天然氣水合物標準體系構建研究

關鍵詞：天然氣水合物，標準體系，標準化

天然氣水合物又稱可燃冰，是天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀結晶物質。天然氣水合物具有儲氣密度高、燃燒熱值高等特點，是一種清潔高效的能源資源和化工原料，分布于深海或陸域永久凍土中，且儲量巨大，其碳當量相當于全球已知煤炭、石油和天然氣總儲量的兩倍，極具資源潛力和開發前景，有助于加快實現碳達峰、碳中和的目標任務[1]。

近年來，我國天然氣水合物勘探與開發領域不斷取得重大突破，特別是2017年我國首次海域天然氣水合物試采取得歷史性成功，以及2020年在南海神狐海域第二輪試采中創造了產氣總量、日均產氣量兩項世界紀錄，實現了從“探索性試采”向“試驗性試采”的重大跨越，向產業化邁出了極為關鍵的一步[2]，但同時天然氣水合物產業也面臨著標準化工作不足的問題[3]。因此，研究、構建天然氣水合物標準體系，對建立科學完整的天然氣水合物研究技術體系，規劃天然氣水合物產業發展路徑，以及規范行業發展具有深遠意義。

1國內外天然氣水合物標準現狀

1.1國外天然氣水合物標準現狀

在國際上，不同于天然氣水合物勘探和開發技術的迅速發展，天然氣水合物標準化工作的開展相對緩慢。國際標準化組織天然氣標準化技術委員會（Naturalgas，ISO/TC193），主要開展天然氣、天然氣替代品等的國際標準化工作，其上游領域分技術委員會（Upstreamarea，SC3）下設的水合物管理工作組（Hydratemanagement，WG3）由中國擔任召集人，為中國標準化走向國際貢獻力量。水合物管理工作組曾于2011年解散，在2021年的上游領域分技術委員會年會上中國代表團提出恢復水合物管理工作組，并于7月22日啟動委員會內部投票，完成恢復工作組，征集召集人、專家和提出新工作項目等工作[4]。目前，水合物管理工作組正在制定《天然氣上游領域水合物平衡溫度的測定》（ISO/WD23335），該標準規定了實驗室測定天然氣水合物平衡溫度的一般要求，描述了定容條件下天然氣水合物平衡溫度的測試方法、儀器、材料和實驗數據處理方法。

1.2國內天然氣水合物標準現狀

1.2.1我國天然氣水合物標準情況

在近十多年，我國加大了天然氣水合物理論攻關和開發研究的投入，并取得了顯著成效，在水合物研究領域，無論是論文發表還是專利申報數量，都處于國際領先水平[5]。在標準化方面，自然資源部發布的《自然資源標準化工作三年行動計劃（2023—2025年）》中提出，要持續完善重要礦產資源勘查開發標準，推進天然氣水合物勘查試采示范[6]。

截至2023年12月，根據自然資源標準化信息服務平臺和全國團體標準信息平臺的數據顯示，天然氣水合物領域現行的標準僅6項，其中行業標準3項，團體標準3項，處于研制階段的有5項，其中行業標準3項，團體標準2項，具體情況如表1所示。整體來說，我國天然氣水合物領域現行或處于研制階段的行業標準共6項，團體標準共5項，暫無國家標準及國家標準制修訂計劃的信息。

1.2.2我國天然氣水合物標準化工作存在的問題

（1）天然氣水合物領域標準缺乏

目前，我國天然氣水合物領域僅有少量現行標準，缺乏涵蓋陸域和海域的天然氣水合物勘查、開采、運輸以及實驗分析等較為系統的技術規范與標準，存在標準制定與科研、生產脫節等問題，標準制定不能適應市場及技術快速變化和發展的需求，天然氣水合物行業發展面臨標準缺失問題。

