广东省天然气水合物技术发展现状及对策

□文/杨 含 莫炜程

（广东省海洋发展规划研究中心 广东·广州）

［提要］天然气水合物作为一种潜在的新能源，世界主要科技大国纷纷投入巨资开展勘查与试采工作，国际竞争态势日趋激烈。本文重点分析国内外天然气水合物勘查与试采现状，以及广东省天然气水合物技术发展现状及存在问题，并提出广东省天然气水合物产业化发展建议。

一、天然气水合物发展背景及战略意义

（一）发展背景。天然气水合物发展储量丰富，资源发展潜力大，国际开发竞争力强劲。天然气水合物是赋存于自然界的固态结晶物质，外观多呈白色或浅灰色，也称“可燃冰”。据统计，全球天然气水合物的资源量大约为2.0×1，016m3，大约是已知煤炭、石油和天然气有机碳总量的2倍。全球98%的天然气水合物赋存于海洋中，我国海域天然气水合物资源量约为800亿吨油当量，其中南海约为744亿吨油当量。1立方米天然气水合物在标准状态下分解可释放160～180m3甲烷气体，其能量密度是常规天然气的2倍，且燃烧排放的二氧化碳气体较少，温室效应低于常规天然气，是最有可能接替煤炭、石油的一种低碳新能源。因此，开发利用天然气水合物是未来全球能源发展的战略制高点。世界上各主要国家竞相抢占天然气水合物的开发利用先机，美国、日本、韩国、印度等国家都将天然气水合物列入国家重点能源发展战略，并投入巨资开展勘查与试采工作，国际竞争态势日趋激烈。

（二）战略意义。加快实现天然气水合物产业化是改变全球能源供需格局、保障我国能源安全的重要选择。《世界能源发展报告2018》指出，全球能源正在向高效、清洁、多元化的特征方向加速转型推进，全球能源供需格局正进入深刻调整的阶段。我国天然气水合物勘探开发工作进入新的发展阶段，先后于2017年、2020年在广东省神狐海域天然气水合物两次试采成功，创造了持续产气时长、产气总量两项世界纪录，实现了天然气水合物勘查开发理论、技术、工程、装备的自主创新，多个领域实现了从跟跑到领跑的转变，抢占了全球天然气水合物科技创新制高点，有可能成为继美国引领“页岩气革命”之后，引领“天然气水合物革命”的国家，由此大大加剧了国际天然气水合物勘探开发竞争态势。世界各国纷纷制定了天然气水合物勘探试采研究计划，其中日本在新一期海洋能源矿产资源开发计划中拟定了2022年前开展海上试验，2027年正式商业开采的战略目标；美、日于2019年1月联合在阿拉斯加冻土带实施监测井钻探；印度也启动了天然气水合物试采计划。同时，全球学术界也加大了对天然气水合物勘查试采技术的研究力度。

加快实现天然气水合物产业化是推动我国能源结构调整、实现高质量发展的重要途径。我国现有能源消费结构仍以化石能源为主，能源转型发展战略应以保障国家能源安全为核心，继续进行能源消费总量和强度双控制，把清洁低碳能源作为发展的主导方向，有序推进能源生产供给和消费多元化、清洁化、高效化。2017年11月3日，我国政府正式批准将天然气水合物列为新矿种，成为第173个矿种，标志着天然气水合物矿业权市场进一步放开，通过法律确立了天然气水合物在我国能源生产中的重要地位。天然气水合物产业化具有丰富的商业价值，根据我国初步预测的天然气水合物远景资源量，15%能实现商业化生产，按照目前我国每年的能源消耗量可满足我国使用150多年。目前，我国天然气水合物勘探开发工作已进入新的发展阶段，加速天然气水合物产业化进程对实现我国经济高质量发展具有重要意义。

加快实现天然气水合物产业化是培育广东现代海洋产业、促进海洋经济高质量发展的重要抓手。目前，广东天然气水合物勘查、钻探及采集主要还是以自然资源部广州海洋地质调查局为主，其他企业尚不具备勘查、钻探、采集等条件。实现南海天然气水合物产业化，不但可以满足广东对清洁能源日益增长的需求，也有利于带动海工装备、天然气储运、应用等上中下游产业链的发展，推动能源开发利用机制体制改革。

