方華燦《可燃冰及其海上開采技術(shù)與裝備》

2018年1月12日，由中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、國(guó)際能源署（IEA）、聯(lián)合國(guó)項(xiàng)目事務(wù)署（UNOPS）指導(dǎo)，中國(guó)能源研究會(huì)分布式能源專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)能源網(wǎng)等聯(lián)合主辦，國(guó)家電網(wǎng)公司、漢能控股集團(tuán)等協(xié)辦的"2018未來(lái)能源大會(huì)"在北京隆重召開。中國(guó)石油大學(xué)（華東）原副校長(zhǎng)方華燦先生作致辭演講。

以下內(nèi)容根據(jù)演講實(shí)錄整理摘編：

方華燦：各位領(lǐng)導(dǎo)，各位來(lái)賓，我今天給大家匯報(bào)的題目，是可燃冰及其海上開采的技術(shù)和裝備。

我匯報(bào)的主要內(nèi)容有5個(gè)，第一個(gè)，可燃冰的主要特點(diǎn)。第二個(gè)就是它資源儲(chǔ)量和分布。第三個(gè)，我們?cè)嚥傻募夹g(shù)和裝備。第四個(gè)是四項(xiàng)挑戰(zhàn)。第五個(gè)是四個(gè)戰(zhàn)略意義。

去年5月18號(hào)，國(guó)土資源部的姜大明部長(zhǎng)宣布，我們國(guó)家在南海天然氣水合物試采成功，標(biāo)志著我們國(guó)家已經(jīng)成為在全世界第一個(gè)實(shí)現(xiàn)了在海域里面可燃冰試開采當(dāng)中獲得連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國(guó)家。黨中央發(fā)來(lái)賀電，給出高度的評(píng)價(jià)，中國(guó)人民勇攀世界高峰又一個(gè)標(biāo)志性的成就，對(duì)推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命具有重要而深遠(yuǎn)的影響。這是黨中央和國(guó)務(wù)院的評(píng)價(jià)。

這一次試采的地方是距離香港285公里，如果從珠海坐直升飛機(jī)的話，90分鐘，一個(gè)半小時(shí)就可以到達(dá)。這次的可燃冰是在水深1266米，在海底下是200米到277米，是整個(gè)這個(gè)礦藏的厚度。面積128平方公里，資源儲(chǔ)量1500億立方米，相當(dāng)于1.5億噸石油儲(chǔ)量，在神狐海域有11個(gè)礦井。

下面講第一個(gè)問(wèn)題，可燃冰?？扇急V產(chǎn)的主要特點(diǎn)：可燃冰它的學(xué)名叫天然氣水合物，為什么管它叫可燃冰呢？第一是它一點(diǎn)就能著，第二個(gè)，它里面的化學(xué)成分是甲烷和水，所以它又跟冰不同，冰你點(diǎn)它不著，冰里面沒(méi)有甲烷，所以我們叫類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)，因?yàn)樗惐挚梢渣c(diǎn)著，所以我們俗名叫可燃冰。

可燃冰分海上可燃冰，陸地可燃冰，海上的可燃冰因?yàn)槲覀円蟮蜏馗邏?，水深必須要大?00米，因?yàn)槟阋〉脑拤毫Σ粔?。越往海底去溫度慢慢升高，所以往海底越深也不行，溫度太高了。所以一般是在海底以下底?00米到800米，頂層就是由幾米到100米。如果我們海底有甲烷氣，從斷層里面溢出來(lái)，它在合適的壓力和溫度之下，就形成可燃冰的礦藏。

陸地一般可燃冰的礦藏是在有凍土的上面或者下面，這個(gè)由于微生物在底層里面的作用，所以它就產(chǎn)生出來(lái)甲烷氣，在適合的低溫、適合的壓力下就成為可燃冰礦藏。

第一個(gè)特點(diǎn)，能量密度比較高，可燃冰可以說(shuō)是一個(gè)能量塊，它體積很小，但是能量很大。它比天然氣、煤炭、燃油、液化天然氣能量密度都要大。天然氣跟可燃冰來(lái)比較，一個(gè)立方米的可燃冰分解出來(lái)164立方米的天然氣，并不等于說(shuō)它的熱能值是天然氣的163倍，為什么呢？因?yàn)樗诜纸獬黾淄榈臅r(shí)候要吸收大量的熱，是靠能量。所以這樣的話就要把損耗能量刨除，最后它的熱值就是70到200MJ，單位體積的能量，叫做體積能量密度是70到200，而天然氣是35到40，所以它是天然氣的2到5倍。跟液化天然氣比較，液化天然氣雖然一個(gè)立方米釋放出600立方米的天然氣，但是它也不是天然氣能量的600倍，因?yàn)樗彩且拇罅康哪芰?。所以?shí)際上液化天然氣它的質(zhì)量能量密度，就是單位一公斤它的能量是50個(gè)MJ，可燃冰如果是質(zhì)量能量密度的話，一公斤是56個(gè)MJ，比它略微高一點(diǎn)。

