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(shù)研究院，北京 100101；2.中國石油大學(xué)(北京)工商管理學(xué)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(guān)注的熱點(diǎn)。為增加天然氣供應(yīng)、保障能源供應(yīng)安全，我國自20世紀(jì)80年代初開始對天然氣水合物進(jìn)行前期研究及相關(guān)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(biāo)志著我國在天然氣水合物勘查開發(fā)理論、技術(shù)、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(shí)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(xiàng)“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(shí)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(yù)測遠(yuǎn)景資源量超1 000億t油當(dāng)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(dāng)前，盡管國家沒有出臺天然氣水合物專項(xiàng)政策和規(guī)劃，但在《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃(2014～2020年)》《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等相關(guān)規(guī)劃中均提到要積極推進(jìn)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(guān)規(guī)劃

時間規(guī)劃名稱主要相關(guān)內(nèi)容2006國土資源部中長期科學(xué)和技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)列入重大科技計(jì)劃,進(jìn)行天然氣水合物開發(fā)研究2014能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃(2014～2020年)加大天然氣水合物勘探開發(fā)技術(shù)攻關(guān)力度,培育具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),積極推進(jìn)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(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)商業(yè)化試采;加強(qiáng)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(shù)研究2016能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃將“天然氣水合物目標(biāo)資源評價與試采方法優(yōu)選”、“天然氣水合物試采技術(shù)及技術(shù)裝備”列入集中攻關(guān)類項(xiàng)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(yuǎn)景目標(biāo)區(qū)2016天然氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃加強(qiáng)天然氣水合物基礎(chǔ)研究工作,重點(diǎn)攻關(guān)開發(fā)技術(shù)、環(huán)境控制等技術(shù)難題,超前做好技術(shù)儲備

然氣水合物主要將開展兩方面工作：加強(qiáng)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(shù)攻關(guān)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(jìn)展，但要實(shí)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(jìn)一步發(fā)展，本文將這些制約因素分為兩個部分，并對其進(jìn)行了詳細(xì)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(shù)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(shù)擴(kuò)散、環(huán)境問題、地質(zhì)災(zāi)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(chǔ)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(shí)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(xiàng)[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(xué)者和機(jī)構(gòu)對中國天然氣水合物資源量進(jìn)行了預(yù)測[3-4]，但由于缺乏實(shí)際勘探數(shù)據(jù)支撐，評價精度有待進(jìn)一步提高。當(dāng)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(yù)測遠(yuǎn)景資源量，其資源等級非常低。對勘探生產(chǎn)具有實(shí)際指導(dǎo)意義的是探明儲量，遠(yuǎn)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(shí)施周期長。

2.1.2技術(shù)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(shù)創(chuàng)新方面的挑戰(zhàn)。2017年5月進(jìn)行的南海神狐海域天然氣水合物試采活動，實(shí)現(xiàn)了六大技術(shù)體系(防砂技術(shù)、儲層改造技術(shù)、鉆完井技術(shù)、勘查技術(shù)、測試與模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測技術(shù))、七項(xiàng)重大技術(shù)裝備的自主創(chuàng)新，標(biāo)志著我國天然氣水合物技術(shù)取得較大程度的突破。但正如中共中央、國務(wù)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(guān)鍵一步”，我國天然氣水合物技術(shù)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(guān)鍵因素，試采活動雖然實(shí)現(xiàn)了防砂技術(shù)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(jìn)一步研究；井底氣水快速分離技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測與評價技術(shù)等主要技術(shù)仍需重點(diǎn)攻關(guān)；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(shù)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(jì)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(dāng)前，天然氣水合物主要開采方法有注熱法、降壓法、化學(xué)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(yùn)輸?shù)入y題，這會進(jìn)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(dá)2.8～10.8元/m3[7]。而當(dāng)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(dāng)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(shù)和產(chǎn)量突破，使得國際油氣市場進(jìn)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(jì)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(dāng)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(shí)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(guān)企業(yè)以及勘探開發(fā)項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)法》《海洋環(huán)境保護(hù)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)方面，國家尚未開始制定涵蓋天然氣水合物勘探、開發(fā)、運(yùn)輸?shù)热a(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。2017年5月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于深化石油天然氣體制改革的若干意見》，提出要加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的缺失，將不利于這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。最后，與油氣監(jiān)管相關(guān)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(quán)監(jiān)管。

