俄罗斯可燃冰开发现状及未来发展

杨明清 赵佳伊 王倩

1.中国石化石油工程技术服务有限公司；2.中国石油大学（华东）文学院

可燃冰又称作天然气水合物，是天然气与水在低温高压条件下形成的类似于冰的结晶物质，具有分布广、储量大、能量密度高、污染小等优点。可燃冰一般存在于海底或陆地冻土层，地球上大约27%陆地和90%海洋都存在可燃冰，全球储量达20000×1012m3，碳含量超过所有已探明化石燃料碳含量总和的2倍［1］。1 m3可燃冰的能量相当于164 m3天然气，燃烧后几乎没有任何残留物。美国、日本、加拿大、韩国是可燃冰开发起步较早的国家，已成功进行了可燃冰试采［2］，尤其是日本，在可燃冰开采方面取得了突破［3］。中国可燃冰储量丰富，在南海、东海、青藏高原冻土层、漠河冻土层等有大量可燃冰资源，资源总量［4］约为84×1012m3，于2007年、2009年、2013年分别获得可燃冰实物样品［5］，并于2017年5月18日试采成功。俄罗斯是世界上天然气生产及出口第一大国，中国天然气很大程度依赖于俄罗斯。为了巩固自己的天然气霸主地位，俄罗斯越来越重视可燃冰开发，中俄两国可燃冰开发进展，一定程度上决定了两国未来天然气供给关系走向。

1 俄罗斯可燃冰储量及分布

俄罗斯对其境内可燃冰资源问题研究不充分，因此无法准确评估其产量及分布。其中一个评估结果显示，俄罗斯可燃冰2%存在于冻土层，其余98%存在于海域；另一个评估结果显示，俄罗斯境内陆地冻土层及海底可燃冰储量为（100～1000）×1012m3，其中陆地冻土层可燃冰储量不超过100×1012m3，其余大部分存在于海底［6］。2003年，俄罗斯天然气工业股份公司全俄天然气研究所对俄罗斯可燃冰储量进行了评估，初步结论为 1100×1012m3［7］。2013年，该公司重新进行评估，其结论为1400×1012m3［8］。

1.1 海域可燃冰

在俄罗斯境内的拉普捷夫海和东西伯利亚海、里海、鄂霍次海、黑海、喀拉海、贝加尔湖、萨哈林群岛、千岛湖群岛、佩切尔斯基海、楚科奇海海底确认存在可燃冰［9］。俄罗斯对各个海域可燃冰的区域数量、储量、厚度等并没有系统勘察，无法得出准确认识，其中一份调查得出的结论为储量（3.8～81.0）×1012m3，各海域可燃冰储量及占比见表1［10］。依据俄罗斯另一份资料显示，里海可燃冰深度300～480 m；黑海可燃冰主要集中在乌克兰和罗马尼亚，小部分在土耳其、保加利亚和俄罗斯，共有约15个可燃冰矿藏，预测储量为（20～25）×1012m3；对中部和东部2个可燃冰矿藏进一步评估和计算，面积分别为6.06×104km2和4.85×104km2；鄂霍次克海可燃冰矿藏面积约为10×104km2，水深约500 m，可燃冰平均厚度约200 m；贝加尔湖可燃冰在20世纪90年代已经被证实，2001年，国际科研项目“贝加尔湖钻探”证实湖底存在大量可燃冰；萨哈林群岛东海岸存在大量可燃冰矿藏，数量超过50个；千岛湖群岛存在大量可燃冰，预计储量为87×1012m3，埋藏深度约 3500 m［11］。

表1 俄罗斯海域可燃冰储量及占比Table 1 Reserves and occupуing ratio of combustible ice in Russian sea area

1.2 冻土层可燃冰

俄罗斯冻土层可燃冰矿藏主要分布在雅库特地区和西伯利亚地区，共有超过30个可燃冰气田，储量（10～50）×1012m3。雅库特地区包括马尔哈、中维柳伊、那穆等可燃冰气田，其中马尔哈可燃冰气田早在1963年即被确认，是前苏联确认的第1个可燃冰气田。西西伯利亚地区包括梅索亚哈、扬堡、波瓦年科沃、乌连戈伊等可燃冰气田，其中梅索亚哈气田可燃冰埋藏深度约850 m，冻土层深度420～480 m，产层厚度约76 m。该气田1970年投入开发，是世界上第1个投入工业化开发的可燃冰气田，它的开发成为世界可燃冰研究的催化剂，同时被认为是最具前景的可燃冰气田［12］。

