魏纳:世界天然气水合物研究及开发进展之我国已领跑全球

编者按：2019年6月5～6日，"未来能源大会（FEC2019）暨第十五届中国能源战略投资论坛"在北京中奥马哥孛罗大酒店召开。本次未来能源大会汇集了国内外、中科院、工程院院士专家，共同探讨"传统能源"向"未来能源"转型融合的趋势。会上，西南石油大学海洋天然气水合物研究院院长、教授 魏纳发表了题为《世界天然气水合物研究及开发进展之我国已领跑全球》的主旨演讲。

以下内容为中国能源网根据现场实录整理而成，未经本人审核。

魏纳：尊敬各位代表，大家下午好！我叫魏纳，来自西南石油大学。今天我给大家分享的是《世界天然气水合物研究及开发进展之我国已领跑全球》。

今天想给大家分享的三个主题：

1、关于世界天然气水合物高效开发的最新动态；

2、中国在该领域所取得的突破性成果；

3、西南石油大学在该领域可以说取得的系统进展。

首先，是世界主要国家的研究和市场的现状。什么叫天然气水合物呢？也叫可燃冰，它是甲烷气体在低温高压情况下形成的化合物，仅我国南海就有85万亿立方米的天然气水合物，这个储量相当于我们已探明的陆地资源总量的两倍之多。而且独特的区位优势也决定了整个南海天然气水合物的开发和我们国家南海的维权紧密相关。

而海洋当中的天然气水合物又分为两种：

1、成岩性水合物；

2、非成岩性水合物。

大家通过这两张图片对比看一下，实际上非成岩性天然气水合物是在海底下所形成的固态状的化合物，而成岩天然气水合物是位于永久冻土层当中的天然气水合物。这两种天然气水合物，从物理学的本质上来说，有根本的不一样。不一样在哪些地方呢？首先在非成岩水合物，它没有明显的岩石骨架结构，也就决定了我们在开发的时候，如果再采用我们常规的油气开采技术是根本行不通的。因此从世界主要国家的研究与市场现状来看，主要有日本、韩国、挪威、美国、印度和中国这一些国家走在了世界的前列，也占了天然气水合物高效开发的制高点。

首先我们看一下日本，日本是一个高度资源短缺的国家，同时它也高度的重视本国领海的天然气水合物的高效开发。从2013年开始就首先实施了全球首个天然气水合物的示范工程，连续3次海域试采都采用常规的降压法，而常规的降压法是一种典型的油气开采方式。那么这种方式，始终没有办法突破井筒出沙、井筒出水等等技术瓶颈。

而在2018年，日本正在审议下一阶段的开发计划，也就同时考虑由民间资本继续推进未来商业化的进程，同时安倍政府也宣称下一届东京奥运会要用本国的天然气水合物作为圣火的火源。

那么整个日本海域的天然气水合物在调查和试采都居于世界的领先水平，而美国从1968年开始，就发现天然气水合物，从1968年开始，持续不断的在本国的海域以及阿拉斯加永久冻土层和加拿大的永久冻土层，联合采用二氧化碳和降压法试采。由于美国在国内的页岩气革命的成功，导致了美国暂缓天然气水合物的试采进程。

而挪威这个国家，处于海洋陆坡的边缘，由于地质的活动，导致天然气水合物不断的气化、分解，从而引起海啸和滑坡。因此，挪威在天然气水合物的环境研究领域一直走在世界的前列，形成了水合物海底稳定性评价，以及环境气侯、生态等方面的重要研究成果。

我们国家实际上是起步比较晚的国家，从1982年我们才开始启动天然气水合物的跟踪调查研究，至此，中国政府在大力投入下，开展了全国范围之内的天然气水合物的普及调查。那么在我国的南海生活海域，首次钻获海洋的水合物的样品。同时在2011年启动了海洋水合物的勘察与试采工程。

众所周知，在2017年的5月，在南海的神狐海域采用降压法成功实施天然气水合物试采，取得持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多相重大突破性成果，创造了不产气时间和产气总量两项世界纪录。

2017年5月，也就是2017年的5月25号，由中国海洋总公司牵头西南石油大学作为参研单位，也采用我们国家自主知识产权的固态流化，在同样一个海，同样一个储存层位，成功的采用固态流化法进行试采。那么在水合物安全绿色试采方面，进行了创新性的探索，标志着我国天然气水合物勘探开发关键技术取得了历史性的突破。

那么这个时间节点图，是由美国地质调查局把世界主要各国的天然气水合物的试采计划以及试采进展做了一个梳理和分析，根据美国地质调查局的结果，他认为中国在全世界对天然气水合物的高效开发以及试采领域，已经全面超越其他世界各国。

而天然气水合物不管是国内也好，国外也好，主流的方法都是采用降压法进行短期的试采，而降压法具有什么样的技术特点和技术瓶颈以及技术难点问题呢？实际上降压法就是改变储存的压力，使得天然气水合物在储存内部进行气化分解，这种气化分解导致的结果是什么呢？原有的固态储存结构就会不断的溃散、分解，使得我整个的水下装备没有了基础，这样就导致了整个长期商业化的生产是无法进行的。同时，少量的天然气进入到我们平台上进行了获气，而大量的天然气分解之后是进入到海洋环境当中，这样就造成了我们的环境温室效应。大家都知道天然气所带来的温室效应是二氧化碳的24-26倍，所以天然气，也就是水合物进入到海洋环境当中所带来的环境灾难是十分可怕的。

