天然氣水合物開(kāi)發(fā)研究現(xiàn)狀和發(fā)展戰(zhàn)略分析＊

龐維新，李清平，周守為

(1.天然氣水合物國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中海油研究總院有限責(zé)任公司；3.中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司）

1 天然氣水合物資源開(kāi)發(fā)的重要意義

中國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，近年來(lái)油氣對(duì)外依存度不斷攀升，天然氣等清潔能源的消費(fèi)占比和對(duì)外依存度也逐步提高。近十多年中國(guó)的天然氣消費(fèi)量普遍以10%以上的速度增長(zhǎng)。2009年中國(guó)天然氣表觀消費(fèi)量為895.2億立方米，至2021年增長(zhǎng)至3726億立方米，僅次于美國(guó)和俄羅斯，居世界第三位。2021年中國(guó)清潔能源（包括天然氣）在一次能源消費(fèi)中的占比為25.5%，國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量約2051億立方米，天然氣對(duì)外依存度為44.9%。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2035年中國(guó)天然氣需求量約為6178億立方米，對(duì)外依存度超過(guò)50%，屆時(shí)中國(guó)天然氣年產(chǎn)量約為3025億立方米，非常規(guī)天然氣將成為未來(lái)中國(guó)天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)的主力，約占總產(chǎn)量的50%。因此，大力發(fā)展非常規(guī)天然氣，對(duì)未來(lái)中國(guó)能源實(shí)現(xiàn)清潔綠色低碳轉(zhuǎn)型具有十分重要的意義。

天然氣水合物俗稱(chēng)“可燃冰”，是天然氣和水在低溫高壓條件下形成的一種固體晶狀物，主要分布于水深大于300米的海洋及陸地永久凍土帶。據(jù)估算，全球天然氣水合物含碳量約為已探明其他化石燃料碳儲(chǔ)量的兩倍，其中海洋天然氣水合物資源量約占全球天然氣水合物資源總量的97%[1-3]。最新估算結(jié)果表明，中國(guó)天然氣水合物的資源量約為84.0萬(wàn)億立方米，主要分布在中國(guó)南海和青海凍土帶，其中南海約占總資源量的78%，凍土帶占總資源量的15%，東海也發(fā)現(xiàn)天然氣水合物存在的標(biāo)識(shí)[4]。南海是中國(guó)天然氣水合物資源的主要賦存地，目前已發(fā)現(xiàn)11個(gè)潛在目標(biāo)區(qū)，是中國(guó)目前水合物開(kāi)發(fā)研究的主戰(zhàn)場(chǎng)。2017年天然氣水合物被列為中國(guó)第173個(gè)礦種，但目前尚沒(méi)有明確的礦權(quán)區(qū)域劃分。

分析認(rèn)為，21世紀(jì)世界油氣工業(yè)可能存在“三大革命”，分別是2000年的頁(yè)巖氣革命、2030年的頁(yè)巖油革命和2050年的水合物革命。因此，推進(jìn)天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)是保障中國(guó)天然氣綠色能源可持續(xù)供給的重要戰(zhàn)略布局，對(duì)實(shí)現(xiàn)中國(guó)能源綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。

2 全球天然氣水合物開(kāi)發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 世界主要國(guó)家天然氣水合物發(fā)展規(guī)劃

面對(duì)天然氣水合物這一潛力巨大的資源，隨著研究的不斷深入，全世界主要國(guó)家均制定了各自的天然氣水合物研究計(jì)劃[5]，其中美國(guó)主要集中在陸上凍土帶，中國(guó)和日本主要集中于海上。中國(guó)、日本和美國(guó)的研究計(jì)劃相對(duì)領(lǐng)先其他國(guó)家，均計(jì)劃在2030年左右進(jìn)行商業(yè)化開(kāi)發(fā)[6]，但目前看來(lái)，這些計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)均面臨著較大的技術(shù)難題，尚需大力加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。由于資源缺乏，日本特別重視天然氣水合物的開(kāi)發(fā)，制定了長(zhǎng)期、分階段的水合物發(fā)展計(jì)劃，針對(duì)當(dāng)前的研發(fā)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，日本更新了2019－2027年發(fā)展路線(xiàn)圖（見(jiàn)圖1）[7]。作為重點(diǎn)攻關(guān)方向都集中在海洋的天然氣水合物研究國(guó)家，日本的這一詳細(xì)的研究計(jì)劃對(duì)中國(guó)有很大的參考意義。

