青藏陸域“可燃冰”：期待國家層面的推進

天然氣水合物具有污染小、儲量大、分布廣、能量密度高等獨特的資源優(yōu)勢，被譽為未來的戰(zhàn)略接替能源，引起了世界各國的高度重視。雖然我國已分別在南海和青藏高原多年凍土區(qū)鉆獲了天然氣水合物實物樣品，但與天然氣水合物開發(fā)研究強國相比技術(shù)差距仍然很大。由于陸域天然氣水合物比海域天然氣水合物勘查成本低、開采安全系數(shù)高、開采對生態(tài)環(huán)境影響小，因此當前我國應選擇青藏高原多年凍土區(qū)重點部署天然氣水合物的開發(fā)研究，并采取制定國家規(guī)劃、加大投入力度、建立研發(fā)基地等措施加強其開發(fā)研究。

天然氣水合物：吸引全球目光

俄美加日處于開發(fā)研究前沿

1965年，在俄羅斯西伯利亞多年凍土區(qū)麥索雅哈氣田首次發(fā)現(xiàn)天然氣水合物。1972—1974年，美國、加拿大也分別在阿拉斯加、麥肯齊三角洲凍土帶的油氣田區(qū)發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的水合物礦藏。1979年，國際深海鉆探計劃D SD P第66、67航次在中美洲海槽危地馬拉的鉆孔巖芯中首次發(fā)現(xiàn)了海底天然氣水合物。20世紀90年代以來，隨著對天然氣水合物的資源前景和環(huán)境效應的逐步認識，美國、日本、俄羅斯、加拿大等國都把天然氣水合物的勘查、開發(fā)作為國家資源產(chǎn)業(yè)計劃的一部分，目前均已取得重大發(fā)現(xiàn)。印度、韓國也把天然氣水合物資源的勘查提到國家戰(zhàn)略計劃中。

目前，世界上至少已有30多個國家和地區(qū)開展了天然氣水合物的研究與勘查評價工作，在世界各地發(fā)現(xiàn)多處海域和陸域天然氣水合物礦藏。由于天然氣水合物巨大的開采難度，目前實際開展試開采的只有俄羅斯西伯利亞麥索雅哈、美國阿拉斯加北坡和加拿大麥肯齊三角洲三個極地凍土區(qū)礦藏，尚無真正商業(yè)開采案例。此外，美國還在墨西哥灣成功進行了鉆井實驗。日本除參加加拿大麥肯齊三角洲多年凍土區(qū)天然氣水合物試開采外，還成功進行了南海海槽的鉆井實驗。

俄羅斯、美國、加拿大、日本等國處于天然氣水合物開發(fā)研究前沿，基本完成第一階段實驗室模擬開采，進入第二階段礦區(qū)試驗開采研究階段，美國和日本分別制定了2015年和2016年進行商業(yè)開采的時間表。

迄今，世界上天然氣水合物試開采最成功的案例當屬俄羅斯西伯利亞麥索雅哈氣田。該氣田于1969年開始試開采天然氣水合物，到1990年最終停產(chǎn)，目前已成功地半連續(xù)生產(chǎn)了17年，從麥索雅哈天然氣田開采出的天然氣中約36%約51.7億立方米的氣體產(chǎn)自于天然氣水合物。俄羅斯麥索雅哈的開采實踐表明，與常規(guī)天然氣資源相比，無論是開采年限、布井密度，還是開采成本，天然氣水合物均具極強的競爭力。

戰(zhàn)略意義抓牢各國眼球

1998年5月，美國參議院能源委員會一致通過了1418號議案———“天然氣水合物研究與資源開發(fā)計劃”，將天然氣水合物資源作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略能源列入長遠計劃，該議案批準天然氣水合物資源研究開發(fā)年投入經(jīng)費2000萬美元，要求能源部制訂統(tǒng)一的研究規(guī)劃，組織國內(nèi)科研單位進行聯(lián)合研究，并于2015年實施商業(yè)性開采。

1994年，日本成立天然氣水合物開發(fā)促進委員會，先后啟動了“天然氣水合物研究及開發(fā)推進初步計劃”和“開發(fā)利用天然氣水合物”國家計劃。由日本通產(chǎn)省協(xié)調(diào)，日本地質(zhì)調(diào)查局加上10家石油公司共同組織進行早期調(diào)查勘探、鉆探，其研究開發(fā)國家五年計劃投入經(jīng)費6400萬美元。