同时，美国国家地理杂志也专门做了一期关于天然气水合物的这么一期节目，通过实验它也证明实际上百慕大事件就是由于墨西哥湾的天然气水合物所造成的分解所带来的船只的灾难，飞机的失事，以及环境生态的灾难等等。

基于此行业背景、开发现状，以及世界研究的进展，中国科协副主席，西南石油大学国家重点实验室主任周院士在2012年首次提出了固态流化法这一个革命性的、变革性的技术。同时我们也得到了中国工程院18位院士的集体署名，建议将该项计划纳入国家重点研发计划，并且成立国家重点实验室予以研究。

整个固态流化开采的工艺原理，简单来说，实际上就是在不改变水合物的温度场和压力场的条件下，采用大型的破岩机构在海下进行机械破碎，破碎出来的天然气水合物矿体进入封闭的管道进行举升，举升过程当中天然气由于温度升高增高，压力降低，就会逐渐的气化，最终实现顺其自然，从不可控变成人为可控，实现了安全绿色开采的目的。

但是绿色开采的技术原理是否可行？开采工艺流程是否能够实现？固态流化开采试采工程参数如何去确立？都需要我们建立大型物理模拟实验系统进行验证，予以回答。因此西南石油大学历时五年的时间联合中国海洋石油总公司创新性的建立了世界首个固态流化开采大型物理模型实验室。

首先我们是形成了世界上天然气水合物最大样品制备，以及最短时间样品制备，并且突破了原位破碎瓶颈，形成了快速制备的这么一个研究平台。

第二个是解决了从腹地内部到管输管压的运营和平台。

第三个就是发明了多次循环，多次降压，多次升温，最终实现了1500米水深，也就是南海1500米水深，4500米管藏的固态流化开展，全工程模型的模拟。

最后，我们就建成了全球首个固态流化开展大型物理模拟实验系统，依托整个实验系统的建立，我们申报了近百件发明专利，同时建设了世界首个海洋天然气水合物实验室。

第四是固态流化开源模拟实验及制度试采技术方案，我们还需要一次试采，简单说来，我们就是基于南海的目标靶区，采用矿体的孔隙度、水合物饱和度等等，在整个室内完成了首轮试采工程的大型物理模拟实验，为整个试采工程奠定了试采的参数以及试采的方案，试采的原则等等。

最后我们在2017年5月25号，在南海神狐海域荔湾3站水深1310米、矿体密深117-196米处，全球首次实施海洋浅层非成岩天然气水合物固态流化试采，5月25日成功点火。大家也可以看一下，整个试采工程除了党旗、国旗，以及中国海洋石油总公司，以及中国海洋石油总公司油田服务公司的旗帜外，唯一一家参与的外部单位就是西南石油大学，可以说西南石油大学为整个试采工程做出了不可磨灭的贡献。

2017年12月，《Science》在年度科技服务一文当中，以西南石油大学重点实验室的最新成果报道了西南石油大学在水合物高效开发领域以及实验室建设领域所做出的突破性成果。

2018年的3月，该项技术及实验模拟系统获得了中国石油和化工自动化协会十年以来唯一的一个技术发明特等奖。

2018年10月，由我们所撰写的大型物理模拟实验一文得到了中央电视台13台新闻直播间优先发表在学术话语权的报道，同年11月，我们成功的召开了第十二届世界水合物研发工程大会，暨中国工程院284次科技论坛，来自国外69位专家和19位校长，22名院士和中国工程院院长，李晓红（音）院士亲临大会。2018年的12月，中央电视台一台《朝闻天下》 就以我国处于世界领先为题，报道了西南石油大学固态流化开采技术的国际领先优势，以及首次在中国召开的第十二届世界天然气水合物大会。 由我们学校所撰写的，《关于扩大可燃冰绿色开采技术领先优势多元化保障国家能源安全的建议》，被中共中央办公厅采用，同时供国家领导人决策参与。

2019年5月13日，教育部科技委召开全体委员大会，谢和平院士代表地学部作了我国拥有完全自主知识产权的固态流化开采新技术，取得历史性突破的特约报告。

同时由中国工程院智能支持系统ISS系统检索发现，西南石油大学在全国20几家天然气水合物研究的科研机构和研究单位里边，专利申报数稳居所有单位第一。

最后，我想说尽管国土资源部的试采也好，中国海洋石油总公司，西南石油大学的固态流化试采也罢，两轮试采的成功都并不代表着未来商业化应用的成功。未来的商业化开采路怎么走，未来可燃冰能否开辟能源新时代？可燃冰之难如何各个击破，可燃冰之术如何步步攻破？可燃冰之路如何越走越畅？我们还需要努力。

最后感谢各位对西南石油大学在天然气水合物领域所做出的关心，谢谢各位！