我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與對策

皮光林，王敏生，光新軍，董秀成

(1.中國石化石油工程技術研究院，北京 100101；2.中國石油大學(北京)工商管理學院，北京 102249)

天然氣水合物(俗稱“可燃冰”)是水和天然氣在低溫和高壓條件下形成的一種固態(tài)可燃物質(zhì)[1]。作為一種新型清潔和重要后續(xù)能源，天然氣水合物逐漸成為各國關注的熱點。為增加天然氣供應、保障能源供應安全，我國自20世紀80年代初開始對天然氣水合物進行前期研究及相關勘查工作。2017年5月，我國首次海域天然氣水合物試采成功，標志著我國在天然氣水合物勘查開發(fā)理論、技術、工程、裝備方面取得歷史性突破。但我國天然氣水合物資源勘查與開發(fā)仍處在起步階段，要真正實現(xiàn)商業(yè)開采仍面臨著諸多的障礙。因此，有必要深入探討我國天然氣水合物勘探開發(fā)在短期、中長期面臨的挑戰(zhàn)，并提出相應的對策建議，以推動我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)進一步發(fā)展。

1　我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)現(xiàn)狀

1.1　我國天然氣水合物勘探開發(fā)進展

我國對天然氣水合物室內(nèi)研究和資源調(diào)查起步較晚。從20世紀80年代初至今，大致經(jīng)歷了三個階段：跟蹤研究階段(1982～1998年)、前期勘查階段(1999～2010年)、普查與試采階段(2011年至今)(圖1)。2011年，我國啟動國家科技重大專項“天然氣水合物資源勘查與試采工程”，提出10年內(nèi)將完成中國管轄海域天然氣水合物的普查規(guī)劃，也正式開啟了我國天然氣水合物試采工作。經(jīng)過近20年的調(diào)查活動，初步證實我國天然氣水合物資源豐富。2016年，中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布的《中國能源礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查報告》顯示，我國天然氣水合物預測遠景資源量超1 000億t油當量，主要分布在南海、東海和青藏高原、東北漠河凍土區(qū)等。

1.2　我國天然氣水合物勘探開發(fā)政策規(guī)劃

我國政府已將發(fā)展天然氣水合物納入能源供給革命內(nèi)容之中。當前，盡管國家沒有出臺天然氣水合物專項政策和規(guī)劃，但在《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014～2020年)》《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等相關規(guī)劃中均提到要積極推進天然氣水合物的勘探開發(fā)(表1)。由表1可知，在“十三五”期間， 政府針對天

圖1　我國天然氣水合物勘探開發(fā)階段圖

表1　我國天然氣水合物勘探開發(fā)相關規(guī)劃

時間規(guī)劃名稱主要相關內(nèi)容2006國土資源部中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)將海域天然氣水合物評價與勘查開發(fā)關鍵技術列入重大科技計劃,進行天然氣水合物開發(fā)研究2014能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014～2020年)加大天然氣水合物勘探開發(fā)技術攻關力度,培育具有自主知識產(chǎn)權的核心技術,積極推進試采工程2016國土資源“十三五”科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃2020年,攻克海域天然氣水合物試采關鍵技術,實現(xiàn)商業(yè)化試采;加強海域天然氣水合物勘查;開展陸域天然氣水合物地震識別、測井識別及現(xiàn)場識別技術研究2016能源技術創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃將“天然氣水合物目標資源評價與試采方法優(yōu)選”、“天然氣水合物試采技術及技術裝備”列入集中攻關類項目2016能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃將天然氣水合物探采列入能源科技創(chuàng)新重大示范工程,優(yōu)選一批勘探遠景目標區(qū)2016天然氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃加強天然氣水合物基礎研究工作,重點攻關開發(fā)技術、環(huán)境控制等技術難題,超前做好技術儲備

然氣水合物主要將開展兩方面工作：加強海域和陸域天然氣水合物的勘查工作，加大天然氣水合物勘探開發(fā)技術攻關力度。

2　我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

中國天然氣水合物勘探開發(fā)取得了較大的進展，但要實現(xiàn)大規(guī)模開采，仍面臨著諸多的挑戰(zhàn)。為了推動我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)進一步發(fā)展，本文將這些制約因素分為兩個部分，并對其進行了詳細分析。圖2為影響我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)發(fā)展的因素：內(nèi)部正方形里面的因素(資源潛力、技術創(chuàng)新、生產(chǎn)成本、非常規(guī)油氣)為制約天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)的短期因素；兩個正方形之間的因素(監(jiān)管體系、技術擴散、環(huán)境問題、地質(zhì)災害)為可能影響天然氣水合物行業(yè)發(fā)展的中長期因素。