韓國在郁龍盆地局部地區(qū)完成了天然氣水合物地球物理調(diào)查后，商業(yè)、工業(yè)和能源部制定了天然氣水合物長期規(guī)劃藍圖，從2000年開始，韓國穩(wěn)定地執(zhí)行該規(guī)劃調(diào)查和研究三階段第一階段五年計劃的年度任務。印度對天然氣水合物的投入相當于9000萬元人民幣/年，目前分別在其東、西部近海的孟加拉灣與阿拉伯海開展了天然氣水合物調(diào)查研究工作。盡管沒有天然氣水合物資源，但德國投入9000萬馬克設(shè)立了國家天然氣水合物調(diào)查研究專項，組織實施了德、美、加、俄四國合作項目，德國“太陽號”科學調(diào)查船的活動和成果在全球最為引人注目。

中國的起步與差距

中國天然氣水合物研究工作始于20世紀90年代初，比美國、俄羅斯、加拿大、日本、德國等發(fā)達國家晚了近20年。1998年，國土資源部把天然氣水合物勘探目標鎖定在南海北部陸坡。1999年，南海首次發(fā)現(xiàn)天然氣水合物存在的各項重要標志，初步確認天然氣水合物的存在。2002年起，由中國地質(zhì)調(diào)查局主持的國家專項，開展了中國海域天然氣水合物調(diào)查。2007年5月，中國在南海北部成功鉆獲天然氣水合物實物樣品，從而成為繼美國、日本、印度之后第四個通過國家級研發(fā)計劃采到水合物實物樣品的國家。2009年9月，中國又在青藏高原多年凍土區(qū)獲得天然氣水合物實物樣品，由此成為世界上首次在中低緯度地區(qū)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的國家。

中國天然氣水合物資源勘查已經(jīng)形成由國家調(diào)查專項、國家“863”計劃項目、“973”項目及三大石油公司的勘查項目組成的立體、多層次的勘查投入體系。

目前，中國對天然氣水合物的研究還處在調(diào)查評價前期階段，開采研究剛剛起步，尚未開展試開采研究。雖已初步掌握其研究方法，并取得一些重要進展，但與發(fā)達國家相比，中國天然氣水合物研究在實驗室模擬、基礎(chǔ)理論、調(diào)查評價研究、鉆探技術(shù)和鉆探裝備、實驗區(qū)選擇、工業(yè)化開采和新技術(shù)開發(fā)等多方面還有很大差距。

青藏高原天然氣水合物開發(fā)：期待企業(yè)成為創(chuàng)新主體

制定開發(fā)研究的國家規(guī)劃

在全球能源競爭日趨激烈的格局下，天然氣水合物的開發(fā)利用已經(jīng)成為各國能源科學實驗和技術(shù)創(chuàng)新的重要戰(zhàn)場，更是各國競相攻關(guān)的戰(zhàn)略制高點。歷史表明，任何一個世界大國發(fā)展能源、推進能源轉(zhuǎn)型都必須對天然氣水合物有國家層面的戰(zhàn)略部署和長期安排，美國和日本就是通過國家規(guī)劃的實施使其天然氣水合物研究水平走到了世界的前列。

盡管中國天然氣水合物的研究已經(jīng)得到了科技部、中國地質(zhì)調(diào)查局、國家自然科學基金委員會等部委的廣泛 關(guān) 注 ， 并 通 過 國 家 調(diào) 查 專 項 、“863”計劃、“973”計劃、自然科學基金等進行支持或資助，但目前，中國還沒有一個全面的天然氣水合物產(chǎn)業(yè)的國家級綜合規(guī)劃，這就導致各部委之間、各科技計劃之間缺乏有效的溝通協(xié)調(diào)機制，資助渠道各自為戰(zhàn)的結(jié)果使中國天然氣水合物的研究缺乏系統(tǒng)性、資源配置無法達到最優(yōu)化，制約了中國天然氣水合物開發(fā)利用的進程。

