魏納:碳達峰背景下面向2035深海天然氣水合物開(kāi)發(fā)戰略

編者按：2021年7月8日，以"碳中和與未來(lái)能源"為主題的"第三屆未來(lái)能源大會(huì )"在北京召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，西南石油大學(xué)海洋天然氣水合物研究院院長(cháng)魏納發(fā)表了"碳達峰背景下面向2035深海天然氣水合物開(kāi)發(fā)戰略"的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

魏納：尊敬的各位同行、專(zhuān)家，今天我代表西南石油大學(xué)來(lái)談?wù)劇短歼_峰背景下面向2035深海天然氣水合物開(kāi)發(fā)戰略》。上午大會(huì )議程以及今天下午前面兩個(gè)報告我深受啟發(fā)，大家都注意到和關(guān)注點(diǎn)都聚焦在未來(lái)的新能源，特別是零碳能源的發(fā)展，今天我想談一談常規油氣領(lǐng)域里非常規的資源，分為三個(gè)匯報部分。

首先是研究背景概況，我們全世界根據氣候變化的要求，實(shí)際上增加低碳能源地供給也是我們國家近期能夠實(shí)現碳達峰和碳中和最有效，最便捷的路徑。從全世界幾個(gè)發(fā)展碳排放的階段來(lái)看，英美法已經(jīng)在碳排放處于下降階段了，印度這樣新興大國進(jìn)入排放增長(cháng)階段，還有金服平臺期的中國，還有尚未啟動(dòng)農業(yè)國。我們人口總量和基數特別大，導致了根據預測我們如果到2030年整個(gè)能源消費強度要達到50億噸標準煤，煤炭29億噸，石油9.2億噸，天然氣6300億立方米，總碳達到121億噸。從世界主要各國的排放強度上看，中國由于人口基數大，已經(jīng)是高于世界主要國家。從我們碳排放行業(yè)分布來(lái)看，實(shí)際上主要的碳排放是由火力發(fā)電13%帶來(lái)的，因此要實(shí)現2030年碳達峰必須扭轉我們的發(fā)展方式。

隨著(zhù)經(jīng)濟增長(cháng)和GDP的快速增加，我們國家總體碳排放強度持續攀升，盡管我們的人均碳排放強度在下降，隨著(zhù)中國步入中等發(fā)達國家的階段和進(jìn)程，不可回避的必須解決和回答好碳排放的問(wèn)題。

從生產(chǎn)端人均排放量和消費端人均排放量來(lái)看，中國都高于全球平均水平，因此我們說(shuō)整個(gè)減碳和碳中和的目標雄心勃勃，但又是極其艱難的。

從一次能源消費的結構中可以看出，分了四種能源轉型形勢，這是根據2020年BP世界能源統計年鑒看到的，漸進(jìn)轉型、更多能源、逆全球化、快速轉型。天然氣在一次能源的高占比起到了壓艙石的作用，中國天然氣在一次能源消費占比可以看出，我們再一次能源中只有8.1%，遠低于世界水平24%，也低于美國的水平44%。但是盡管如此，我們國家在2019年天然氣對外依存度高達42.4%，一半以上來(lái)自海外。

因此黨和國家要求中國把油氣安全牢牢端在自己的手里，習近平總書(shū)記也多次做出重要指示批示，去年9月11日科學(xué)家座談會(huì )上指出，尤其勘探開(kāi)發(fā)新能源技術(shù)不足。也提出三個(gè)國家安全觀(guān)：糧食安全觀(guān)、能源安全觀(guān)、金融安全觀(guān)，已經(jīng)上升到國家戰略層面。