1.3 潜在可燃冰

俄罗斯非常重视北极矿产资源，前总统梅德韦杰夫指出，北极是俄罗斯21世纪重要的战略资源基地，随着北冰洋逐渐融化，将形成一条新航线。根据俄罗斯专家推测，俄罗斯北极地区存在大量可燃冰，甚至部分俄罗斯专家认为，俄罗斯所有碳氢化合物资源中，80%都集中在北极地区，而北极的大部分碳氢化合物资源以可燃冰形式存在，主要在北极地区西部，即巴伦支、伯朝拉和卡拉海大陆架等地区［13］。根据《联合国海洋法公约》，联合国大陆架边界委员会正在研究北极大陆架划分问题，俄罗斯有望获得120×104km2土地，这使俄罗斯可燃冰储量进一步增加，总量可达 3180×1012m3［14］。对于南极可燃冰，俄罗斯专家也进行了评估，认为南极可燃冰数量比北极多得多，南极可燃冰同样是俄罗斯的潜在资源［15］。

2 俄罗斯可燃冰研发历程

1965年，莫斯科古勃金石油化学和天然气工业研究院气田开发教研室进行了可燃冰形成条件研究，这是俄罗斯首次进行可燃冰实验，证明了可燃冰的存在，1965年4月，在莫斯科青年石油工人科学大会上，发布了这一研究成果，获得一等奖。1969年12月24日，北极地区的梅索亚哈可燃冰矿藏投入商业开发，1970年6月，第十一届国际天然气会议上，这一成果在国际上引起广泛共鸣，随后，一些国家制定了可燃冰开发计划。1970年，俄罗斯学者瓦西里耶夫、马克贡诺姆、特列宾、特洛菲姆克、切尔斯基提出科学发现《地壳内固态天然气特性》，指出俄罗斯20%冻土层和90%海洋底部存在可燃冰，该著作被列入苏联国家登记簿，对后来的俄罗斯可燃冰研究起到了很大的推动作用。1972年，全俄天然气研究所科研人员叶夫列莫夫和杰士琴科在黑海深水区海底取得了可燃冰样品，该成果后来多次被其他学者引用。根据该研究成果，俄罗斯首次对外宣布其领土内可燃冰大规模存在，美国在此基础上制定出从海底获取可燃冰样品的方法。1980年，叶夫列莫夫和杰士琴科完成了里海可燃冰储量预测，在此基础上，俄罗斯金斯堡、索洛维约夫等学者陆续完成了里海南部可燃冰区域划分。1984年，俄罗斯学者查哈罗夫和尤金等对鄂霍次海可燃冰进行了研究，指出在鄂霍次海存在大量可燃冰。1986-1988年，全俄天然气研究所成立了可燃冰实验室，主要进行2项实验：一是模拟地层条件下研究可燃冰的形成和分解；二是在室内条件下用光学显微镜观察可燃冰的形成和分解。1995年前后，全俄天然气研究所和莫斯科大学冻土实验室丘维林副教授及同事共同开展了可燃冰研究，他们按照之前研究扬堡凝析气田冻土层采样方法，研究波瓦涅恩科凝析气田南部冻土层可燃冰取心方法［16］。

3 俄罗斯可燃冰开发技术

3.1 主要研究机构

俄罗斯可燃冰研究机构主要包括高等院校、国家科研机构、企业等。高等院校主要包括俄罗斯国立古勃金石油天然气大学、莫斯科罗蒙诺索夫国立大学、圣彼得堡国立大学等［17］。国家科研机构主要集中在俄罗斯科学院，该院包含若干研究所，参与可燃冰研究的主要包括西伯利亚分院（新西伯利亚）无机化学（催化、地质和地球物理）研究所、西伯利亚分院（秋明）地球冻层研究所、西伯利亚分院热物理学研究所、西伯利亚分院石油天然气地质研究所西西伯利亚部门、莫斯科及雅库茨克石油天然气问题研究所、海洋研究所、力学问题研究所、远东分院太平洋海洋学研究所、土壤物理化学取心及生态土壤问题研究所、地球物理联合研究所等［18］。企业主要包括俄罗斯天然气工业股份公司全俄天然气研究所、俄罗斯天然气工业股份公司全俄海洋研究所、萨拉托夫“三角旗”科研生产联合公司等［19］。