因此，在后續(xù)的天然氣水合物資源勘查評價和商業(yè)性開發(fā)研究方面，亟須從國家戰(zhàn)略層面制定中國青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物開發(fā)研究的國家規(guī)劃，發(fā)揮國家集中力量辦大事的優(yōu)勢，統(tǒng)籌謀劃、系統(tǒng)布局青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物的開發(fā)研究，盡早制定中國青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物試驗性開采和商業(yè)開采的時間表。應借鑒國外經(jīng)驗，在國家規(guī)劃的指引下，走聯(lián)合攻關(guān)、協(xié)同作戰(zhàn)之路，采取新型舉國體制，設(shè)立科技重大專項，合理有序地推進青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物的開發(fā)研究。

加大開發(fā)研究投入力度

國外天然氣水合物開發(fā)利用的經(jīng)驗表明，天然氣水合物的開發(fā)利用是一項長期的科技攻關(guān)，必須保證足夠多的經(jīng)費投入和足夠長的科研周期才能成功。

目前，中國天然氣水合物的研究在國家調(diào)查專項、“863”計劃、“973”計劃、自然科學基金等項目的支持下已經(jīng)開展了卓有成效的工作，但經(jīng)費投入力度與天然氣水合物開發(fā)強國相比仍存在很大差距。

要在青藏高原天然氣水合物開發(fā)研究國家規(guī)劃框架下，成立專門基金用以加大中國天然氣水合物開發(fā)研究投入力度，充分發(fā)揮財政資金引導作用，采取稅收優(yōu)惠等手段吸引民間資本和社會企業(yè)向天然氣水合物研究投資。推進中國各主要能源企業(yè)開展天然氣水合物的商業(yè)研究，使企業(yè)成為青藏高原天然氣水合物開發(fā)研究的創(chuàng)新主體。

建立國家級研發(fā)基地

目前，中國天然氣水合物研究通過分散在全國各地的研究力量進行，數(shù)據(jù)、樣品、研究成果難以共享，增加了各自研究的難度并造成研究工作的重復和低效。另外，天然氣水合物開發(fā)研究是一個龐大的系統(tǒng)工程，涉及工程熱物理、化工、化學、物理、地質(zhì)、地球物理、環(huán)境等多門學科，需要不同學術(shù)背景的科研人員、技術(shù)人員和管理人員協(xié)同作戰(zhàn)。

青海省具有得天獨厚的地理和區(qū)位優(yōu)勢，可以依托中國科學院、中國地質(zhì)科學院、大學和企業(yè)的研究力量，在西寧組建青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物國家實驗室，作為長期進行天然氣水合物開發(fā)利用的研發(fā)基地。以“小核心、大網(wǎng)絡”的組織形式，整合全國現(xiàn)有研發(fā)資源，匯聚全國天然氣水合物研究的優(yōu)秀人才，優(yōu)勢互補、資源共享，盡快完成天然氣水合物勘探、開采、環(huán)境評價等工作的基礎(chǔ)研究和應用基礎(chǔ)研究，為以后商業(yè)開采奠定堅實基礎(chǔ)。同時，在國家實驗室框架下，培養(yǎng)一支國家級、具有國際競爭力的天然氣水合物研究隊伍，全面提高中國天然氣水合物開發(fā)利用自主創(chuàng)新能力，保障中國后續(xù)能源的安全供給。

天然氣水合物：未來的戰(zhàn)略接替能源

天然氣水合物N aturalG asH ydrate是由天然氣主要成分為甲烷與水在高壓、低溫條件下形成的冰狀固體物質(zhì)，可以像固體酒精一樣直接被點燃，因此又被形象地稱為“可燃冰”。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會的報告認為，天然氣水合物可能的資源量約為地球上其他所有化石能源資源量總和的兩倍，預計可開發(fā)部分也與油氣資源總量相當。國際科學界普遍認為，天然氣水合物是世界尚未開發(fā)的已知的最大的化石能源。

污染小。天然氣水合物是天然氣和水組成的籠形包合物，釋放的天然氣中的甲烷純度高，有害氣體少，燃燒以后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣或廢棄物，污染比煤、石油要小得多，是公認的人類21世紀可接替利用的新型潔凈能源。