二、国内外天然气水合物发展现状

（一）国外天然气水合物发展现状

1、资源勘查开发情况。世界各国高度重视天然气水合物勘查开发，目前已有30余个国家和地区开展天然气水合物研究。中国、美国、日本、韩国和印度等国制定了国家级天然气水合物研究开发计划，美国、日本、加拿大等率先启动开发技术研究，并于2002年开始在陆域和海域进行多次试验性开采，取得了重要进展。目前，国际天然气水合物勘查开发呈现出以下趋势：一是纷纷制定天然气水合物开发计划。围绕国家能源安全、国家经济安全、战略科技创新等角度出发，美国、日本、印度、韩国等国家制定了国家级天然气水合物勘查开发计划，加大投入、加速推进。二是从主要国家天然气水合物产业化进程看，已从资源勘查发现向试采技术攻关、产业化开发转变。

2、试采情况。天然气水合物产业化大致可分为理论研究与模拟试验、探索性试采、试验性试采、生产性试采、商业开采5个阶段。目前，全球多个区域组织实施了天然气水合物试采，并在两个陆域冻土区和两个海域进行了开采试验。（表1）

表1 全球天然气水合物试采情况一览表

（二）国内天然气水合物发展现状

1、资源勘查开发情况。我国天然气水合物资源调查研究工作起步较晚。从1995年地质矿产部设立天然气水合物调研项目开始，至今大致经历了4个阶段：1995～1998年的预研阶段；1999～2001年的前期调查；2002～2010年的调查与评价；2011年开始的勘查与试采等阶段，目前已建立了适合我国海域特点的勘查试采理论和装备体系，取得突破性成果。

2、试采情况。天然气水合物的产业化进程大致分为理论研究与模拟试验、探索性试采、试验性试采、生产性试采、商业开采5个阶段。2017年，我国海域天然气水合物第一轮试采完成了“探索性试采”，解决了“能否安全、连续开采出来”的问题。第二轮试采完成“试验性试采”，解决的是“如何提高产气规模”的问题。但是，推进天然气水合物勘查开采产业化后续任务依然艰巨繁重，下一步还要进行生产性试采攻关，力争尽早实现天然气水合物商业开采。

三、广东省天然气水合物技术发展现状

（一）发展现状

1、关键技术。天然气水合物第一轮试采采用垂直井钻采技术，井筒垂直穿过天然气水合物储层。第二轮试采采用水平井钻采技术，井筒可横向顺层穿越，与水合物储层接触的面积更大，能够有效提高产气规模。试采团队经过两年多的集中攻关，掌握了以水平井为核心的32项关键技术，自主研发了12项核心装备，其中控制井口稳定的装置吸力锚打破了国外垄断。这些核心装备不仅可为推进水合物产业化提供有力保障，而且还可在海洋资源开发、涉海工程建设等领域中广泛应用，将带动形成新的深海技术装备产业链，增强我国“深海进入、深海探测、深海开发”能力。2017年首次试采成功抢占了国际天然气水合物勘查试采科技创新的制高点，此次使用水平井钻采技术成功开采，国际“领跑”优势地位进一步增强。

2、科研平台建设。目前，广东省天然气水合物重大科研平台主要有广州海洋地质调查局天然气水合物工程技术中心、中科院广州能源所、中科院南海所、中科院广州地化所、中山大学、华南理工大学、南方海洋科学与工程广东省实验室等。2019年，南方海洋科学与工程广东省实验室于广州、珠海、湛江相继揭牌，逐步形成科技资源合作共享整体合力。广州南沙新区国家科技兴海产业示范基地项目加快推进，重点发展和培育海洋高端工程装备制造业、海洋新材料新能源等高新技术，打造南沙新的增长级。中国地质调查局广州地质调查局、中山大学、中国科学院南海海洋研究所等单位正式成立协同创新联盟，同时推动联盟和省海洋与渔业厅、广州市南沙区政府协商共建协同创新中心。