圖1 日本2019－2027年天然氣水合物發(fā)展路線(xiàn)

根據(jù)計(jì)劃，中國(guó)已啟動(dòng)神狐和瓊東南海域兩個(gè)天然氣水合物商業(yè)化開(kāi)發(fā)先導(dǎo)示范區(qū)建設(shè)工程，目前已初步建立海域天然氣水合物勘查技術(shù)和裝備體系，實(shí)現(xiàn)精細(xì)目標(biāo)勘探，初步鎖定先導(dǎo)示范區(qū)內(nèi)富集區(qū)和甜點(diǎn)。該示范區(qū)的建設(shè)可以基本形成水合物規(guī)?；虡I(yè)開(kāi)發(fā)所需的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系，為保障中國(guó)可持續(xù)天然氣綠色能源的安全供給提供支撐。

2.2 世界天然氣水合物試采案例

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的攻關(guān)研究[8-11]，目前天然氣水合物已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試采技術(shù)驗(yàn)證階段，但尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)發(fā)。目前全世界已經(jīng)在6個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了12次天然氣水合物試采試驗(yàn)，其中國(guó)外7次，中國(guó)5次，陸上6次，海上6次，見(jiàn)表1所示[12-24]。

從表1可以看出，在這些試采試驗(yàn)中，美國(guó)和加拿大都是先后在相對(duì)較易操作的陸上凍土帶進(jìn)行天然氣水合物試采試驗(yàn)，試采的天然氣總產(chǎn)能和日均產(chǎn)能均很低，但呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)，從2002年的日均產(chǎn)氣94立方米升高到2008年的日均產(chǎn)氣2000多立方米，在2012年進(jìn)行了CO2置換開(kāi)發(fā)天然氣水合物的試驗(yàn)，對(duì)后期的技術(shù)發(fā)展具有很重要的啟迪意義?，F(xiàn)在看來(lái)，這些早期的探索性試采技術(shù)水平已相對(duì)落后，但這些試采試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了一些室內(nèi)研究無(wú)法發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。例如，發(fā)現(xiàn)實(shí)際產(chǎn)能遠(yuǎn)低于預(yù)期、出砂問(wèn)題等，為后期的研究指明了方向，具有很重要的意義。

表1 國(guó)內(nèi)外天然氣水合物現(xiàn)場(chǎng)試采對(duì)比

日本由于資源缺乏，對(duì)天然氣水合物開(kāi)發(fā)的研究態(tài)度十分積極，前期參與了加拿大馬更歇凍土帶的水合物試采試驗(yàn)，積累了一定的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)。2013年，日本在其南海海槽成功實(shí)施了國(guó)際上第一次海域天然氣水合物試采試驗(yàn)。試采結(jié)果表明，6天生產(chǎn)天然氣12萬(wàn)立方米，因嚴(yán)重出砂終止試驗(yàn)（見(jiàn)圖2）。此后，日本針對(duì)防砂技術(shù)進(jìn)行了數(shù)年重點(diǎn)公關(guān)，研發(fā)了兩套防砂技術(shù)，于2017年5月采用第一套防砂技術(shù)進(jìn)行了第二次海上試開(kāi)采，12天生產(chǎn)天然氣3.5萬(wàn)立方米，日產(chǎn)氣約3000立方米，再一次因嚴(yán)重出砂終止。2017年7月，日本利用研發(fā)的第二套防砂技術(shù)即安裝有井底預(yù)膨脹的GeoFORM防砂系統(tǒng)進(jìn)行了第三次試采，24天生產(chǎn)天然氣20萬(wàn)立方米，日產(chǎn)氣約8333立方米，達(dá)到了預(yù)期的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