圖2　我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)制約因素圖

2.1　短期制約因素

2.1.1資源潛力不清

天然氣水合物資源潛力是發(fā)展該產(chǎn)業(yè)的基礎條件。我國天然氣水合物資源調(diào)查正式起步于1999年，先后實施了《我國海域天然氣水合物資源調(diào)查與評價》《天然氣水合物資源勘查與試采工程》等國家專項[2]。但總體上看，我國天然氣水合物資源戰(zhàn)略調(diào)查工作仍處于起步階段，勘探程度較低、資源潛力和分布不清。近年來，有不少學者和機構對中國天然氣水合物資源量進行了預測[3-4]，但由于缺乏實際勘探數(shù)據(jù)支撐，評價精度有待進一步提高。當前，官方的數(shù)據(jù)是2016年底中國地質(zhì)調(diào)查局公布的1 000億t天然氣水合物預測遠景資源量，其資源等級非常低。對勘探生產(chǎn)具有實際指導意義的是探明儲量，遠景資源量最終能轉(zhuǎn)化為多少探明儲量，需要大量的地質(zhì)調(diào)查工作，資金投入大、實施周期長。

2.1.2技術尚不成熟

在發(fā)展初期，我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)會面臨技術創(chuàng)新方面的挑戰(zhàn)。2017年5月進行的南海神狐海域天然氣水合物試采活動，實現(xiàn)了六大技術體系(防砂技術、儲層改造技術、鉆完井技術、勘查技術、測試與模擬實驗技術、環(huán)境監(jiān)測技術)、七項重大技術裝備的自主創(chuàng)新，標志著我國天然氣水合物技術取得較大程度的突破。但正如中共中央、國務院在賀電里所說“海域天然氣水合物試采成功只是萬里長征邁出的關鍵一步”，我國天然氣水合物技術創(chuàng)新還面臨著艱難的挑戰(zhàn)。具體表現(xiàn)如下：試采活動使用降壓法開采天然氣水合物，其生產(chǎn)效率并不高，電加熱輔助降壓法、CO2-CH4置換法等其他類型的開采方法有待探索；出砂問題是制約水合物資源有效開采的關鍵因素，試采活動雖然實現(xiàn)了防砂技術的創(chuàng)新，但畢竟試采時間短，能否解決長期開采防砂，需要進一步研究；井底氣水快速分離技術、環(huán)境監(jiān)測與評價技術等主要技術仍需重點攻關；我國天然氣試采的儲層類型是泥質(zhì)粉砂型儲層，其他類型(塊狀型、裂縫型儲層等)的天然氣水合物開采技術有待突破等。

2.1.3生產(chǎn)成本較高

生產(chǎn)成本較高是制約日本、韓國等國家天然氣水合物行業(yè)發(fā)展的重要原因，也是影響我國水合物經(jīng)濟開采的主要因素。天然氣水合物的生產(chǎn)成本主要包括：鉆井工程成本、采氣工程成本以及地面工程成本等。當前，天然氣水合物主要開采方法有注熱法、降壓法、化學抑制劑法等[5]，上述方法普遍存在著生產(chǎn)效率較低、鉆采成本較高的問題。此外，由于我國天然氣水合物資源多分布于南海海域、東海海域和青藏高原凍土區(qū)，開采上來的天然氣還面臨著加工、儲存、運輸?shù)入y題，這會進一步加劇地面工程成本。據(jù)Matthew R.Walsh等估算，從海上常規(guī)天然氣田生產(chǎn)1 m3天然氣將比從海上天然氣水合物中生產(chǎn)同樣數(shù)量的天然氣節(jié)省0.10～0.11美元[6]；日本國有石油、天然氣和金屬開采公司公布的數(shù)據(jù)也顯示，從海底天然氣水合物中采出天然氣的成本高達2.8～10.8元/m3[7]。而當前，中國頁巖氣開采的單位成本為1.8元/m3左右，常規(guī)天然氣的開采成本則更低。