（二）存在的问题

1、资源及分布有待摸清。我国通过天然气水合物专项开展了近20年的系统调查，基本了解南海北部陆坡调查区的水合物资源潜力及其分布情况，但海域整体调查程度较低，还未实现全覆盖，特别是钻探程度低。

2、地质成藏理论有待完善。尽管在全球海域包括我国的南海北部陆坡海域已钻获天然气水合物实物样品，但由于海洋基础地质调查工作程度不均，海域天然气水合物成矿地质理论研究相对滞后，特别是海域深水区独特的地质条件与多类型的水合物形成机理、成矿机制及成藏规律等研究欠缺，这些科学问题将直接影响对水合物资源潜力的科学评价及成矿区的有效预测。

3、勘采装备研制能力有待提升。天然气水合物资源勘查与试开采是一项高新技术密集的庞大系统工程。目前，水合物开采装备和技术都面临着水合物在深海浅层赋存、储层地质条件复杂等问题，传统海洋油气开采装备难以直接利用，需要不断探索、研制从钻完井到开采测试的整套专用装备，重点支持勘探作业装备、工程勘察与施工装备、工程支持船等装备研发。

4、开采技术方法有待突破。天然气水合物开采一直是世界性难题，目前主要有加热法、降压法、注化学试剂法、CO2置换法等开采技术方法，但上述方法各有弊端。我国此次南海水合物试开采所采用的方法是在传统降压法的基础上，创新研发了“地层流体抽取法”，实现了“三相控制”开采理论自主创新。尽管目前加、美、日、中已进行小规模试开采，但距离大规模、长周期、商业化开发仍有较大差距，需进一步改进或创新试开采方法，需研发关键技术工艺，不断提高采收率及提升产能，才能实现产业化。

5、开采经济效益有待提高。由于水合物开采条件更为复杂，除常规气体收集外，还需经历“将甲烷与水分子分离”，以实现连续稳定产气，客观上使水合物开采需投入更高成本。以目前开采成本测算，相对于天然气、煤层气和页岩气开采，水合物开采尚不具备经济性，开采成本还存在明显劣势。由于在产业化之前，水合物产业链不具备盈利条件，因此企业参与产业链上下游行业的积极性不会太高。如未来水合物的开采技术大幅提升、成本大幅降低，则有望大幅提升其经济性。

四、对策建议

（一）加快落实天然气水合物资源储量及分布。积极开展天然气水合物资源调查工作，为天然气水合物开采奠定资源基础。要分区分层次、有重点地开展不同海域天然气水合物资源调查评价，尽快明确我国天然气水合物的资源潜力、分布情况和重点探区储量规模。

（二）加速勘探与开发关键技术与核心装备攻关。大力推进天然气水合物勘查开采先导试验区建设，攻克深水未固结储层多井型开采的钻完井关键技术与装备。推动建立大科学装置“冷泉系统实验装置”，加快广州海洋地质调查局国家工程研究中心、深海科技创新中心基地建设，初步建成世界领先的天然气水合物勘查开发技术及装备的工程化开发平台。研发近海底高精度探测和随钻测井等勘查技术装备、高效产能模拟实验装置、天然气水合物开采海底沉降等环境监测设备，形成集天然气水合物勘查、产能模拟、开发和环境保护于一体的系列装备。支持成立涵盖天然气水合物勘探、开发、储运、服务等环节为一体的工程公司，加快天然气水合物产业化进程。

（三）建立天然气水合物调查评价标准体系和机制。加快建立完善用海机制，切实解决天然气水合物资源开发风险高、敏感地区外交环境复杂多变等方面的问题。加快制定天然气水合物储量分级和开采可行性标准，推动形成天然气水合物勘探开发有序进入、充分竞争的市场机制。支持上游放开市场准入，通过竞争或协议方式取得天然气水合物矿业权。鼓励发展混合所有制和社会资本参与综合开发利用南海石油天然气等资源；激活微观市场主体活力，鼓励社会资本和民营企业广泛参与天然气水合物勘探开发，激发市场积极性。