魏纳:碳达峰背景下面向2035深海天然气水合物开发战略

编者按：2021年7月8日，以"碳中和与未来能源"为主题的"第三届未来能源大会"在北京召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，西南石油大学海洋天然气水合物研究院院长魏纳发表了"碳达峰背景下面向2035深海天然气水合物开发战略"的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

魏纳：尊敬的各位同行、专家，今天我代表西南石油大学来谈谈《碳达峰背景下面向2035深海天然气水合物开发战略》。上午大会议程以及今天下午前面两个报告我深受启发，大家都注意到和关注点都聚焦在未来的新能源，特别是零碳能源的发展，今天我想谈一谈常规油气领域里非常规的资源，分为三个汇报部分。

首先是研究背景概况，我们全世界根据气候变化的要求，实际上增加低碳能源地供给也是我们国家近期能够实现碳达峰和碳中和最有效，最便捷的路径。从全世界几个发展碳排放的阶段来看，英美法已经在碳排放处于下降阶段了，印度这样新兴大国进入排放增长阶段，还有金服平台期的中国，还有尚未启动农业国。我们人口总量和基数特别大，导致了根据预测我们如果到2030年整个能源消费强度要达到50亿吨标准煤，煤炭29亿吨，石油9.2亿吨，天然气6300亿立方米，总碳达到121亿吨。从世界主要各国的排放强度上看，中国由于人口基数大，已经是高于世界主要国家。从我们碳排放行业分布来看，实际上主要的碳排放是由火力发电13%带来的，因此要实现2030年碳达峰必须扭转我们的发展方式。

随着经济增长和GDP的快速增加，我们国家总体碳排放强度持续攀升，尽管我们的人均碳排放强度在下降，随着中国步入中等发达国家的阶段和进程，不可回避的必须解决和回答好碳排放的问题。

从生产端人均排放量和消费端人均排放量来看，中国都高于全球平均水平，因此我们说整个减碳和碳中和的目标雄心勃勃，但又是极其艰难的。

从一次能源消费的结构中可以看出，分了四种能源转型形势，这是根据2020年BP世界能源统计年鉴看到的，渐进转型、更多能源、逆全球化、快速转型。天然气在一次能源的高占比起到了压舱石的作用，中国天然气在一次能源消费占比可以看出，我们再一次能源中只有8.1%，远低于世界水平24%，也低于美国的水平44%。但是尽管如此，我们国家在2019年天然气对外依存度高达42.4%，一半以上来自海外。

因此党和国家要求中国把油气安全牢牢端在自己的手里，习近平总书记也多次做出重要指示批示，去年9月11日科学家座谈会上指出，尤其勘探开发新能源技术不足。也提出三个国家安全观：粮食安全观、能源安全观、金融安全观，已经上升到国家战略层面。

而天然气水合物是潜力巨大的接替能源，国家《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》，国家《能源生产和消费革命战略（2016-2030年）》年也都提出了相关的内容，要实现天然气水合物的高效开发技术，尽早实现规模化生产。因此我们从2018年开始就由中国工程院牵头，由西南石油大学承担，开始了面向2035的深海天然气水合物开发战略的研究，主要的研究目标是跟进全球水合物开发试采研究的进展，结合我国海域水合物的特点，合理制定深海天然气水合物高效开发的策略。

主要研究成果，什么是天然气水合物？实际上它俗称可燃冰。是由164方天然气和0.8方水形成的水化合物，它主要受到温度和压力控制，一旦它的平衡转变，分解出来的产物就是甲烷气体和残余水。而根据中国国土资源部圈定并探明的南海11个库存区总储量高达85万亿立方米，这是我们陆地常规天然气资源总量的2.12倍，可以说未来可燃冰的高效开发对于缓解我们国家天然气消费安全起到了积极的作用。

海洋天然气水合物分成成岩型和非成岩型两种，海洋当中主要是以非成岩型水合物为主，这个不过多解释了，太专业了。

全球79个国家都发现了天然气水合物，其中包括两个海域试采区，分别是日本南部和中国南海。最早开发天然气水合物是苏联在陆地冻土层麦缩雅哈气田开采的，天然气水合物在总气采量中占比36%，美国也是天然气水合物调查研究走在世界前列的国家，在2009年美国墨西哥湾就有了良好的砂岩性水合物。提到天然气水合物不得不补充这样一句话，海域中有天然气水合物，天然气来自下面的常规天然气，只不过在上部海域由于温度低、压力高，形成了天然气水合物这样一个特殊的化石燃料品种。