2.1.4其他非常規(guī)油氣產(chǎn)業(yè)制約

天然氣水合物是一種非常規(guī)天然氣資源，在發(fā)展初期將受到其他非常規(guī)油氣產(chǎn)業(yè)的影響。當前，國際非常規(guī)油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅速，尤其是美國頁巖油氣技術和產(chǎn)量突破，使得國際油氣市場進入了供需相對寬松的時期。國際油氣價格持續(xù)低迷，這將在一定程度上影響我國企業(yè)開采天然氣水合物的經(jīng)濟性和積極性。原本非常積極的美國放緩發(fā)展天然氣水合物正是考慮到本國頁巖油氣資源的發(fā)展。此外，我國開發(fā)天然氣資源一直遵循著常規(guī)天然氣-致密砂巖氣-煤層氣-頁巖氣-天然氣水合物的基本路徑。當前，我國政府高度重視頁巖氣資源的發(fā)展，出臺了大量的產(chǎn)業(yè)政策和規(guī)劃。相比于天然氣水合物，我國國有企業(yè)更加重視頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也確實取得了較大的突破，這將影響對天然氣水合物的科研和開發(fā)投入。

2.2　中長期潛在制約因素

2.2.1監(jiān)管體系尚不健全

天然氣水合物勘探開發(fā)初期，我國現(xiàn)有油氣監(jiān)管體制還不是主要的制約因素。但隨著天然氣水合物相關企業(yè)以及勘探開發(fā)項目的增加，油氣監(jiān)管體制不健全將逐漸成為天然氣水合物發(fā)展的重要阻礙，主要表現(xiàn)為監(jiān)管法律法規(guī)不完善、監(jiān)管標準缺失、監(jiān)管人員不足等。在監(jiān)管法律法規(guī)方面，現(xiàn)有《環(huán)境保護法》《海洋環(huán)境保護法》《大氣污染防治法》等法律法規(guī)并不能自動適用于天然氣水合物的環(huán)境監(jiān)管。例如，2016年1月1日起實施的新《大氣污染防治法》并未把天然氣水合物開發(fā)活動產(chǎn)生的主要溫室氣體——甲烷納入監(jiān)管范疇。在監(jiān)管標準方面，國家尚未開始制定涵蓋天然氣水合物勘探、開發(fā)、運輸?shù)热a(chǎn)業(yè)鏈的技術標準體系。2017年5月，中共中央、國務院印發(fā)了《關于深化石油天然氣體制改革的若干意見》，提出要加強油氣開發(fā)利用全過程安全監(jiān)管。而天然氣水合物全產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)管標準的缺失，將不利于這一目標的實現(xiàn)。最后，與油氣監(jiān)管相關的職能部門人員，國家能源局和國土資源部加在一起不足100人，這顯然無力行使有效的環(huán)境監(jiān)管、全過程監(jiān)管以及礦權監(jiān)管。

2.2.2技術擴散存在阻礙

美國頁巖氣技術發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段：技術創(chuàng)新階段和技術擴散階段[8]。作為一種非常規(guī)天然氣資源，我國天然氣水合物同樣會經(jīng)歷這兩個階段。由于天然氣水合物產(chǎn)業(yè)前期投資高、勘探開發(fā)風險大，且國有石油公司在國內(nèi)油氣工程技術服務市場占據(jù)絕對的主導地位，因此，我國天然氣水合物技術創(chuàng)新過程將主要由國有石油公司完成。隨著我國油氣產(chǎn)業(yè)改革的推進，在未來，國有石油公司在天然氣水合物行業(yè)將面臨著其他社會資本競爭。屆時，如果政府沒有出臺相應的激勵政策，天然氣水合物勘采技術由國有石油公司向社會資本擴散時將面臨潛在的阻礙。

2.2.3環(huán)境風險較為突出

當前，在我國天然氣水合物勘采行業(yè)，主要是中國地質(zhì)調(diào)查局、國有石油企業(yè)等進行技術研發(fā)與資源勘查試采工作。由于對環(huán)境保護的高度重視以及勘采工作的范圍較小，在短期內(nèi)出現(xiàn)大規(guī)模環(huán)境污染問題的概率較低。2017年5月，南海神狐海域進行的天然氣水合物試采活動，經(jīng)監(jiān)測并沒有出現(xiàn)相關的環(huán)境問題。隨著國家扶持政策的陸續(xù)出臺以及天然氣水合物技術的突破，可以預見在中長期，將會有大量資本進入天然氣水合物行業(yè)，屆時可能因為監(jiān)管不力而出現(xiàn)較為嚴重的環(huán)境問題。在我國海域開采天然氣水合物，可能出現(xiàn)的環(huán)境風險有：開采過程中泄露的甲烷將加劇全球氣候變暖；泄露到海水中的甲烷將消耗氧氣，破壞海洋生態(tài)平衡；生產(chǎn)用水對海洋環(huán)境造成不利影響[9]。在陸域開采天然氣水合物，可能出現(xiàn)凍土層和高寒草甸破壞、陸地生態(tài)失衡等環(huán)境問題。