圖2 2013年日本海域水合物試采監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)

2.3 中國(guó)天然氣水合物試采案例

中國(guó)的天然氣水合物研究和試采均起步較晚，2011年，中國(guó)首次在青海木里凍土地帶進(jìn)行了天然氣水合物試采，在101小時(shí)的試采時(shí)間內(nèi)累計(jì)產(chǎn)氣95立方米。后經(jīng)過(guò)數(shù)年的攻關(guān)研究，2017年5月，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在中國(guó)南海神狐海域采用降壓法實(shí)施了海洋天然氣水合物試采。據(jù)公開(kāi)報(bào)道數(shù)據(jù)分析，在為期60天的試采過(guò)程中最終共產(chǎn)氣30萬(wàn)立方米，日均產(chǎn)氣5000立方米，隨著試采時(shí)間的增長(zhǎng)，平均產(chǎn)氣量逐漸降低，其不同時(shí)間的產(chǎn)氣統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖3。2017年5月，中國(guó)海油采用自主研制的全套裝備和技術(shù)，在全球首次成功實(shí)施海洋非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采，共產(chǎn)氣101立方米，初步驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性，為海洋深水淺層天然氣水合物的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)新思路。2020年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在南海神狐海域又一次采用降壓法，通過(guò)水平井進(jìn)行了海洋天然氣水合物試采，在為期30天的試采時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)氣總量為86.14萬(wàn)立方米，日均產(chǎn)氣量為2.87萬(wàn)立方米，創(chuàng)造了天然氣水合物試采“產(chǎn)氣總量、日均產(chǎn)氣量”兩項(xiàng)世界紀(jì)錄。這也是世界首次在海上采用水平井進(jìn)行天然氣水合物試采，初步驗(yàn)證了深水淺層水平井開(kāi)發(fā)天然氣水合物的可行性，為后期的研究提供了支撐。

圖3 中國(guó)2017年試采日均產(chǎn)氣量變化

2.4 天然氣水合物試采結(jié)果分析和對(duì)比

上述天然氣水合物試開(kāi)采結(jié)果表明，天然氣水合物藏開(kāi)采在技術(shù)上是可行的，但距離產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)還有很大距離。表2為國(guó)內(nèi)外海洋天然氣水合物試采結(jié)果對(duì)比，可以看出，目前試采最長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行了60天，最大的單井產(chǎn)量為35000立方米/日，但僅維持了一日，試采最大的日均產(chǎn)氣量為28700立方米，水合物開(kāi)發(fā)成本距離商業(yè)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)門(mén)檻還有很大距離。而且，從全球天然氣水合物資源宏觀分布看，儲(chǔ)量較大的海底淺層的弱膠結(jié)型天然氣水合物開(kāi)發(fā)利用技術(shù)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。因此，如何完善開(kāi)采技術(shù)，減少開(kāi)采成本，是今后研究天然氣水合物開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)。

表2 水合物試采代表性結(jié)果

3 天然氣水合物開(kāi)發(fā)面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)

天然氣水合物規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)是極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，面臨砂質(zhì)水合物發(fā)育有限、資源品質(zhì)低、成藏機(jī)制和開(kāi)采理論仍不成熟等問(wèn)題，規(guī)模開(kāi)發(fā)所面臨的裝備安全、控制安全和環(huán)境安全技術(shù)尚未根本突破，技術(shù)經(jīng)濟(jì)可采性有待系統(tǒng)、深入、長(zhǎng)期的攻關(guān)[25]。如何在保證安全的前提下，大規(guī)模、安全、經(jīng)濟(jì)地開(kāi)發(fā)利用天然氣水合物資源，是目前制約天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化的最大挑戰(zhàn)[26]?？偨Y(jié)目前的試采案例，分析認(rèn)為目前天然氣水合物開(kāi)發(fā)面臨的主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)如下。