而天然氣水合物是潛力巨大的接替能源，國家《能源技術(shù)革命創(chuàng )新行動(dòng)計劃（2016-2030年）》，國家《能源生產(chǎn)和消費革命戰略（2016-2030年）》年也都提出了相關(guān)的內容，要實(shí)現天然氣水合物的高效開(kāi)發(fā)技術(shù)，盡早實(shí)現規?；a(chǎn)。因此我們從2018年開(kāi)始就由中國工程院牽頭，由西南石油大學(xué)承擔，開(kāi)始了面向2035的深海天然氣水合物開(kāi)發(fā)戰略的研究，主要的研究目標是跟進(jìn)全球水合物開(kāi)發(fā)試采研究的進(jìn)展，結合我國海域水合物的特點(diǎn)，合理制定深海天然氣水合物高效開(kāi)發(fā)的策略。

主要研究成果，什么是天然氣水合物？實(shí)際上它俗稱(chēng)可燃冰。是由164方天然氣和0.8方水形成的水化合物，它主要受到溫度和壓力控制，一旦它的平衡轉變，分解出來(lái)的產(chǎn)物就是甲烷氣體和殘余水。而根據中國國土資源部圈定并探明的南海11個(gè)庫存區總儲量高達85萬(wàn)億立方米，這是我們陸地常規天然氣資源總量的2.12倍，可以說(shuō)未來(lái)可燃冰的高效開(kāi)發(fā)對于緩解我們國家天然氣消費安全起到了積極的作用。

海洋天然氣水合物分成成巖型和非成巖型兩種，海洋當中主要是以非成巖型水合物為主，這個(gè)不過(guò)多解釋了，太專(zhuān)業(yè)了。

全球79個(gè)國家都發(fā)現了天然氣水合物，其中包括兩個(gè)海域試采區，分別是日本南部和中國南海。最早開(kāi)發(fā)天然氣水合物是蘇聯(lián)在陸地凍土層麥縮雅哈氣田開(kāi)采的，天然氣水合物在總氣采量中占比36%，美國也是天然氣水合物調查研究走在世界前列的國家，在2009年美國墨西哥灣就有了良好的砂巖性水合物。提到天然氣水合物不得不補充這樣一句話(huà)，海域中有天然氣水合物，天然氣來(lái)自下面的常規天然氣，只不過(guò)在上部海域由于溫度低、壓力高，形成了天然氣水合物這樣一個(gè)特殊的化石燃料品種。

2012年美國在阿拉斯加北坡成功采用了二氧化碳置換法進(jìn)行濕法開(kāi)采，但是因為頁(yè)巖氣的成功，美國暫緩了天然氣水合物的進(jìn)程。昨天我和中石油、中石化、中海油有一個(gè)共同的油氣理事會(huì )，我也是理事會(huì )的成員。我們探討了一個(gè)觀(guān)點(diǎn)，"三桶油"作為油氣生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)最關(guān)心的是成本的問(wèn)題，盡管我們所有的新能源，我不否認它一定是未來(lái)大的發(fā)展方向，國家也有這樣的需求，但是有一點(diǎn)，老百姓買(mǎi)不買(mǎi)單是一個(gè)問(wèn)題，因為涉及經(jīng)濟上的成本，把所有降碳目標、降碳成本全部分攤到老百姓身上，老百姓是不會(huì )買(mǎi)賬的，企業(yè)也不會(huì )買(mǎi)賬。

我們看一下日本，日本是極其重視天然氣水合物資源調查和開(kāi)發(fā)利用的國家，也啟動(dòng)了21世紀天然氣水合物研發(fā)計劃，為期15年。這次東京奧運會(huì )上，安倍政府就提出了他們對奧運圣火要用南部的天然氣水合物的氣點(diǎn)，給我們國家形成了巨大的政治壓力，但是因為疫情的原因，這次它沒(méi)有采用這樣一種方式。

從2002年開(kāi)始，持續到2013年，2017年5月、6月，日本已經(jīng)成功實(shí)施了三次海域天然氣水合物試采，可以說(shuō)日本在海域天然氣水合物的試采研究水平處于世界先進(jìn)的地位。

挪威主要是集中在環(huán)境安全的監測，因為天然氣水合物的分解會(huì )造成海底巨大的地質(zhì)滑坡，造成環(huán)境生態(tài)地風(fēng)險。