3.2 开采方法制定

可燃冰开采难度很高，包括井筒温度压力控制、安全钻井液密度窗口狭窄、试采出砂严重、安全环保要求高等。俄罗斯对可燃冰开采方法进行了研究，拟采用加热法、降压法、加热降压法、化学抑制剂法等进行可燃冰开采。加热法是通过向可燃冰层段注入热水、蒸汽等，提高可燃冰层段温度，破坏可燃冰平衡条件，使可燃冰分解，进而进行开采；降压法是通过降低可燃冰层段压力破坏可燃冰平衡条件，使可燃冰分解，进而进行开采；加热降压法是同时增加可燃冰层段温度并降低其压力，使其分解，进而进行开采；化学药剂法是通过向地层注入盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等试剂，使可燃冰分解，进而进行开采［20］。

3.3 目前技术进展

钻井取心是可燃冰研究最有效的方法，不但能发现可燃冰的存在，还能直接获取可燃冰厚度、富集状态等参数。可燃冰在低温高压环境下存在，因此，一般在保温保压状态下进行取心。俄罗斯已经在里海、黑海、鄂霍次海、贝加尔湖成功进行了取心（图1），并开展一系列技术研究［21］。

3.4 近期发展规划

图1 俄罗斯可燃冰岩心Fig. 1 Core of combustible ice in Russia

针对俄罗斯可燃冰长期发展，俄罗斯科学院高温联合研究所2014年7月3日制定了《能源行业创新发展规划》，此规划符合《石油天然气创新发展战略：天然气开采与运输》要求，该规划分3个阶段执行，第1阶段为《可燃冰结构特性、热物理性质、最优生成条件研究》；第2阶段为《可燃冰地质勘探技术研究、开发技术研究、潜力区块评估》及《可燃冰开采技术及设备研究》；第3阶段为《可燃冰开采设备样机研制及工业化应用》。经过3个阶段的发展，到2030年，俄罗斯可燃冰开发将达到新的水平，成为俄罗斯天然气生产的必要补充，巩固俄罗斯国际天然气市场的地位［22］。

4 中国可燃冰开发对俄罗斯的影响

4.1 关注中国可燃冰开发

最近几十年，美国，日本，加拿大，印度、韩国等国家可燃冰研究进展较快，使得俄罗斯对这些国家可燃冰研究进展非常关注，对中国可燃冰开发进展关注不多。2017年5月18日，中国宣布在南海北部神狐海域可燃冰试采获得成功，2017年11月3日，经国务院批准，将可燃冰列为国家第173个矿种。中国可燃冰试采成功，俄罗斯非常关注，塔斯社、俄罗斯报、真理报等各大媒体纷纷报道，称其为能源领域的一项重大突破，有可能引领全球能源革命［23］。俄罗斯专家指出，对中国可燃冰开采应该给予足够重视，要将中国、美国、日本等国家可燃冰开发进行统筹考虑［24］。

4.2 危机感加重

俄罗斯是世界上天然气最丰富的国家，也是世界上天然气出口最大的国家。中国是天然气需求国，可燃冰试采成功可能造成中国对俄罗斯天然气依赖减少，俄罗斯天然气出口受到限制。有的俄罗斯专家大胆预测，十年后可燃冰将成为页岩气后又一大天然气资源，甚至有望替代天然气［25］。俄罗斯能源部指出，可燃冰可能会成为俄气在世界能源市场上的主要威胁，俄罗斯专家甚至采用签订天然气长期出口合同的方式来巩固俄罗斯在国际天然气市场的地位［26］。俄罗斯《今日经济》专家评论说：“虽然世界各国目前还没有进行可燃冰商业化开采，但是，不久的将来，可燃冰开采技术获得突破，各个国家将开始大规模开发可燃冰，那时候世界能源革命将拉开帷幕”［27］。由此可见，中国可燃冰开发给俄罗斯带来了强烈的危机感。

4.3 短期内威胁不大

尽管中国可燃冰开发给俄罗斯带来了强烈的危机感，但俄罗斯专家纷纷发表自己的看法，俄罗斯经济大学专家伊戈尔·尤什科夫认为，开采可燃冰需要花费大量资金，近几年可燃冰不会成为常规天然气的竞争对手，可燃冰时代仍未到来［28］；俄罗斯《今日经济》专家认为，虽然世界各国对可燃冰的研究已持续数年，但目前还没有成熟的商业化开采技术，可燃冰开采成本将远远高于传统天然气价格［29］；俄罗斯国立古勃金石油天然气大学瓦基夫·科尔莫夫认为，从可燃冰中提取天然气是非常昂贵的，比常规天然气贵很多；独立分析机构“投资”的分析师阿纳斯塔西娅·索斯诺娃认为，可燃冰开发致使俄罗斯很快被排挤出国际天然气市场的言论不可信［30］。由此可见，大部分俄罗斯专家认为，可燃冰开采工艺十分复杂，且需要输送管道等地面配套设施，所以短期内中国可燃冰开发不会对俄罗斯传统天然气造成威胁。