2012年美国在阿拉斯加北坡成功采用了二氧化碳置换法进行湿法开采，但是因为页岩气的成功，美国暂缓了天然气水合物的进程。昨天我和中石油、中石化、中海油有一个共同的油气理事会，我也是理事会的成员。我们探讨了一个观点，"三桶油"作为油气生产企业来说最关心的是成本的问题，尽管我们所有的新能源，我不否认它一定是未来大的发展方向，国家也有这样的需求，但是有一点，老百姓买不买单是一个问题，因为涉及经济上的成本，把所有降碳目标、降碳成本全部分摊到老百姓身上，老百姓是不会买账的，企业也不会买账。

我们看一下日本，日本是极其重视天然气水合物资源调查和开发利用的国家，也启动了21世纪天然气水合物研发计划，为期15年。这次东京奥运会上，安倍政府就提出了他们对奥运圣火要用南部的天然气水合物的气点，给我们国家形成了巨大的政治压力，但是因为疫情的原因，这次它没有采用这样一种方式。

从2002年开始，持续到2013年，2017年5月、6月，日本已经成功实施了三次海域天然气水合物试采，可以说日本在海域天然气水合物的试采研究水平处于世界先进的地位。

挪威主要是集中在环境安全的监测，因为天然气水合物的分解会造成海底巨大的地质滑坡，造成环境生态地风险。

我们国家是863、973，一直到现在的国家重点研发计划，以及财政专项持续支持，从90年代末期就开始，一直到现在，三轮海域试采的成功，标志着也奠定这中国在天然气水合物高效开发领域已经走在了全世界的最前沿，这是美国地质调查局官网上得出的结论。

2017年5月和2020年2月中国地质调查局牵头在南海进行两轮试采，第二轮最有意思，是在世界上首次采用降压法水瓶颈技术进行了水合物试采。

对于降压法来说是很常规的油气试采方式，我们试采时间总长不超过2个月，最长也就是2个月，63天，为什么不能像常规油气井持续生产十几年、几十年，问题在于开发方式上没有新的突破，回答不了以下6个问题。这儿有个示意图我们也可以看一下，对于天然气水合物在泥线以下，300米以内层位，上面并没有盖层，不像典型的油气有个大锅盖一样。没有这样的圈屏构造，那不可避免造成局部水合物发生分解，分解出来大部分进入到海水当中，所以最大的问题在于从油气生产角度来看，采收率极低，大部分进入到了海水，没有生产性的采气。另外水合物本身是固体，一旦发生分解之后产物是气和水，导致整个生产没有基础，导致不能持续进行工业化生产。

另外大量天然气到海水中，大家知道同体积天然气温室效应是二氧化碳的24-26倍，非常可怕。我们有没有一些新的方法突破这一点呢？在2012年底，2013年初，中国科协副主席也是我们学校国家重点实验室主任，周守为院士带着我们学校提出六个利用的技术原理，首创海洋非成岩天然气水合物的固态流化开采方法和工艺流程，这个工艺和原理是在不改变天然气水合物的温度、压力的条件下，把它它破碎之后，固体的输送进行管道输送，把分离出来的泥沙回填到海里，最大限度保持海里的原貌。

因此我们根据固态流化开采的模拟实验方法和技术，研制全球首套大型物理模拟实验系统，在2017年5月南海神狐海成功实施全球首次试采，采收率达到80.1%，作为油气开发领域来说是极高的采收率。我们整个模拟实验系统也是获得了中国石油化工行业协会设奖以来，16年以来唯一的技术发明特等奖。中央电视台13台《新闻直播间》也以我们大型物理试验作为自然科学领域里唯一的典型代表，把论文写的祖国大地上，巩固学术话语权。《科学》也以年度十大科技突破为题，对西南石油大学天然气水合物高效开发里面这个技术研究和实验室建设、试采成果进行报道。

正是由于研究以及试采的成果，第12届世界天然气水合物研究与开发大会首次在中国召开，工程院李晓红院长莅临大会并致辞，国内外88位专家到场。

总体来说我国天然气水合物研究与试采从80年代到90年代跟踪研究以来，以降压法后来居上，固态流化法国际领先，通过中国工程院战略支持系统ISS检索表明，我国在该领域的论文发表数居全球第一，而我国授权发明专利也是全球第一，全国30家单位中是第一。

我国南海天然气水合物特点主要是以泥质粉砂水合物为主，通常表现为中层水合物和下部游离气具有纵向耦合共生关系。页岩气这几年已经实现了规模化的开发，但是倒回15年前页岩气开发也是极不平凡的，一路走过来。天然气水合物比页岩气还难，我们说整个天然气水合物高效开发要实现规模化，可能还有至少5-10年的时间。