我們國家是863、973，一直到現在的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃，以及財政專(zhuān)項持續支持，從90年代末期就開(kāi)始，一直到現在，三輪海域試采的成功，標志著(zhù)也奠定這中國在天然氣水合物高效開(kāi)發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)走在了全世界的最前沿，這是美國地質(zhì)調查局官網(wǎng)上得出的結論。

2017年5月和2020年2月中國地質(zhì)調查局牽頭在南海進(jìn)行兩輪試采，第二輪最有意思，是在世界上首次采用降壓法水瓶頸技術(shù)進(jìn)行了水合物試采。

對于降壓法來(lái)說(shuō)是很常規的油氣試采方式，我們試采時(shí)間總長(cháng)不超過(guò)2個(gè)月，最長(cháng)也就是2個(gè)月，63天，為什么不能像常規油氣井持續生產(chǎn)十幾年、幾十年，問(wèn)題在于開(kāi)發(fā)方式上沒(méi)有新的突破，回答不了以下6個(gè)問(wèn)題。這兒有個(gè)示意圖我們也可以看一下，對于天然氣水合物在泥線(xiàn)以下，300米以?xún)葘游?，上面并沒(méi)有蓋層，不像典型的油氣有個(gè)大鍋蓋一樣。沒(méi)有這樣的圈屏構造，那不可避免造成局部水合物發(fā)生分解，分解出來(lái)大部分進(jìn)入到海水當中，所以最大的問(wèn)題在于從油氣生產(chǎn)角度來(lái)看，采收率極低，大部分進(jìn)入到了海水，沒(méi)有生產(chǎn)性的采氣。另外水合物本身是固體，一旦發(fā)生分解之后產(chǎn)物是氣和水，導致整個(gè)生產(chǎn)沒(méi)有基礎，導致不能持續進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

另外大量天然氣到海水中，大家知道同體積天然氣溫室效應是二氧化碳的24-26倍，非?？膳?。我們有沒(méi)有一些新的方法突破這一點(diǎn)呢？在2012年底，2013年初，中國科協(xié)副主席也是我們學(xué)校國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任，周守為院士帶著(zhù)我們學(xué)校提出六個(gè)利用的技術(shù)原理，首創(chuàng )海洋非成巖天然氣水合物的固態(tài)流化開(kāi)采方法和工藝流程，這個(gè)工藝和原理是在不改變天然氣水合物的溫度、壓力的條件下，把它它破碎之后，固體的輸送進(jìn)行管道輸送，把分離出來(lái)的泥沙回填到海里，最大限度保持海里的原貌。

因此我們根據固態(tài)流化開(kāi)采的模擬實(shí)驗方法和技術(shù)，研制全球首套大型物理模擬實(shí)驗系統，在2017年5月南海神狐海成功實(shí)施全球首次試采，采收率達到80.1%，作為油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)是極高的采收率。我們整個(gè)模擬實(shí)驗系統也是獲得了中國石油化工行業(yè)協(xié)會(huì )設獎以來(lái)，16年以來(lái)唯一的技術(shù)發(fā)明特等獎。中央電視臺13臺《新聞直播間》也以我們大型物理試驗作為自然科學(xué)領(lǐng)域里唯一的典型代表，把論文寫(xiě)的祖國大地上，鞏固學(xué)術(shù)話(huà)語(yǔ)權?！犊茖W(xué)》也以年度十大科技突破為題，對西南石油大學(xué)天然氣水合物高效開(kāi)發(fā)里面這個(gè)技術(shù)研究和實(shí)驗室建設、試采成果進(jìn)行報道。

正是由于研究以及試采的成果，第12屆世界天然氣水合物研究與開(kāi)發(fā)大會(huì )首次在中國召開(kāi)，工程院李曉紅院長(cháng)蒞臨大會(huì )并致辭，國內外88位專(zhuān)家到場(chǎng)。

