方华灿《可燃冰及其海上开采技术与装备》

2018年1月12日，由中国科学院科技战略咨询研究院、国际能源署（IEA）、联合国项目事务署（UNOPS）指导，中国能源研究会分布式能源专业委员会、中国能源网等联合主办，国家电网公司、汉能控股集团等协办的"2018未来能源大会"在北京隆重召开。中国石油大学（华东）原副校长方华灿先生作致辞演讲。

以下内容根据演讲实录整理摘编：

方华灿：各位领导，各位来宾，我今天给大家汇报的题目，是可燃冰及其海上开采的技术和装备。

我汇报的主要内容有5个，第一个，可燃冰的主要特点。第二个就是它资源储量和分布。第三个，我们试采的技术和装备。第四个是四项挑战。第五个是四个战略意义。

去年5月18号，国土资源部的姜大明部长宣布，我们国家在南海天然气水合物试采成功，标志着我们国家已经成为在全世界第一个实现了在海域里面可燃冰试开采当中获得连续稳定产气的国家。党中央发来贺电，给出高度的评价，中国人民勇攀世界高峰又一个标志性的成就，对推动能源生产和消费革命具有重要而深远的影响。这是党中央和国务院的评价。

这一次试采的地方是距离香港285公里，如果从珠海坐直升飞机的话，90分钟，一个半小时就可以到达。这次的可燃冰是在水深1266米，在海底下是200米到277米，是整个这个矿藏的厚度。面积128平方公里，资源储量1500亿立方米，相当于1.5亿吨石油储量，在神狐海域有11个矿井。

下面讲第一个问题，可燃冰。可燃冰矿产的主要特点：可燃冰它的学名叫天然气水合物，为什么管它叫可燃冰呢？第一是它一点就能着，第二个，它里面的化学成分是甲烷和水，所以它又跟冰不同，冰你点它不着，冰里面没有甲烷，所以我们叫类冰状的结晶物质，因为它类冰，又可以点着，所以我们俗名叫可燃冰。

可燃冰分海上可燃冰，陆地可燃冰，海上的可燃冰因为我们要求低温高压，水深必须要大于500米，因为你要太小的话压力不够。越往海底去温度慢慢升高，所以往海底越深也不行，温度太高了。所以一般是在海底以下底层400米到800米，顶层就是由几米到100米。如果我们海底有甲烷气，从断层里面溢出来，它在合适的压力和温度之下，就形成可燃冰的矿藏。

陆地一般可燃冰的矿藏是在有冻土的上面或者下面，这个由于微生物在底层里面的作用，所以它就产生出来甲烷气，在适合的低温、适合的压力下就成为可燃冰矿藏。

第一个特点，能量密度比较高，可燃冰可以说是一个能量块，它体积很小，但是能量很大。它比天然气、煤炭、燃油、液化天然气能量密度都要大。天然气跟可燃冰来比较，一个立方米的可燃冰分解出来164立方米的天然气，并不等于说它的热能值是天然气的163倍，为什么呢？因为它在分解出甲烷的时候要吸收大量的热，是靠能量。所以这样的话就要把损耗能量刨除，最后它的热值就是70到200MJ，单位体积的能量，叫做体积能量密度是70到200，而天然气是35到40，所以它是天然气的2到5倍。跟液化天然气比较，液化天然气虽然一个立方米释放出600立方米的天然气，但是它也不是天然气能量的600倍，因为它也是要消耗大量的能量。所以实际上液化天然气它的质量能量密度，就是单位一公斤它的能量是50个MJ，可燃冰如果是质量能量密度的话，一公斤是56个MJ，比它略微高一点。

93号汽油是46个MJ，液化天然气比它高一点，可燃冰也比它高一点。煤不用说了，是10倍。这是第一个特点，能量密度高。

第二个特点，它是属于绿色清洁环保的能源。可燃冰它为什么属于绿色清洁能源呢？它如果燃烧的话，它燃烧以后只产生水和二氧化碳，没有氮和硫的氧化物。天然气也是绿色能源，还有核能也是绿色能源，但是可燃冰跟它相比，核能有安全隐患，这个不如它。跟天然气相比，天然气的储量不如它，它的储量比天然气多很多。

第三个特点，它属于可再生能源。可再生能源的定义，凡是来源于植物、动物、微生物，除了矿石燃料以外的能源都叫可再生能源。上午中科院院士也提了，凡是生物质的能源都是可再生能源，如果按这个定义来说，我们全世界取了244个可燃冰的样本进行测验，实验的结果，天然气都是由微生物分解有机质所生成的甲烷气体，所以它是属于生物质能源，因此属于可再生能源。