3.1 天然氣水合物成藏機(jī)理及相關(guān)理論尚不完善，海域資源調(diào)查工作不均衡

目前，國(guó)際上天然氣水合物成藏動(dòng)力學(xué)及相關(guān)理論尚不完善，沉積物中氣體的運(yùn)移方式和富集機(jī)制亦需進(jìn)一步研究，對(duì)于水合物成礦區(qū)塊資源評(píng)價(jià)、資源分類(lèi)、儲(chǔ)量計(jì)算等目前尚缺乏統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

中國(guó)尚未建立天然氣水合物成藏機(jī)制和資源評(píng)價(jià)方法，還沒(méi)有掌握資源家底，未鎖定富集區(qū)。中國(guó)南海北部陸坡水合物發(fā)育區(qū)的面積約為31萬(wàn)平方千米，目前僅在東沙、神狐和瓊東南等海域小范圍開(kāi)展調(diào)查；東海陸坡水合物有利發(fā)育區(qū)面積約為8.6萬(wàn)平方千米，目前僅在中部和北部陸坡開(kāi)展資源普查；南海南部和西部水合物有利發(fā)育區(qū)面積達(dá)45萬(wàn)平方千米，尚未開(kāi)展實(shí)質(zhì)性調(diào)查工作，亟待加強(qiáng)這些地區(qū)的水合物資源勘查研究工作，維護(hù)中國(guó)海洋資源權(quán)益。目前中國(guó)海域尚未找到豐度高、資源品質(zhì)好的砂質(zhì)水合物礦區(qū)。此外，中國(guó)管轄外國(guó)際海域，例如南極和北極、西南太平洋海域等，僅限于資料收集，未開(kāi)展實(shí)質(zhì)性勘查工作。

3.2 尚需探索天然氣水合物穩(wěn)定試采和規(guī)模開(kāi)發(fā)的技術(shù)

天然氣水合物儲(chǔ)層與常規(guī)油氣資源存在的本質(zhì)差別在于，天然氣水合物儲(chǔ)存在深水沉積層或凍土巖層中，特別是目前中國(guó)已發(fā)現(xiàn)的海洋水合物基本都存在埋深淺、壓力窗口窄、為泥質(zhì)粉砂類(lèi)水合物等特征，潛在目標(biāo)區(qū)大多沒(méi)有完整的圈閉構(gòu)造和致密蓋層，傳統(tǒng)的油氣滲流理論無(wú)法提供水合物開(kāi)發(fā)技術(shù)研究所需要的理論支持。

中國(guó)已獲取的水合物樣品主要分布在南海北部陸坡區(qū)埋深幾米到300米左右的泥巖或弱膠結(jié)的巖石中，水合物本身就是巖石骨骼結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在水合物開(kāi)采過(guò)程中，其原有的固態(tài)結(jié)構(gòu)將潰散。天然氣水合物分解過(guò)程是集解析、相變、傳熱、滲流和多相流為一體的復(fù)雜耦合過(guò)程，目前采用的降壓、注熱、注劑、CO2置換等試采方法大多還是借鑒常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)。這些常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)無(wú)法完全移植到水合物開(kāi)發(fā)利用上。因此，雖然中國(guó)的試采已實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)氣總量、日均產(chǎn)氣量”兩項(xiàng)世界紀(jì)錄，但存在單井日產(chǎn)量過(guò)低，生產(chǎn)不能持續(xù)等關(guān)鍵問(wèn)題。整體上，無(wú)論國(guó)內(nèi)國(guó)際，天然氣水合物實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定試采、規(guī)模開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)和裝備尚未根本突破。