2.2.4地質(zhì)災害難以預料

隨著天然氣水合物的大規(guī)模開發(fā)，在中長期可能存在著海底塌方、滑坡等地質(zhì)災害風險。天然氣水合物開采過程中會產(chǎn)生大量的氣體和水，導致海底地層孔隙壓力的升高，同時改變海底沉積物的物理性質(zhì)，使得含氣地層的抗剪切強度和承載能力大為降低，由此可能引發(fā)海底滑坡，并帶動巖層流動或崩塌，發(fā)生地質(zhì)災害[10]。在陸域凍土區(qū)，同樣存在著因開采天然氣水合物而引起的塌方、地陷等地質(zhì)災害問題。

當然，本文所分析的影響天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)發(fā)展的短期因素和中長期潛在因素并非絕對的。一方面，如果政府沒有采取有效的措施應對短期阻礙因素，那么這些因素可能長期地制約我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)的發(fā)展。另一方面，如果政府未雨綢繆，在短期內(nèi)就致力于這些中長期制約因素的解決，那么這些潛在因素就可能不會束縛我國天然氣水合物行業(yè)的未來發(fā)展。但就遵循產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律而言，當前政府的主要精力仍應著力于應對短期阻礙因素，即采取有效措施取得天然氣水合物儲量突破，掌握勘探開發(fā)核心技術體系，降低生產(chǎn)成本等。

3　我國天然氣水合物勘探開發(fā)行業(yè)對策建議

3.1　加大天然氣水合物資源調(diào)查力度

盡管天然氣水合物勘探開發(fā)面臨著諸多的挑戰(zhàn)，但從長遠來看，積極推動天然氣水合物行業(yè)發(fā)展符合我國能源轉(zhuǎn)型基本方向。當前的戰(zhàn)略重點是積極開展天然氣水合物資源調(diào)查工作，從而為未來天然氣水合物開采奠定資源基礎。要分層次、有重點地開展海域和陸域凍土區(qū)天然氣水合物資源調(diào)查評價，盡快確定我國天然氣水合物的資源潛力和分布情況。尤其要注重加強對重點目標區(qū)的詳查工作，爭取達到儲量水平。此外，應加強對天然氣水合物成藏理論、資源評價理論等研究工作，建立我國天然氣水合物調(diào)查評價標準體系，規(guī)范水合物地質(zhì)調(diào)查和勘查開采工作。

3.2　加強天然氣水合物勘探開發(fā)技術攻關

天然氣水合物勘探開發(fā)技術是影響水合物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵因素。為推動天然氣水合物技術進步，美國出臺了甲烷水合物研發(fā)法案，制定了國家級甲烷水合物研發(fā)計劃，統(tǒng)一協(xié)調(diào)研發(fā)工作[11]；韓國集結優(yōu)秀科研資源，成立了統(tǒng)一的國家天然氣水合物研究機構，明確了未來發(fā)展技術路線圖[12]；日本將天然氣水合物上升到國家戰(zhàn)略，并制定了詳細的技術發(fā)展規(guī)劃[13]。當前，我國天然氣水合物研發(fā)力量比較分散、缺乏明確的技術發(fā)展規(guī)劃。為此，建議充分發(fā)揮國土資源部、國家能源局等政府部門的組織協(xié)調(diào)作用，適時成立專門的國家級水合物研究機構，以協(xié)調(diào)科研院所、高校、石油公司之間的科研資源，系統(tǒng)開展天然氣水合物技術研究。其次，要制定天然氣水合物國家級技術研發(fā)計劃和詳細的技術路線圖，明確重點攻關方向。再次，要進一步開展不同類型特點的天然氣水合物試采活動，通過試采工作掌握完善的鉆完井技術(主要是控壓鉆井技術、低溫鉆完井流體體系、防砂完井技術、井下氣水分離技術)、開采技術(包括電加熱輔助降壓法、CO2-CH4置換法等)、環(huán)境效應評估及控制技術等。