第四个特点，矿藏储量丰富。根据全球来统计，包括陆地冻土层、极地下层，将近2100万亿立方米。

第二个问题，讲可燃冰资源的储量和分布。可燃冰的储量非常丰富，在全球可燃冰的资源量大约是20万亿吨油当量，相当于目前已经探明的煤炭、石油、天然气总含碳量的两倍，是常规的天然气地质资源量的50倍。所以为什么说它储量非常丰富啊，科学家认为，它可以供人类使用一千年，由此可以看到，可燃冰的资源储量是非常的丰富。

看看我们中国的情况，我们国家大体上是这样的，总资源量是1000亿吨油当量，相当于常规天然气已经探明储量的2.8倍，科学家们估计，可以供我国500年以上消费。从陆地上来看，主要分布在青藏高原，我们在2009年6月，在世界上首次发现了中低纬度可燃冰的矿藏，2016年，在青南藏北又选了9个地区的勘探，其中找到了350亿吨的标准油当量陆地上的可燃冰。

我们国家海上可燃冰的资源量怎么样，海上也十分丰富，744亿吨油当量，加上陆地上探明的350亿吨油当量，加起来就是1000亿吨。目前我们探明可开采石油储量的60多亿吨的16倍。海上我们目前可燃冰的资源达到186亿吨油当量，相当于南海深水勘探已经探明的油气储量的6倍，达到了陆上石油资源总量的50%。

我们国家可燃冰资源的分布，陆地上青藏高原在东北稍微有一点，东海有，南海北部，包括西沙、琼东南、南沙群岛。

第三个问题，试采可燃冰的技术和装备。

我们这次在神狐海域的可燃冰储藏是泥质粉砂的矿藏，因此我们这次开采不仅对我们国家有重要意义，对全世界都有战略意义。我们这次进行试采泥质粉砂型的可燃冰矿藏，因为全世界都没有成熟的经验和方法，我们就是摸着石头过河。这次摸索出来的技术方案，理论装备，都是叫中国方案、中国技术、中国装备，因为我们是根据我们的技术摸索出来的。

先说中国方案，这个方案指的是工程方案，就是你如何把海底深处的可燃冰里面的甲烷气体分解出来，这是一个工程。分解出来之后，你如何把它开采到水面上，这就叫做可燃冰试采的工程。如何做？这就是方案。当然这包括很多方面，中国方案最主要的一个是用控制减压法来把甲烷气分解出来。再一个用水力降低的方法。泥沙跟水合物混在一起的矿藏，在上面钻孔，那就是豆腐上打铁，技术非常难，要解决一系列的技术难题。

我们这个方案里面可以用原理图来说明一下，我们用控制减压法，这个地方是我们可燃冰的矿藏，上面是水面了，我们怎么样钻这么一口井，要穿过海底一段，穿过矿藏，再向下延伸一点，水就到这里面，这样压力很大。我们用一个潜水泵，把水抽出去，水位就降低了，对矿藏的压力就降低了，降低到临界值的时候将甲烷分解出来，用水力割缝法就进来了，水气往上走，我们从这里可以收集甲烷气体，抽出来的水从这里走，这就是我们创新的控制减压法，用这个方案来分解和采出甲烷气体。

水力割缝法，就是沿着这个井的深度，在矿藏上面，每隔一米半左右，用水力喷射，沿着径向方向，用高压水流喷射，这样就有利于甲烷气体出来。

中国技术就是为了解决分解出来，采出来，我们有一系列的问题，钻井、完井、测井、采气等等，我们一共有十几项创新技术，第一个是防砂技术，我们在完井的时候做好了防砂工艺，因此解决了防砂技术问题。

再举一个例子，内波灾害的报警信息技术，南海里特有的内波，内波管它叫看不见的波，它不是在水面上的波浪，它在水里面，但是它一到的时候，垂直方向的位移非常大，所以对水下各种设施危害非常严重。我们经过这次研究能够做到，提前6小时把预警信息发送到安全平台上，这样就可以防止内波的灾害，这都是一个创新。

中国装备。这最核心的就是蓝鲸一号钻井平台，它是目前世界上最大的，钻井深度及水深最深的一个钻井工作平台。蓝鲸一号有很多的创新，比如说它用的钢板，100毫米的超厚钢板，60毫米的钢板已经是叫特厚钢板了，它是100毫米，用了43000吨，北京的鸟巢结构钢是42000吨，比它还多1000吨。它用的高压泥浆管线，耐高压、耐腐蚀。它有双钻井井架，提高钻井效率30%。