（2）具有自主知識產權的標準少

以專利技術為核心的知識產權融入技術標準，已成為標準發展的趨勢。由于國外發達國家在天然氣水合物勘探、開采方面積累了多年經驗，并且進行了完善的專利布局[7]，使得由專利為核心的相關技術標準受到嚴重的制約。標準中自主知識產權的缺失不利于我國的天然氣水合物行業的發展。

（3）標準化工作運行機制尚待完善

天然氣水合物作為戰略性新興產業，熟悉專業技術、掌握國內外標準化規則的人才不足，不能適應技術快速發展變化的要求。其次，天然氣水合物領域目前尚無全國專業標準化技術委員會，標準化工作缺乏統一領導和組織協調。另外，主導勘探、開采、檢測可燃冰的企業及單位未能全面、深入的理解認識標準化工作的意義，從而限制了標準化工作的大力發展。除此以外，天然氣水合物產作為一個新興礦種，目前并沒有與之相匹配的礦業權管理制度，地方政府和相關企業的責任和義務亦有待明確[8]。

隨著天然氣水合物領域的日益發展，標準化工作將迎來機遇。現階段應建立系統的、適宜的、可實現的天然氣水合物標準體系，在今后天然氣水合物勘探開發利用過程中逐步突破重點領域的技術標準，從而推動我國天然氣水合物產業的快速發展。

2天然氣水合物標準體系構建

本文研究了天然氣水合物標準體系的構建，通過緊密跟蹤、研究國家天然氣水合物領域的發展規劃和相關專項規劃，從實際出發、突出重點，在天然氣水合物行業進行標準體系的系統規劃和頂層設計，建立天然氣水合物領域的行業標準和重要產品技術標準體系，同步開展天然氣水合物領域上各環節、各類產品的標準制定，形成標準全面覆蓋和配套的局面，對規劃天然氣水合物的產業發展路徑、規范行業發展，對我國能源結構調整，解決能源短缺問題具有重大意義。

2.1標準體系的構建原則

標準體系的建設應當與產業發展情況相適應，按照GB/T13016—2018《標準體系構建原則和要求》，天然氣水合物標準體系的構建應當遵循科學和系統、可擴展和漸進性原則。

（1）科學和系統的原則。標準體系的構建是一個系統工程，必須堅持科學和系統的原則，必須滿足結構性、協調性、完整性。結構性是指標準體系要具有合理的結構，層次清晰，各層次、各類別的界限明確；協調性是指標準體系中的標準之間存在著相互連接、相互依存、相互制約的內在聯系，應協調一致，互相配套；完整性是指在當前階段，標準體系應盡量做到不缺漏標準。

（2）可擴展和漸進性的原則。標準體系的構建是一個不斷更新和完善的過程。隨著天然氣水合物行業的發展，不斷有舊標準被淘汰，同時也有新標準推出。為了天然氣水合物行業的健康、可持續發展，新的標準應能夠擴展到標準體系中，新標準是舊標準和新知識、新技術、新方法的融合。

2.2標準體系結構框架

天然氣水合物標準體系的構建，以國家相關政策為依據，與政策要求相協調，在充分研究、分析和比較的基礎上，結合天然氣水合物產業的建設發展規律，遵循科學和系統、可擴展和漸進性原則，根據GB/T13016—2018《標準體系構建原則和要求》的編制要求，結合國家在產業發展重點方向和主要產業活動內容的戰略部署，細分天然氣水合物產業鏈各環節，并經過相關專家論證和研討，最后提出分類結構合理、層次清晰、可操作性強、重點突出、適應市場、能涵蓋所有現有和即將發布標準的標準體系框架，如圖1所示。天然氣水合物標準體系框架結構具體包括了“通用基礎”“勘查開采”“安全環保”“實驗分析”“綜合應用”五個部分，天然氣水合物標準體系應根據產業發展需要進行動態調整。