3.3 天然氣水合物穩(wěn)定規(guī)模開(kāi)發(fā)存在的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系欠缺

一方面，目前的天然氣水合物試采方法存在單井產(chǎn)量低和不能持續(xù)生產(chǎn)等問(wèn)題，例如日本的三次海上試采因?yàn)樯岸露袛?；另一方面，天然氣水合物本身即為?chǔ)層骨架，試采時(shí)間有限（最長(zhǎng)2月），只能證明試采所用的技術(shù)可以從天然氣水合物儲(chǔ)層中獲得天然氣，而長(zhǎng)期大量天然氣水合物開(kāi)發(fā)可能帶來(lái)的設(shè)備安全、人員安全和地質(zhì)塌陷等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)并沒(méi)有很好的解決方案，目前制約天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化的三大瓶頸——裝備安全、生產(chǎn)安全和環(huán)境安全，國(guó)內(nèi)外都尚未根本突破。

3.4 海域天然氣水合物勘查、規(guī)模開(kāi)發(fā)的核心裝備需盡快突破

水合物資源勘查開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)高新技術(shù)密集的龐大系統(tǒng)工程。在各項(xiàng)科研計(jì)劃的資助下，中國(guó)自主研制的部分關(guān)鍵技術(shù)和裝備，例如遙控?zé)o人潛水器調(diào)查、海底地震儀調(diào)查、可控源電磁技術(shù)、保壓取芯、試采工藝等在南海北部進(jìn)行了初步應(yīng)用，但精度、效率、實(shí)用性有待進(jìn)一步提高和驗(yàn)證，功能有待擴(kuò)展，尚不能達(dá)到產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用的要求。同時(shí)，中國(guó)水合物降壓試采所使用的井下舉升系統(tǒng)、水下測(cè)試樹(shù)等均依賴(lài)國(guó)外技術(shù)；固態(tài)流化試采尚無(wú)可規(guī)模開(kāi)發(fā)的工藝技術(shù)及配套裝備，需要進(jìn)一步開(kāi)展研制工作。

3.5 天然氣水合物開(kāi)發(fā)成本過(guò)高

目前，針對(duì)凍土區(qū)和海洋天然氣水合物短期生產(chǎn)測(cè)試所得的最大單井日產(chǎn)量為3.5萬(wàn)立方米/日，最大日均產(chǎn)氣量為2.87萬(wàn)立方米/日。參考海洋常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，初步判斷，若想在海上實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)，至少需要達(dá)到單井日產(chǎn)20萬(wàn)立方米氣體以上。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)外水合物開(kāi)發(fā)成本都距離商業(yè)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)門(mén)檻還有很大距離。

4 中國(guó)天然氣水合物技術(shù)發(fā)展展望與戰(zhàn)略建議

4.1 中國(guó)的天然氣水合物研究的潛在優(yōu)勢(shì)與短板

對(duì)比上述試采案例，中國(guó)的天然氣水合物開(kāi)發(fā)技術(shù)整體上處于領(lǐng)先水平，主要表現(xiàn)在：1）海域天然氣水合物試采技術(shù)和工藝領(lǐng)先。中國(guó)已分別在陸上和海洋開(kāi)展了5次天然氣水合物現(xiàn)場(chǎng)試采實(shí)驗(yàn)，試采成果處于國(guó)際先進(jìn)水平，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。國(guó)際首次探索實(shí)施的深水淺層水平井開(kāi)發(fā)天然氣水合物和試采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題也為后期的研究提供了指導(dǎo)。2）建立了系統(tǒng)的水合物開(kāi)發(fā)模擬分析技術(shù)和實(shí)驗(yàn)體系。中國(guó)海上天然氣水合物試采成果的獲得，受益于中國(guó)已經(jīng)建立的世界先進(jìn)的天然氣水合物基礎(chǔ)物性和開(kāi)采模擬室內(nèi)研究系統(tǒng)。在近十多年，中國(guó)加大了天然氣水合物開(kāi)發(fā)研究的投入，進(jìn)行了持續(xù)不斷的理論攻關(guān)研究，取得了顯著成效，在水合物研究領(lǐng)域，無(wú)論是論文發(fā)表還是專(zhuān)利申報(bào)數(shù)量，都處于國(guó)際領(lǐng)先地位。