總體來(lái)說(shuō)我國天然氣水合物研究與試采從80年代到90年代跟蹤研究以來(lái)，以降壓法后來(lái)居上，固態(tài)流化法國際領(lǐng)先，通過(guò)中國工程院戰略支持系統ISS檢索表明，我國在該領(lǐng)域的論文發(fā)表數居全球第一，而我國授權發(fā)明專(zhuān)利也是全球第一，全國30家單位中是第一。

我國南海天然氣水合物特點(diǎn)主要是以泥質(zhì)粉砂水合物為主，通常表現為中層水合物和下部游離氣具有縱向耦合共生關(guān)系。頁(yè)巖氣這幾年已經(jīng)實(shí)現了規?；拈_(kāi)發(fā)，但是倒回15年前頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)也是極不平凡的，一路走過(guò)來(lái)。天然氣水合物比頁(yè)巖氣還難，我們說(shuō)整個(gè)天然氣水合物高效開(kāi)發(fā)要實(shí)現規?；?，可能還有至少5-10年的時(shí)間。

我們就提出了面向2035的高效開(kāi)發(fā)面臨的難題和瓶頸，一個(gè)是資源等級劃分和開(kāi)采模式響應關(guān)系尚未建立，根據國家標準有不同的等級劃分，我們天然氣水合物沒(méi)有，它是173個(gè)新礦種，還沒(méi)進(jìn)行資源等級的劃分，所以開(kāi)發(fā)模式之間的響應關(guān)系并沒(méi)有建立。

在開(kāi)采過(guò)程中儲存由于溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的擾動(dòng)，整個(gè)儲存在開(kāi)采過(guò)程中和常規油氣不一樣，整個(gè)儲存都是在蠕動(dòng)、變化、分解，而我們常規油氣儲存在開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以認為它幾乎是不變的。開(kāi)采過(guò)程中我們整個(gè)從水下的采油數到海底管道，到下游設施，由固相變成氣相再變成固相，還有大量的泥沙流動(dòng)，水合物在成機制也不太明確，因此我們應用中國工程院戰略咨詢(xún)系統制定天然氣水合乎開(kāi)發(fā)戰略和技術(shù)圖，主要熱點(diǎn)集中在勘探、評價(jià)、試采、輸送、測試技術(shù)，聚焦礦井分類(lèi)，勘采技術(shù)，儲存評價(jià)技術(shù)，開(kāi)采原理技術(shù)，環(huán)境評價(jià)技術(shù)等六項關(guān)鍵領(lǐng)域，我們總體定位是建立我國南海多類(lèi)型水合物為勘查技術(shù)、試采技術(shù)和環(huán)境保護技術(shù)，推進(jìn)天然氣水合物和常規油氣一體看他開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。

我們制定了六大發(fā)展方向：第一個(gè)是制定水合物礦井分類(lèi)標準，第二個(gè)是天然氣水合物室內模擬測試技術(shù)，包括大樣品快速制備、地質(zhì)地球物理鉆探綜合勘探。第三個(gè)是從地質(zhì)到地球物理，到鉆探，到測井一體化、高分辨的綜合勘探，是我們未來(lái)的發(fā)展方向。第四個(gè)就是從地質(zhì)填點(diǎn)到工程填點(diǎn)，最后實(shí)現經(jīng)濟填點(diǎn)的評價(jià)。同時(shí)我們提出天然氣水合物淺層氣、深層氣合采，實(shí)現單極能達到20萬(wàn)方日產(chǎn)的最有效途徑，這也是我們中國人自己提出來(lái)的，同時(shí)該項技術(shù)也入選中國科協(xié)發(fā)布的2019年20個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和工程技術(shù)難題，這也是20個(gè)里面唯一一個(gè)油氣領(lǐng)域。

第六個(gè)是關(guān)于環(huán)境，發(fā)展從局部到整體，短期到長(cháng)期，從大氣、水體、海底到井下安全監測的全過(guò)程，全生命周期的監察技術(shù)。