2.3標準體系內容

2.3.1通用基礎標準子體系

通用基礎標準以國家標準為主要組成部分，這一部分將在體系中發揮基礎和原則性作用，主要對天然氣水合物基礎的或共性的要求進行規定，包括：術語符號、綜合評價等。術語符號標準用于統一天然氣水合物相關概念、符號、編碼、分類等，為其他各部分標準的制定提供支撐。綜合評價標準覆蓋天然氣水合物全產業過程，針對天然氣水合物在資源、環境影響、技術經濟性、水合物品質等方面，統一評價方法和評價指標，包括產能評價、開采經濟性評價、天然氣水合物品質評價等。

2.3.2勘查開采標準子體系

隨著對產業的不斷深入研究和發展，天然氣水合物勘查開采技術將日臻完善。勘查開采標準主要對天然氣水合物勘查和開采的相關技術、方法和設備進行規定，包括資源勘查、開采技術、裝備設備等。

地球物理識別技術和地球化學探測技術在天然氣水合物勘查方面發揮巨大作用。地球物理勘探方法主要有地震勘探技術、測井技術和海洋電磁法探測技術等。地球化學方法主要有有機化學方法、流體地球化學方法和海洋沉積物熱釋光方法等。資源勘查標準是針對天然氣水合物資源在不同成藏區域（海洋、陸域）中的勘查技術，統一其技術要求、安全要求及相關報告的編寫規范等。

在開采方面，天然氣水合物開采的主流方式有5種：降壓開采法、注熱法、化學抑制劑法、CO2置換法、固體流化法，基本原理是通過改變其穩定存在的溫壓條件，促使分解，從而達到開采的目的。開采技術標準是針對天然氣水合物資源在不同成藏區域（海洋、陸域）中的開采環節（鉆探、開采、儲層改造、完井工藝等），統一其技術要求、安全要求等，例如海洋天然氣水合物試采技術要求、天然氣水合物開采防砂技術要求等標準。

水合物開采技術裝備根據適用性的不同可將分為兩種：通用關鍵技術裝備，適用于天然氣水合物開采行業，還可以在海洋油氣或深海采礦等其他行業應用的技術裝備；專用技術裝備，適用于天然氣水合物開采的技術裝備。裝備設備標準是針對天然氣水合物資源在不同成藏區域（海洋、陸域）中勘查、開采等開發環節所使用的設備、系統及關鍵零部件等，統一其技術、設備、系統、安全、測試方法等。目前天然氣水合物試采主要采用傳統技術裝備，缺乏水合物規模化開發的專用技術及配套裝備，例如超深水半潛式鉆井平臺、海底可控源電磁探測系統、試采大型模擬實驗裝置、勘探開發一體化智能化協同平臺等。

2.3.3安全環保標準子體系

安全環保標準主要對天然氣水合物在開發利用過程中的生產、作業相關的安全管理，以及對環境造成的影響進行規定，包括開采過程中風險辨識、風險評估和安全保障等相關規定，以及開發區域周圍環境開展調查、監測、保護等工作的技術要求、管理規定等等。天然氣水合物的開采可能會使天合物分解或改變原來海底地層的物性和力學性質，進而引起地層和海洋工程結構物基礎的不穩定性、甲烷泄露等地質與環境災害，對海洋工程與人類賴以生存的環境構成潛在嚴重威脅，是國際社會各界廣泛關注的問題。安全生產是中國上至高層下至百姓普遍關心的問題，天然氣水合物的開采更是如此。因此，環境安全問題應高度重視、深入研究，采取措施、加以規范。

2.3.4實驗分析標準子體系

天然氣水合物僅在相對低的溫度和高壓條件下穩定存在，一旦脫離其穩定條件就將分解成氣體和水而不復存在，水合物樣品的儲存與制備等相關前處理過程對其氣體組成的準確測定十分重要。現階段，天然氣水合物物理和化學性質的研究可采用激光拉曼光譜、核磁共振波譜儀、X—CT掃描系統等設備進行，但由于各實驗室目的和條件的差異，所采用的檢測技術存在方法的普適性問題。因此，制定樣品處理標準，統一實驗測試過程中的天然氣水合物樣品的制備、采樣、保真、轉移等相關處理技術的要求和管理規范，以及制定檢測技術標準，統一天然氣水合物的各類實驗測試的技術要求，以保障實驗分析結果準確且可比較，對天然氣水合物產業發展具有重要意義。