雖然中國(guó)的天然氣水合物研究水平整體處于領(lǐng)先地位，但相比國(guó)外也存在一定的短板，需要進(jìn)一步提高，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

1）水合物勘探技術(shù)和核心采集裝備國(guó)產(chǎn)化程度有待提高。目前國(guó)外高分辨地震采集與探測(cè)技術(shù)和裝備已被廣泛應(yīng)用于水合物的調(diào)查和礦體評(píng)價(jià)，并逐步形成了一套相對(duì)成熟的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)綜合調(diào)查技術(shù)體系，此外，電磁勘探在海域淺層水合物勘探及層位識(shí)別方面也取得重大突破。目前國(guó)外無(wú)論是陸上還是海上均已發(fā)現(xiàn)砂巖型水合物，而中國(guó)在這些方面均有所欠缺，尚未發(fā)現(xiàn)具有試采價(jià)值的砂巖型或裂隙型天然氣水合物藏。

2）取樣工具穩(wěn)定性、在線(xiàn)集成測(cè)試系統(tǒng)等有待突破。經(jīng)過(guò)多年研究，中國(guó)已實(shí)現(xiàn)了自主取樣裝備的國(guó)產(chǎn)化突破，但在取樣工具穩(wěn)定性、在線(xiàn)集成測(cè)試系統(tǒng)等方面尚有一定差距，有待著力突破。例如美國(guó)和日本的取心長(zhǎng)度已達(dá)6米和3米，樣品直徑在60毫米以上，目前中國(guó)取樣長(zhǎng)度基本為1米，樣品直徑在46毫米左右，缺少大直徑和高長(zhǎng)度的取樣設(shè)備，且取樣成功率也相對(duì)偏低。樣品帶壓切割轉(zhuǎn)移的可靠性和穩(wěn)定性也需進(jìn)一步加強(qiáng)。工程地質(zhì)鉆孔原位測(cè)試作業(yè)水深國(guó)外已經(jīng)達(dá)到3000米，中國(guó)尚不到2000米水深。

3）水合物試采水下和井下關(guān)鍵裝備主要依賴(lài)國(guó)外。雖然中國(guó)的水合物試采技術(shù)和工藝水平與國(guó)際基本處于并跑階段，但試采所需的水下裝備特別是水下測(cè)試樹(shù)、井下電潛泵－分離器、電加熱等關(guān)鍵裝備幾乎全部依靠國(guó)外，急需突破并針對(duì)水合物試采特點(diǎn)進(jìn)行小型化改進(jìn)，以進(jìn)一步降低水合物試采成本。

4）水合物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)急需突破。深水淺層沉積物中天然氣水合物分解可能導(dǎo)致的海底滑坡、海上結(jié)構(gòu)物不穩(wěn)定、環(huán)境影響等方面的研究，目前在國(guó)外更受重視，并進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，技術(shù)成熟度更高。中國(guó)在天然氣水合物分解過(guò)程中儲(chǔ)層溫度、壓力、剪切力、水合物－氣－水飽和度、組份濃度和孔滲特性等多參數(shù)在水合物分解全時(shí)段、全空間的動(dòng)態(tài)耦合演變機(jī)制研究方面尚處于起步階段。