儲量大。許多研究者對全球天然氣水合物中的甲烷蘊藏量進行了估計，據(jù)比較權(quán)威的陸上估計值和海底估計值，儲量相當于在標準狀態(tài)下，大約40米厚的甲烷氣覆蓋在整個地球表面，其資源量至少相當于迄今為止地球上所發(fā)現(xiàn)的全部煤炭、石油、天然氣資源量總和的兩倍。

分布廣。天然氣水合物廣泛存在于水深大于300米的海底沉積物和陸地多年凍土區(qū)中，大約27%的陸地極地凍土區(qū)和高山凍土區(qū)和90%的大洋水域是其潛在資源分布區(qū)，世界上已有79個國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物氣藏。

能量密度高。從能源角度講，天然氣水合物可視為被高度壓縮的非常規(guī)天然氣資源。據(jù)估算，一立方米天然氣水合物可以釋放出160立方米的天然氣，其能量密度是其它非傳統(tǒng)能源的10倍，是常規(guī)天然氣能量密度的二到五倍。

天然氣水合物的獨特資源優(yōu)勢使得“誰掌握了天然氣水合物，誰就主導了下一代全球能源”的論斷成為共識，它將改變?nèi)祟惖哪茉葱拍?，并將徹底改變世界各國的能源架?gòu)和全球競爭力。

但天然氣水合物的開發(fā)也有潛在風險，稍有不慎就可能給人類帶來嚴重的環(huán)境災難。天然氣水合物具高能量密度，開采不當會導致大量甲烷氣體的瞬間釋放，引發(fā)海底滑坡、塌陷、海嘯等地質(zhì)災害。此外，天然氣水合物中絕大部分是甲烷這種反應快速、溫室效應比二氧化碳強20倍的氣體，如果開采時甲烷氣體大量泄漏，造成的溫室效應將災難性地威脅人類生存環(huán)境。

中國天然氣水合物開發(fā)研究的戰(zhàn)略選擇

不斷加大的石油和煤炭對外依存度對中國能源安全提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，加強我國天然氣水合物的開發(fā)研究迫在眉睫。

青藏高原的誘惑

現(xiàn)有經(jīng)驗證明，天然氣水合物的勘探開發(fā)利用首先最有可能在陸地凍土區(qū)突破，然后再借鑒到海底勘探開發(fā)上。陸上多年凍土區(qū)中的天然氣水合物勘查成本低、開采安全系數(shù)高，開采對生態(tài)環(huán)境影響小，被譽為海底天然氣水合物開發(fā)利用的天然試驗場。因此，陸域多年凍土區(qū)天然氣水合物的開采較海域天然氣水合物的開采便利，是天然氣水合物開發(fā)研究的首選之地。

中國是世界第三大凍土大國，青藏高原和大興安嶺地區(qū)存在著大片凍土區(qū)，多年凍土面積達215萬平方公里，占國土總面積的22.4%。青藏高原多年凍土區(qū)是世界中低緯度區(qū)海拔最高、面積最大的凍土區(qū)，也是典型的高山凍土區(qū)，平均海拔高達4000米，面積達150萬平方公里，約占全國凍土面積的70%，多年凍土區(qū)面積占世界多年凍土面積的7%，是天然氣水合物一個重要的資源遠景區(qū)。2009年9月25日，中國在青藏高原多年凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)并成功鉆探獲取到“可燃冰”實物樣品，這是世界上第一次在中低緯度凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物?？茖W家粗略估算，其遠景資源量至少有350億噸油當量。

伴隨青藏鐵路的全線貫通和商業(yè)運行，中國已經(jīng)掌握大量多年凍土區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)，并有較好的施工基礎(chǔ)和較為便利的交通，使青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物開發(fā)具有較強比較優(yōu)勢。

當前，中國應選擇青藏高原多年凍土區(qū)重點部署天然氣水合物的開發(fā)研究，先從多年凍土區(qū)天然氣水合物的開發(fā)研究入手，實施開采實驗，同時積累開采經(jīng)驗和開采技術(shù)，成熟之后，再轉(zhuǎn)向海域天然氣水合物的開發(fā)利用。

盡快探明資源儲量

目前，中國青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物的調(diào)查研究工作還顯不足，對整個青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物的可能分布狀況和資源潛力不夠清楚。因此，準確評價青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物的儲量分布十分必要。