2.2.2技術(shù)擴(kuò)散存在阻礙

美國頁巖氣技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段：技術(shù)創(chuàng)新階段和技術(shù)擴(kuò)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(fēng)險大，且國有石油公司在國內(nèi)油氣工程技術(shù)服務(wù)市場占據(jù)絕對的主導(dǎo)地位，因此，我國天然氣水合物技術(shù)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(jìn)，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(yīng)的激勵政策，天然氣水合物勘采技術(shù)由國有石油公司向社會資本擴(kuò)散時將面臨潛在的阻礙。

2.2.3環(huán)境風(fēng)險較為突出

當(dāng)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(jìn)行技術(shù)研發(fā)與資源勘查試采工作。由于對環(huán)境保護(hù)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(jìn)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(guān)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(shù)的突破，可以預(yù)見在中長期，將會有大量資本進(jìn)入天然氣水合物行業(yè)，屆時可能因?yàn)楸O(jiān)管不力而出現(xiàn)較為嚴(yán)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(fēng)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(zāi)害難以預(yù)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(zāi)害風(fēng)險。天然氣水合物開采過程中會產(chǎn)生大量的氣體和水，導(dǎo)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(qiáng)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(zāi)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(zāi)害問題。

當(dāng)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(yīng)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(dāng)前政府的主要精力仍應(yīng)著力于應(yīng)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(shù)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(yuǎn)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(dāng)前的戰(zhàn)略重點(diǎn)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(chǔ)。要分層次、有重點(diǎn)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(qiáng)對重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)的詳查工作，爭取達(dá)到儲量水平。此外，應(yīng)加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)天然氣水合物勘探開發(fā)技術(shù)攻關(guān)

天然氣水合物勘探開發(fā)技術(shù)是影響水合物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。為推動天然氣水合物技術(shù)進(jìn)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(jì)劃，統(tǒng)一協(xié)調(diào)研發(fā)工作[11]；韓國集結(jié)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(jī)構(gòu)，明確了未來發(fā)展技術(shù)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(xì)的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃[13]。當(dāng)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(shù)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(jī)構(gòu)，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(shù)研究。其次，要制定天然氣水合物國家級技術(shù)研發(fā)計(jì)劃和詳細(xì)的技術(shù)路線圖，明確重點(diǎn)攻關(guān)方向。再次，要進(jìn)一步開展不同類型特點(diǎn)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(shù)(主要是控壓鉆井技術(shù)、低溫鉆完井流體體系、防砂完井技術(shù)、井下氣水分離技術(shù))、開采技術(shù)(包括電加熱輔助降壓法、CO2-CH4置換法等)、環(huán)境效應(yīng)評估及控制技術(shù)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(guān)政策進(jìn)行引導(dǎo)與扶持。首先，政府應(yīng)結(jié)合天然氣水合物發(fā)展?fàn)顩r，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(diǎn)[14]。其次，要出臺相應(yīng)的財政補(bǔ)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(jì)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(diǎn)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(shí)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(yàn)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(guān)項(xiàng)目，加強(qiáng)與相關(guān)政府、科研機(jī)構(gòu)、國際能源公司之間的技術(shù)交流與合作，深入探討天然氣水合物基礎(chǔ)理論與勘探開發(fā)技術(shù)，建立國際合作常態(tài)機(jī)制，為早日實(shí)現(xiàn)天然氣水合物商業(yè)開發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)。

3.5　建立天然氣價格預(yù)測機(jī)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(yù)測機(jī)制有利于應(yīng)對天然氣水合物開發(fā)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險。當(dāng)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(guān)。因此，應(yīng)積極關(guān)注全球能源地緣政治、經(jīng)濟(jì)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(yù)測系統(tǒng)，實(shí)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(jì)性。

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