因此我們建議國家面向2035分期設立重大工程和科技專(zhuān)項，我們說(shuō)在2020年到2025年要實(shí)現以下三項任務(wù)和一項重點(diǎn)工程，這項重點(diǎn)工程是實(shí)現水合物和常規氣的合采技術(shù)。到2030年要實(shí)現五項重點(diǎn)任務(wù)，一項重點(diǎn)工程，就是建成先導示范區，實(shí)現規?；嚥?，助力低碳化快速達峰。到2030年有四項任務(wù)和一項重點(diǎn)工程，其中一項重點(diǎn)就是我們給國家建議，到2035年我們要全面在南海實(shí)現商業(yè)化示范區，實(shí)現商業(yè)化開(kāi)采。

同時(shí)我們也提出了作為天然氣水合物高效開(kāi)發(fā)這樣的國家工程，我們要發(fā)揮我們國家制度的優(yōu)勢，在國家層面制定總體的戰略規劃并組織實(shí)施，同時(shí)國家加大政策和投入力度，充分激活"三桶油"央企的積極性和投資力度。同時(shí)整合全國的多方投入、研究力量分散的特點(diǎn)，國家層面集中組織優(yōu)勢力量協(xié)同攻關(guān)，要積極加強國際合作，牽頭組織國際大科學(xué)計劃和大科學(xué)工程，并提前制定研究國際標準。

提到這兒，我們這些年也和國際同行充分進(jìn)行大科學(xué)工程和大科學(xué)實(shí)驗計劃的謀劃，并且正在開(kāi)展實(shí)施，上個(gè)月和去年連續收到幾次世界天然氣大會(huì )組委會(huì )主席發(fā)來(lái)邀請，讓我參與到國際鉆探組織，到南極羅斯海跟他一道去進(jìn)行天然氣水合物鉆探和沉船規律的研究。

我們撰寫(xiě)的智庫報告被中共中央辦公廳采用，并提交中央領(lǐng)導，也有兩份院士建議。同時(shí)我們提出來(lái)部分重點(diǎn)任務(wù)也獲批國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目，獲批國家自然科學(xué)基金重大繼承研究項目，獲批省部共建協(xié)同創(chuàng )新中心，就是原國家協(xié)同創(chuàng )新和學(xué)科引資基地，最后再次衷心感謝各位專(zhuān)家。

提問(wèn)：我想請教一下您的成本是多少，就是南海試采成本，增產(chǎn)技術(shù)能不能降到常規的成本？

魏納：在油氣領(lǐng)域里有這樣一個(gè)成本，如果我們采用常規油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)，只要是海上日產(chǎn)20萬(wàn)立方米以上，基本上接近了最低成本。如果你產(chǎn)量達于20萬(wàn)，基本上就不虧本，采用常規日常的技術(shù)。我們現在著(zhù)力點(diǎn)和聚焦點(diǎn)主要還是在產(chǎn)量上，我們到2025年主要是想實(shí)現多氣合采的技術(shù)能夠工業(yè)化應用，到2030年能實(shí)現規?；?，產(chǎn)量要上去。到2035年爭取突破經(jīng)濟的制約，單方氣價(jià)格達到常規海上天然氣開(kāi)發(fā)成本，是這樣概念。

秦虎：我追加一個(gè)問(wèn)題，您剛才提到到2035年才能實(shí)現商業(yè)化應用，包括今天上午專(zhuān)家演講過(guò)程中，天然氣在未來(lái)只有10-20年的增長(cháng)期，到2040年或者最樂(lè )觀(guān)的到2035年就達峰了，這種情況下大家普通可再生能源背景下，還會(huì )繼續在可燃冰領(lǐng)域上投入這么大力量嗎？等待它的商業(yè)化劃算不劃算？

魏納：這個(gè)并不蓋棺定論，什么時(shí)候天然氣達峰爭議很大，包括中國工程院能源礦業(yè)學(xué)會(huì )，很多院士們的爭議是很大的。天然氣達峰可能在一次能源消費占比，作為我們行內業(yè)內統一的意見(jiàn)要到20%，但是究竟這個(gè)時(shí)間節點(diǎn)，天然氣有可能在2040年，有可能在2050年，數據差異各個(gè)院士爭議很大。