2.3.5綜合應用標準子體系

隨著石油，煤炭等不可再生資源的逐漸消耗，快速發展新能源是解決對不可再生資源過量開采以及維持自然生態平衡的重要方法之一。展望天然氣水合物的應用前景，表明天然氣水合物是非常理想的新能源，在供電、新能源汽車、制氫等領域有著廣泛的用途。綜合應用標準主要針對不同行業對天然氣水合物的應用進行規定，包括工業、能源供給等領域的天然氣水合物應用。天然氣水合物在工業領域有氫回收、脫鹽淡化、制冷等方面的廣闊應用前景，水合物因其壓縮比例大、儲存環境簡便、運輸環節沒有爆炸危險等安全隱患，在能源供給方面也有著運輸天然氣、發電等獨特的應用前景。隨著研究的深入和實驗規模的加大，天然氣水合物的應用將進一步得到深化，更多成熟的應用將出現在大眾視野中。

3完善天然氣水合物標準體系的對策和建議

3.1加快推進標準制定

推動優勢企事業單位按照我國天然氣水合物行業重點方向，加快重點急需標準制定，統籌推進國、行、地、團各級標準的制定和實施。廣泛聯合產、學、研、用各方共同參與標準的制定，共同推進標準的貫徹實施，合作開展標準化研究，增加標準有效供給。有序開展天然氣水合物團體標準制定工作，充分發揮團體標準優勢，創新的技術和科研成果可以先制定團體標準，條件具備時再轉為國家標準。

3.2明確標準制修訂的側重點

堅持推動科技創新與標準化工作協同發展，完善創新技術和裝備研發的專利布局，適時將科技創新成果轉化為標準，將以專利技術為核心的知識產權融入技術標準。同時，圍繞我國天然氣水合物產業的技術特點和發展需求，合理規劃標準化體系布局，科學確定重點領域，強化部門統籌協同，凝聚各類資源，引導優勢企事業單位積極參與天然氣水合物標準化工作，充分發揮專業機構和行業專家的智庫作用，加強對我國天然氣水合物標準化重大問題研究，有序推動關鍵技術、裝備、檢驗檢測、安全與管理等標準的制定，滿足產業發展對標準化應用的需要。

3.3加強天然氣水合物標準化國際合作

加強標準化人才資源開發，完善標準化人才教育培訓體系，提高企業高層領導人的標準化意識，培養掌握國際標準化規則、熟悉專業技術、能夠參與國內外標準化活動的標準化專業骨干隊伍。積極參與ISO、IEC的國際標準化工作，參與國外先進標準協會的相關活動，深化天然氣水合物領域的國際標準合作，積極提出天然氣水合物領域國際標準提案，推進國家標準英文版的制定，逐步提高我國天然氣水合物國際標準化影響力。

4結語

我國是世界能源消費大國，正面臨著資源短缺、環境污染和氣候變化的巨大壓力。為此，優化能源結構、加快發展可替代煤炭的各種清潔能源是我國能源改革的基本方向和首要任務，而其中一個重要方面就是大力推動天然氣水合物的開發利用。現階段應加強對天然氣水合物勘查、開發和利用全產業鏈的研究，建立、完善結構合理、層次清晰的標準體系，并在標準體系的指導下制定相關技術標準和管理標準，以專利技術為核心的知識產權融入標準，同時培養相關標準化人才，成立專業標準化技術委員，完善標準化工作機制，促進我國天然氣水合物產業健康高效可持續發展，維護我國能源安全。