我们就能控制它分解的速度，变不可控为可控。”王国荣说道。区别于传统降压法，采用固态流化开采，避免了降压法带来的安全风险，如地质灾害、温室效应等。
沿着周守为院士提供的思路，王国荣所在的团队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。王国荣表示，团队需要去思考如何将周守为院士的思路转变为实用的工程技术。
“当时，我们面临着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。”王国荣坦言，设计、实验验证和产品化是三大难题，团队既没有理论依据，也没有技术参考。“做工程之前首先得有工具、装备，因为这是一个全新的开采方式，所以首先就要设计一套井下工艺及工具。”
领眼钻进回拖流化工艺示意图
在从0到1的创新过程中，设计的工艺和工具是否可行？工具能否达到功能指标要求？王国荣团队通过研究室的反复实验，逐步建立起一套可行的实验方法，“从设计之初到寻求实验的评价方法，再到最后设计整个系统工艺的过程，我们经历过失败，反复地重新推倒，重新开始。”对此，王国荣感慨道，半个多世纪以来，全球的科研人员都还没有找到海底可燃冰商业化的开采方式，既然我国的科学家提出了新的方式，如果我们能够证明这种方式可行，这也是非常值得骄傲的。”
正在等待下井海试的水合物喷射钻头工具串
历经10余年的反复试验与失败，王国荣团队按照固态流化的思想，最终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。“这就是我们现在下入到井筒当中的一整套工具，由十几个工具组成的一个管串，通过双层管开采新方法和采掘动态模拟实验方法及系统，将可燃冰破碎流化后吸入井筒可控举升的固态流化开采。”王国荣向看度新闻记者介绍道。
领跑世界的重大突破
2017年5月，在距香港约285公里的南海北部神狐海域，中海油联合西南石油大学利用王国荣团队研发的开采装备成功组织实施了全球首次可燃冰固态流化试采，这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。
全球首次海底可燃冰固态流化试采成功
“首次试采从出海到上岸，我们在船上待了二十多天，在现场反复确认施工细节，最终实现在水深1266米海底以下200米的海床中进行固态流化试采。”据王国荣介绍，此次试开采达到了日均产气一万方以上以及连续一周不间断的国际公认指标，不仅表明我国天然气水合物勘查和开发的核心技术得到验证，也标志着中国在这一领域的综合实力达到世界顶尖水平。
同时，这次试采成功是中国首次、也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可控开采，这表明我国唯一拥有完全自主知识产权的海洋可燃冰固态流化开采新技术获得突破性成果，这也使中国成为独立掌握海洋可燃冰试采新技术、工具的国家。
王国荣（中）在现场指导海试工具组装
王国荣告诉看度新闻记者，多年来，团队共进行了三轮试采，第一轮试采在于验证开采原理、全套工艺流程和配套装备是否可行，第二轮试采在于验证整个开采系统是否能正常在海上作业，实地实验深海浅软地层水平井钻采核心技术。在前两轮试采中，天然气的日产量在1万方～2万方的量级，而在今年春节前后的第三次试采，天然气达到了每日10万方的量级，产气总量、日均产气量再次刷新纪录。
“海上天然气开采的商业化门槛在每日15万至20万方，目前还没有完全达到商业化的量级。”王国荣表示，在第三轮试采的过程中，团队探索如何将海底常规和浅层的天然气进行联合开采，降低单个天然气井的开采成本，增加天然气产量，这也是团队未来攻克的方向。
接下来，王国荣准备让整套技术设备和工艺流程形成可复制性的工程化施工。“预计在2030年，联合开采可燃冰与浅层中层深层的油气资源，并形成示范性工程。”
在王国荣看来，可燃冰开采的道路还很漫长，“作为一名科研人员，我希望能够提高天然气的产量，不断寻找新的可替代绿色、清洁能源，降低国家对外资源的依存度，保障国家的能源安全。”
总策划：李程 袁理
统筹：何静 雷启枝 王隆 张稷 蒋茜
采写：叶升芃 张人杰 涂宇瑞
拍摄：唐韵 唐崇甦 何泽曦 陈路
剪辑：唐韵 唐崇甦 何泽曦 陈路 蒋鑫
主播：张海峰
设计：夏雨昕
特别鸣谢：西南石油大学