現(xiàn)在，世界上多年凍土區(qū)天然氣水合物的開發(fā)研究主要集中在俄羅斯西伯利亞、美國阿拉斯加以及加拿大麥肯齊三角洲，這些地區(qū)的地理位置都在北極圈附近，屬于極地多年凍土區(qū)。中國青藏高原多年凍土區(qū)都分布在中緯度地帶，與極地多年凍土區(qū)的狀態(tài)不完全相同，由此可能引起天然氣水合物賦存條件和基本特征的差異，需要在借鑒國外經(jīng)驗的同時充分考慮我國青藏高原的特殊性。

嚴酷的自然地理和氣候條件阻礙了地質(zhì)工作的進展，使青藏高原成為中國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查程度最低的地區(qū)之一，基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)缺乏，某些地區(qū)至今仍是地質(zhì)礦產(chǎn)工作的空白區(qū)。盡管已在青藏高原凍土區(qū)開展了凍土、區(qū)域地質(zhì)、油氣資源等相關(guān)調(diào)查研究，但因地理條件限制，工作程度較低，且多集中在青藏鐵路沿線，對凍土區(qū)腹地鮮有涉及。對天然氣水合物，目前的工作集中在成礦條件研究，調(diào)查工作相對較少。

鑒于青藏高原多年凍土區(qū)薄弱的地質(zhì)工作基礎(chǔ)，當前應首先開展實際地質(zhì)、地球物理、地球化學、鉆探調(diào)查，開展多年凍土區(qū)多孔介質(zhì)體系中天然氣水合物的成藏機理、多年凍土和天然氣水合物的地球物理和地球化學等識別方法和技術(shù)、勘查技術(shù)方法和方案研究，力爭在最短的時間內(nèi)探明青藏高原天然氣水合物的資源儲量狀況。

創(chuàng)新自主開采技術(shù)

開采天然氣水合物是一柄“雙刃劍”，在獲得寶貴資源的同時，也可能給人類帶來嚴重的環(huán)境災難。世界各國的經(jīng)驗表明，天然氣水合物開采過程中的最大難題就是保證井底穩(wěn)定，防止因瞬間壓力釋放引發(fā)滑塌等地質(zhì)災害，同時更要防止所含甲烷氣體釋放加劇全球“溫室效應”。因此，經(jīng)濟、高效、安全和可靠的開采技術(shù)成為實現(xiàn)天然氣水合物開發(fā)利用的決定性因素。

目前，已經(jīng)提出的天然氣水合物開采方法主要有熱解法、減壓法、化學試劑法、二氧化碳置換法和固體開采法等，從技術(shù)角度看，天然氣水合物開采已具可行性，但迄今仍然沒有真正實現(xiàn)經(jīng)濟、高效、安全、可靠的開采方法。因而，如何對現(xiàn)有的開采技術(shù)進行完善并開發(fā)新技術(shù)，尋找較為理想的開采方法將是一個非常重要的任務。

面對各國對天然氣水合物開采技術(shù)的嚴格封鎖，中國在最大限度地加強國際合作，充分吸收借鑒國際上天然氣水合物特別是凍土區(qū)天然氣水合物開采經(jīng)驗的同時，更要立足自主創(chuàng)新，積極開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的開采技術(shù)，保持在未來能源格局中的戰(zhàn)略地位。

兼顧相關(guān)的新技術(shù)

以氣體水合物的形式儲運氣體是一項新興技術(shù)，指在一定的壓力和溫度條件下，將氣體和水進行水合反應，固化成水合物后進行儲運的方法，包括氣體水合物的生產(chǎn)、儲運和分解氣化過程。

由于水合物法氣體儲運方式儲氣量高、成本較低、安全性好，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益，可望對經(jīng)濟地解決西氣東輸問題提供支撐。水合物法氣體分離技術(shù)是利用易生成水合物的氣體組分發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)混合氣體的分離，具有方法簡單，操作條件低等特點，可用于電力、石化、鋼鐵等二氧化碳高排放工業(yè)中新型二氧化碳分離方法，并將二氧化碳分注入海洋中天然氣水合物儲層，不僅封存二氧化碳，同時置換開采天然氣水合物，被認為是二氧化碳永久封存的很好選擇。

來源：經(jīng)濟參考報 作者：孟弘

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