蓝鲸一号是2月做出来的，紧跟着我们又有蓝鲸二号，去年8月出厂。一搜蓝鲸一号或者二号，造价大约是5到8亿美元，相当于一个轻型航母，所以叫深海航母。  

第四个问题，可燃冰开采的四项挑战。对可燃冰来讲挑战有四个，第一个，就是豆腐上打铁，技术很难。虽进行试采成功了，但离商业化还很远，怎么高效而且经济，还要下很大的工夫。

第二，成本很高。根据美国能源部公开的资料，200美元可燃冰分解出来的天然气一个立方米，因为是264立方米，所以相当于一个立方米的成本超过了一美元以上。目前中国的商业化天然气北京一个立方米5元，上海是2.5元。

第三，风险很大。如果整个矿藏可燃冰一下汽化，整个变成气了，这下海底就被破坏了，就要塌陷，所有上面的各种设施都要毁掉。这是一方面风险。第二方面风险就是泄露，天然气泄露的话，是大气层的300倍，所以很少一点就很严重。它燃烧以后产生二氧化碳，这样对全球变暖也是起很重要的影响。

第四，投入大。目前全球只有美国、加拿大、日本、韩国、中国、印度、德国、新西兰国家拨款制定研究计划开展研究，其中美国和日本每年投资额只有10亿、6亿，这样不利于可燃冰开采的发展。

第五，可燃冰开采的战略意义。

第一，从政治来看，有利于和海域周边邻国的外交事务。如果我们可燃冰商业化以后，我们就有了实力开发海域里面的南海、东海的可燃冰。这对解决东海、南海的争端是非常有利的，这是个政治问题。因为我们有了这个实力，邻国没有，他就得想办法跟咱们合作，才能分一杯羹。这样我们倡导的合作开发，才有可能成为大战略实现。

第二能源方面，有利于天然气供给的安全保障。2016年是5亿吨石油，自己生产能力是2亿吨，对外依存度是60%，最新的2017年的统计数据，到2017年的11月份，我们国家产油1.8亿吨，降幅4.1%，12月17号，进口的燃油达到3.9亿吨，所以2017年的11月底统计，我们的依存度达到68%，这个对我们的经济制约很大。一方面我们要考虑石油来源地多元化，从中东、俄罗斯、非洲很多的地方买油，另外一方面，买油之后还要保证运输、安全、畅通，所以这样就需要建设强大的海军，开辟境外的港口，和海运沿岸国家保持良好的关系。所以我们过去耗费了大量的外交资源，一旦我们有实力，商业化开采可燃冰，这样我们进口石油的数量、节奏、供应方，都可以随时调节，可以说是全盘皆活，游刃有余。那时候我们国家石油、天然气的问题就可以更好的解决。

第三个战略意义，就是制造方面，我们有利于打造中国制造的一张新的名片，这次我们蓝鲸一号跟蓝鲸二号钻井平台出来，钻井深度是世界最深的，达到15240米，工作水深是世界最深的，达到3658米，这样一个最大的、最深的钻井平台，世界上第七代钻井平台，使我们蓝鲸一号将会锦上添花，给出一个新的中国制造名片。

第四个战略意义，商业方面有利于获得部分全球能源的定价权。现在全球有三个原油期货交易中心，一个英国伦敦，一个美国纽约，一个在新加坡，就是酸性原油的期货交易中心，前两个纽约、英国，这是金融中心，新加坡因为扼守着马六甲海峡，中东原油经过东亚国家，必经那里，所以他可以坐地喊价。我们2014年底，国际能源期货交易中心建立起来，预计是2017年底开始进行交易。如果我们可燃冰商业化开采成功之后，将进一步对我们有利，对我们获取部分全球能源的定价权非常有利。因为我们的燃油期货影响力大大增加了，所以四个有利于是可燃冰重要的战略意义。

我们可燃冰试采成功的时候，中共中央发出贺电里说，海域天然气水合物试采成功，只是万里长征的关键一步，后续任务依然艰巨繁重，希望你们为推进绿色发展，保证国家能源安全作出新的更大贡献，为实现两个一百年奋斗目标，实现中华民族伟大复兴的中国梦再立新功。我认为这些殷切希望，对我们所有与能源有关的工作者都是适用的，坚信大家一定会不忘初心，牢记使命，再接再励，继续奋斗，迎接推进绿色发展，保证国家能源安全的繁重艰巨任务，不断取得新的胜利。祝大家在实现中华民族伟大复兴的新长征路上再建辉煌！谢谢大家！