3.3　盡快制定天然氣水合物支持政策

天然氣水合物作為新興行業(yè)，在發(fā)展初期需要政府制定相關政策進行引導與扶持。首先，政府應結合天然氣水合物發(fā)展狀況，盡快制定我國天然氣水合物未來發(fā)展規(guī)劃，明確各個階段發(fā)展重點[14]。其次，要出臺相應的財政補貼政策，積極鼓勵天然氣水合物勘探，而不是開發(fā)。最后，要建立符合我國天然氣水合物產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的金融支持體系，積極推廣PPP融資模式(Public-Private-Partnership，公共私營合作制)，引入各類資本參與天然氣水合物勘采活動。

3.4　積極開展天然氣水合物國際合作

作為一種新型清潔的非常規(guī)天然氣資源，天然氣水合物自20世紀60年代以來就已成為美國、加拿大、日本、印度、韓國等國家的重點研究對象。截至目前，在阿拉斯加北坡、加拿大馬更些三角洲、日本南海海槽均開展了天然氣水合物試采活動[11]。盡管沒有一個國家能實現(xiàn)對天然氣水合物的商業(yè)開采，但上述國家開展天然氣水合物研究的經(jīng)驗仍值得借鑒。為此，建議我國積極參與國際天然氣水合物有關項目，加強與相關政府、科研機構、國際能源公司之間的技術交流與合作，深入探討天然氣水合物基礎理論與勘探開發(fā)技術，建立國際合作常態(tài)機制，為早日實現(xiàn)天然氣水合物商業(yè)開發(fā)積累經(jīng)驗。

3.5　建立天然氣價格預測機制，努力把握非常規(guī)油氣市場走勢

價格是市場變化的“晴雨表”，建立天然氣價格預測機制有利于應對天然氣水合物開發(fā)的經(jīng)濟風險。當前，我國天然氣水合物資源開發(fā)除了受制于自身產(chǎn)業(yè)因素以外，也與其他非常規(guī)油氣產(chǎn)業(yè)息息相關。因此，應積極關注全球能源地緣政治、經(jīng)濟形勢變化，努力把握未來全球非常規(guī)油氣市場供需格局，建立起天然氣價格預測系統(tǒng)，實時跟蹤、監(jiān)測、分析和判斷天然氣價格走勢，以確定天然氣水合物開發(fā)的經(jīng)濟性。

[1]劉鑫,潘振,王熒光,等.天然氣水合物勘探和開采方法研究進展[J].當代化工,2013(7):958-960.

[2]舟丹.我國缺乏“可燃冰”的中長期發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃[J].中外能源,2015(4):61.

[3]羅敏,王宏斌,楊勝雄,等.南海天然氣水合物研究進展[J].礦物巖石地球化學通報,2013,32(1):56-69.

[4]祝有海,趙省民,盧振權.中國凍土區(qū)天然氣水合物的找礦選區(qū)及其資源潛力[J].天然氣工業(yè),2011,31(1):13-19，108.

[5]李淑霞,徐新華,吳錦謹,等.不同注熱水溫度下水合物開采實驗研究[J].現(xiàn)代地質(zhì),2013(6):1379-1383.

[6]WALSH M R,HANCOCK S H,WILSON S J,et al.Preliminary report on the commercial viability of gas production from natural gas hydrates[J].Energy Economics,2009,31:815-823.

[7]宋廣喜,雷懷玉,王柏蒼,等.國內(nèi)外天然氣水合物發(fā)展現(xiàn)狀與思考[J].國際石油經(jīng)濟,2013,21(11):69-76，104.

[8]TIAN L,WANG Z M,KRUPNICK A,et al.Stimulating shale gas development in China:A comparison with the US experience [J].Energy Policy,2014,75:109-116.

[9]劉超.可燃冰開發(fā)環(huán)境風險法律規(guī)制制度探究[J].中國地質(zhì)大學學報：社會科學版,2017(2):39-48.

[10]劉鋒.南海北部陸坡天然氣水合物分解引起的海底滑坡與環(huán)境風險評價[D].北京：中國科學院研究生院,2010.

[11]張煒,王淑玲.美國天然氣水合物研發(fā)進展及對中國的啟示[J].礦床地質(zhì),2015(2):79-82，91.

[12]樊栓獅,陳玉娟,郎雪梅,等.韓國天然氣水合物研究開發(fā)思路及對我國的啟示[J].中外能源,2009,14(10):20-25.

[13]嚴杰,曾繁彩,陳宏文.日韓海洋天然氣水合物勘探研究進展及對我國的啟示[J].海洋開發(fā)與管理,2015,32(11):20-27.

[14]高世楫.可燃冰應成為“十三五”能源變革重要選擇[J].決策與信息,2015(12):57-60.