4.4 更加重视可燃冰开发

虽然俄罗斯大多数专家认为短期内中国可燃冰开发不会对俄罗斯传统天然气造成威胁，但还是引起了俄罗斯对可燃冰开发的足够重视。俄罗斯《生意人报》报道称，俄罗斯科学院远东地质研究所建议俄罗斯石油公司抓紧进行可燃冰开采可行性研究［31］。有的俄罗斯专家指出，如果俄罗斯不尽快采取相应举措，那么10年后俄罗斯天然气将与其他国家可燃冰展开激烈竞争，因此，应大力组建研发部门及研发团队，推进可燃冰研究，加强可燃冰基础设施建设，完善可燃冰开采、运输等技术，从而巩固俄罗斯在国外天然气市场的地位［32］。

4.5 北极可燃冰开发

世界大国正在考虑在南极、北极开发可燃冰，使俄罗斯产生很大危机感［33］。俄罗斯国立古勃金石油天然气大学瓦基夫·科尔莫夫说，如今争夺北极和南极可燃冰的斗争已经开始，并将变得更加激烈［34］。但是，壳牌、康菲等石油公司在北极的油气勘探经历证明，在北极进行油气勘探绝非易事，在海洋钻探、搜救保障、油气泄漏处理、基础设施建设等方面存在巨大挑战［35］。瓦基夫·科尔莫夫认为，在北极开采可燃冰十分复杂且成本极高，至少20年内将无法与传统天然气竞争［36］。水合物能源国际公司项目经理迈克尔·马克斯认为，北极可燃冰基础设施薄弱，投资建设成本将大大超过可燃冰本身，在北极开采可燃冰对俄罗斯并无优势［37］。由此看来，俄罗斯短时间内不会在北极大规模开发可燃冰。

5 中俄可燃冰开发合作前景展望

随着“一带一路”战略的实施，中国与俄罗斯在交通基础设施、能源、文化、贸易等领域展开一系列合作，为可燃冰领域合作提供了政策保障。俄罗斯是石油天然气输出大国，中国是石油天然气需求大国，双方在石油天然气领域已进行了多年合作，积累了丰富的经验。虽然俄罗斯在可燃冰方面进行了一系列探索，但与美国、日本等相比还有一定差距［38］。2003—2005年，俄罗斯在可燃冰方面申请了几项专利，后续几年进展缓慢［39］；2009年11月13日发表的《俄罗斯2030年天然气行业发展总纲要》草案，仅有一次在《天然气行业科技发展方向预测》中提到可燃冰，为此，部分俄罗斯专家非常着急［40］；与其他可燃冰开发高水平国家相比，俄罗斯可燃冰研发方面的科研人员、科研机构数量不多，缺少国家级可燃冰研究项目［41］；俄罗斯根据日本可燃冰研发经验，认为独立组建高水平可燃冰研发团队至少需要10年时间，如果不展开国际合作，俄罗斯在20～30年内大规模商业性开发可燃冰的可能性不大［42］。俄罗斯渴望与中国建立合作关系，提升天然气开发水平，延续天然气霸主地位。

尽管中国在可燃冰试采方面已经取得重大突破［43］，但在深水钻探、管道建设、安全环保等方面还有很大差距，中国希望通过国际合作迅速提升可燃冰开发技术水平，改善天然气短缺局面，降低天然气进口依赖。中俄双发一致认为开展国际合作是快速开发可燃冰的有效途径，具有共同的目标，双方在可燃冰领域合作前景广阔。

6 结论与建议

（1）俄罗斯可燃冰研究起步较早，由于其天然气资源丰富以及研究经费短缺，近几年对可燃冰研究重视不足，研究进展放缓。

（2）中国可燃冰试采成功，引起俄罗斯极大关注，为了确保其天然气出口中国份额，俄罗斯加大了可燃冰开发力度，并制定了相应的发展规划。

（3）中俄两国都致力于可燃冰开发，具有共同的目标，建议中俄在可燃冰基础科学研究、资源勘查、钻完井技术、开采方案选择、安全环保等领域开展紧密合作。

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