我们就提出了面向2035的高效开发面临的难题和瓶颈，一个是资源等级划分和开采模式响应关系尚未建立，根据国家标准有不同的等级划分，我们天然气水合物没有，它是173个新矿种，还没进行资源等级的划分，所以开发模式之间的响应关系并没有建立。

在开采过程中储存由于温度场和压力场的扰动，整个储存在开采过程中和常规油气不一样，整个储存都是在蠕动、变化、分解，而我们常规油气储存在开发过程中可以认为它几乎是不变的。开采过程中我们整个从水下的采油数到海底管道，到下游设施，由固相变成气相再变成固相，还有大量的泥沙流动，水合物在成机制也不太明确，因此我们应用中国工程院战略咨询系统制定天然气水合乎开发战略和技术图，主要热点集中在勘探、评价、试采、输送、测试技术，聚焦矿井分类，勘采技术，储存评价技术，开采原理技术，环境评价技术等六项关键领域，我们总体定位是建立我国南海多类型水合物为勘查技术、试采技术和环境保护技术，推进天然气水合物和常规油气一体看他开发的进程。

我们制定了六大发展方向：第一个是制定水合物矿井分类标准，第二个是天然气水合物室内模拟测试技术，包括大样品快速制备、地质地球物理钻探综合勘探。第三个是从地质到地球物理，到钻探，到测井一体化、高分辨的综合勘探，是我们未来的发展方向。第四个就是从地质填点到工程填点，最后实现经济填点的评价。同时我们提出天然气水合物浅层气、深层气合采，实现单极能达到20万方日产的最有效途径，这也是我们中国人自己提出来的，同时该项技术也入选中国科协发布的2019年20个关键科学问题和工程技术难题，这也是20个里面唯一一个油气领域。

第六个是关于环境，发展从局部到整体，短期到长期，从大气、水体、海底到井下安全监测的全过程，全生命周期的监察技术。

因此我们建议国家面向2035分期设立重大工程和科技专项，我们说在2020年到2025年要实现以下三项任务和一项重点工程，这项重点工程是实现水合物和常规气的合采技术。到2030年要实现五项重点任务，一项重点工程，就是建成先导示范区，实现规模化试采，助力低碳化快速达峰。到2030年有四项任务和一项重点工程，其中一项重点就是我们给国家建议，到2035年我们要全面在南海实现商业化示范区，实现商业化开采。

同时我们也提出了作为天然气水合物高效开发这样的国家工程，我们要发挥我们国家制度的优势，在国家层面制定总体的战略规划并组织实施，同时国家加大政策和投入力度，充分激活"三桶油"央企的积极性和投资力度。同时整合全国的多方投入、研究力量分散的特点，国家层面集中组织优势力量协同攻关，要积极加强国际合作，牵头组织国际大科学计划和大科学工程，并提前制定研究国际标准。

提到这儿，我们这些年也和国际同行充分进行大科学工程和大科学实验计划的谋划，并且正在开展实施，上个月和去年连续收到几次世界天然气大会组委会主席发来邀请，让我参与到国际钻探组织，到南极罗斯海跟他一道去进行天然气水合物钻探和沉船规律的研究。

我们撰写的智库报告被中共中央办公厅采用，并提交中央领导，也有两份院士建议。同时我们提出来部分重点任务也获批国家重点研发计划项目，获批国家自然科学基金重大继承研究项目，获批省部共建协同创新中心，就是原国家协同创新和学科引资基地，最后再次衷心感谢各位专家。

提问：我想请教一下您的成本是多少，就是南海试采成本，增产技术能不能降到常规的成本？

魏纳：在油气领域里有这样一个成本，如果我们采用常规油气开发技术，只要是海上日产20万立方米以上，基本上接近了最低成本。如果你产量达于20万，基本上就不亏本，采用常规日常的技术。我们现在着力点和聚焦点主要还是在产量上，我们到2025年主要是想实现多气合采的技术能够工业化应用，到2030年能实现规模化，产量要上去。到2035年争取突破经济的制约，单方气价格达到常规海上天然气开发成本，是这样概念。

秦虎：我追加一个问题，您刚才提到到2035年才能实现商业化应用，包括今天上午专家演讲过程中，天然气在未来只有10-20年的增长期，到2040年或者最乐观的到2035年就达峰了，这种情况下大家普通可再生能源背景下，还会继续在可燃冰领域上投入这么大力量吗？等待它的商业化划算不划算？

魏纳：这个并不盖棺定论，什么时候天然气达峰争议很大，包括中国工程院能源矿业学会，很多院士们的争议是很大的。天然气达峰可能在一次能源消费占比，作为我们行内业内统一的意见要到20%，但是究竟这个时间节点，天然气有可能在2040年，有可能在2050年，数据差异各个院士争议很大。