4.2 中國(guó)天然氣水合物技術(shù)發(fā)展展望

基于中國(guó)天然氣水合物開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，為了支撐先導(dǎo)示范區(qū)的建設(shè)，盡快實(shí)現(xiàn)天然氣水合物的商業(yè)化開(kāi)發(fā)，對(duì)中國(guó)的天然氣水合物核心技術(shù)和裝備發(fā)展方向提出以下六大建議。通過(guò)攻克這些技術(shù)，建立多類(lèi)型天然氣水合物勘查技術(shù)體系、試開(kāi)采到產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系、經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)體系和環(huán)境保護(hù)體系，逐步推進(jìn)天然氣水合物和常規(guī)油氣一體化勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程，早日實(shí)現(xiàn)天然氣水合物的商業(yè)化開(kāi)發(fā)。

1）加大砂巖類(lèi)高品質(zhì)天然氣水合物勘探。開(kāi)展以地球物理為主結(jié)合重磁等綜合探測(cè)技術(shù)研發(fā)，探尋天然氣水合物－常規(guī)油氣同盆共生成藏地質(zhì)背景，力爭(zhēng)發(fā)現(xiàn)高品質(zhì)天然氣水合物藏，這是實(shí)現(xiàn)天然氣水合物商業(yè)化開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。

2）天然氣水合物、淺層氣和深部氣多氣合采技術(shù)。依托海上常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)設(shè)施進(jìn)行天然氣水合物開(kāi)發(fā)是降低其成本的有效途徑，重點(diǎn)攻克多氣合采過(guò)程中的相互作用機(jī)制和產(chǎn)能控制技術(shù)，推進(jìn)常規(guī)和非常規(guī)全層系天然氣綜合勘探立體開(kāi)發(fā)，可為海洋天然氣水合物的商業(yè)化開(kāi)發(fā)提供新的技術(shù)路徑。

3）CO2封存－置換開(kāi)發(fā)天然氣水合物一體化技術(shù)。研究CO2在沉積層內(nèi)的溶解、擴(kuò)散、遷移規(guī)律，攻克CO2水合物規(guī)?；纬杉夹g(shù)，明確其穩(wěn)定性，在開(kāi)發(fā)天然氣水合物的同時(shí)，拓展具有海洋工業(yè)特點(diǎn)的CO2地質(zhì)封存技術(shù)研究方向，服務(wù)于國(guó)家碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。

4）天然氣水合物開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)理論研究。雖然已經(jīng)進(jìn)行了多次試采，但目前的試采結(jié)果均離商業(yè)化開(kāi)發(fā)的門(mén)檻還很遠(yuǎn)，其中一個(gè)重要原因是水合物開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)理論尚未獲得根本突破，對(duì)試采過(guò)程中的儲(chǔ)層變化規(guī)律、出砂影響和控制技術(shù)等尚未攻克，尚需進(jìn)一步開(kāi)展基礎(chǔ)研究。

5）開(kāi)展水合物試采關(guān)鍵裝備研制。水合物試采所使用的絕大部分設(shè)備與常規(guī)油氣相同，少部分設(shè)備具有水合物自身和本階段的特殊性，需要單獨(dú)研發(fā)。例如頂流立式采油樹(shù)、可搬遷緊湊型管匯等，具有尺寸小、重量輕、安裝方便等特征，可降低成本，適用于水合物試采。

6）安全監(jiān)測(cè)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)。與常規(guī)油氣不同，天然氣水合物本身就是儲(chǔ)層構(gòu)造的一部分，開(kāi)采過(guò)程中隨著水合物的分解，儲(chǔ)層會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，目前進(jìn)行試采的時(shí)間較短，數(shù)以年計(jì)的長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)對(duì)地層結(jié)構(gòu)的影響及其帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)尚不明確。大多數(shù)水合物沒(méi)有封閉蓋層，開(kāi)發(fā)過(guò)程中水合物是否會(huì)不可控地?zé)o序分解，造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和裝備風(fēng)險(xiǎn)，尚不明確。

針對(duì)上述技術(shù)發(fā)展方向，結(jié)合目前的研究進(jìn)展，對(duì)天然氣水合物開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)突破的時(shí)間節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)如下。

1）2023年：基本突破海域天然氣水合物電磁等綜合探測(cè)技術(shù)和裝備、海底原位鉆探取樣測(cè)試裝備、樣品帶壓轉(zhuǎn)移、樣品在線(xiàn)測(cè)試裝備、降壓和固態(tài)流化試采井下監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備井下機(jī)具、深海淺層天然氣水合物井下流化和分離回填關(guān)鍵工具。

2）2025年：海域天然氣水合物多氣源成藏機(jī)理和目標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù)、海域淺層泥質(zhì)粉砂天然氣水合物儲(chǔ)層水平井技術(shù)、控壓鉆井等技術(shù)和機(jī)具、穩(wěn)定試采的工藝將實(shí)現(xiàn)重大突破；天然氣水合物試采船基本建成應(yīng)用。

3）2030年：海域天然氣水合物與淺層氣合采工藝、安全監(jiān)控技術(shù)、海上天然氣水合物規(guī)模開(kāi)采裝備、天然氣水合物試采水下裝備等取得重大突破；開(kāi)采船及水下生產(chǎn)系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，建立海域天然氣水合物綠色開(kāi)發(fā)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系，滿(mǎn)足天然氣水合物規(guī)模化開(kāi)發(fā)需求。

4）2035年：各項(xiàng)技術(shù)、裝備不斷完善，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景資源量到可采資源、穩(wěn)定試采到規(guī)模開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)的重大跨越，形成支撐10億立方米/年天然氣產(chǎn)量的技術(shù)和配套裝備能力。

5）2050年：建立規(guī)模開(kāi)發(fā)所需要的技術(shù)、裝備支撐，實(shí)現(xiàn)規(guī)模開(kāi)發(fā)示范，成為中國(guó)天然氣資源量的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。

4.3 天然氣水合物發(fā)展戰(zhàn)略建議

從試采案例結(jié)果可以看出，目前已實(shí)施的天然氣水合物試采普遍存在試采不能持續(xù)、日產(chǎn)量低、安全問(wèn)題尚不明確等難題，為了進(jìn)一步降低水合物開(kāi)發(fā)成本，早日實(shí)現(xiàn)天然氣水合物的商業(yè)化開(kāi)發(fā)，除上述技術(shù)發(fā)展建議外，提出如下發(fā)展戰(zhàn)略。

4.3.1 海陸并舉發(fā)展天然氣水合物事業(yè)

除現(xiàn)在重點(diǎn)研究的海洋天然氣水合物開(kāi)發(fā)外，亦可加大陸上天然氣水合物開(kāi)發(fā)研究力度，對(duì)比致密氣和煤層氣開(kāi)發(fā)可知，中國(guó)致密氣的單井平均日產(chǎn)能約為6800立方米/日，煤層氣的單井平均日產(chǎn)能約為1000立方米/日，而水合物目前海上試采日均產(chǎn)能可達(dá)28700立方米/日，且致密氣和煤層氣埋藏深度遠(yuǎn)深于水合物，鉆井成本比水合物高。初步判斷，水合物陸上開(kāi)發(fā)可能是突破商業(yè)化開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方向。

4.3.2 加強(qiáng)國(guó)際合作

結(jié)合中國(guó)天然氣水合物技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)化研判和國(guó)外技術(shù)發(fā)展水平，建議在高精度綜合勘查、可持續(xù)水合物開(kāi)采工藝、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和控制等技術(shù)研究方面，采用聯(lián)合研究的方式與歐洲國(guó)家、日本等國(guó)開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)。在關(guān)鍵裝備研制方面采用參與的策略，與國(guó)際重要石油裝備制造公司聯(lián)合攻關(guān)，以盡快服務(wù)于天然氣水合物的開(kāi)發(fā)。