93號(hào)汽油是46個(gè)MJ，液化天然氣比它高一點(diǎn)，可燃冰也比它高一點(diǎn)。煤不用說(shuō)了，是10倍。這是第一個(gè)特點(diǎn)，能量密度高。

第二個(gè)特點(diǎn)，它是屬于綠色清潔環(huán)保的能源。可燃冰它為什么屬于綠色清潔能源呢？它如果燃燒的話，它燃燒以后只產(chǎn)生水和二氧化碳，沒(méi)有氮和硫的氧化物。天然氣也是綠色能源，還有核能也是綠色能源，但是可燃冰跟它相比，核能有安全隱患，這個(gè)不如它。跟天然氣相比，天然氣的儲(chǔ)量不如它，它的儲(chǔ)量比天然氣多很多。

第三個(gè)特點(diǎn)，它屬于可再生能源?？稍偕茉吹亩x，凡是來(lái)源于植物、動(dòng)物、微生物，除了礦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，凡是生物質(zhì)的能源都是可再生能源，如果按這個(gè)定義來(lái)說(shuō)，我們?nèi)澜缛×?44個(gè)可燃冰的樣本進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，天然氣都是由微生物分解有機(jī)質(zhì)所生成的甲烷氣體，所以它是屬于生物質(zhì)能源，因此屬于可再生能源。

第四個(gè)特點(diǎn)，礦藏儲(chǔ)量豐富。根據(jù)全球來(lái)統(tǒng)計(jì)，包括陸地凍土層、極地下層，將近2100萬(wàn)億立方米。

第二個(gè)問(wèn)題，講可燃冰資源的儲(chǔ)量和分布。可燃冰的儲(chǔ)量非常豐富，在全球可燃冰的資源量大約是20萬(wàn)億噸油當(dāng)量，相當(dāng)于目前已經(jīng)探明的煤炭、石油、天然氣總含碳量的兩倍，是常規(guī)的天然氣地質(zhì)資源量的50倍。所以為什么說(shuō)它儲(chǔ)量非常豐富啊，科學(xué)家認(rèn)為，它可以供人類使用一千年，由此可以看到，可燃冰的資源儲(chǔ)量是非常的豐富。

看看我們中國(guó)的情況，我們國(guó)家大體上是這樣的，總資源量是1000億噸油當(dāng)量，相當(dāng)于常規(guī)天然氣已經(jīng)探明儲(chǔ)量的2.8倍，科學(xué)家們估計(jì)，可以供我國(guó)500年以上消費(fèi)。從陸地上來(lái)看，主要分布在青藏高原，我們?cè)?009年6月，在世界上首次發(fā)現(xiàn)了中低緯度可燃冰的礦藏，2016年，在青南藏北又選了9個(gè)地區(qū)的勘探，其中找到了350億噸的標(biāo)準(zhǔn)油當(dāng)量陸地上的可燃冰。

我們國(guó)家海上可燃冰的資源量怎么樣，海上也十分豐富，744億噸油當(dāng)量，加上陸地上探明的350億噸油當(dāng)量，加起來(lái)就是1000億噸。目前我們探明可開采石油儲(chǔ)量的60多億噸的16倍。海上我們目前可燃冰的資源達(dá)到186億噸油當(dāng)量，相當(dāng)于南海深水勘探已經(jīng)探明的油氣儲(chǔ)量的6倍，達(dá)到了陸上石油資源總量的50%。

我們國(guó)家可燃冰資源的分布，陸地上青藏高原在東北稍微有一點(diǎn)，東海有，南海北部，包括西沙、瓊東南、南沙群島。

第三個(gè)問(wèn)題，試采可燃冰的技術(shù)和裝備。

我們這次在神狐海域的可燃冰儲(chǔ)藏是泥質(zhì)粉砂的礦藏，因此我們這次開采不僅對(duì)我們國(guó)家有重要意義，對(duì)全世界都有戰(zhàn)略意義。我們這次進(jìn)行試采泥質(zhì)粉砂型的可燃冰礦藏，因?yàn)槿澜缍紱](méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)和方法，我們就是摸著石頭過(guò)河。這次摸索出來(lái)的技術(shù)方案，理論裝備，都是叫中國(guó)方案、中國(guó)技術(shù)、中國(guó)裝備，因?yàn)槲覀兪歉鶕?jù)我們的技術(shù)摸索出來(lái)的。

先說(shuō)中國(guó)方案，這個(gè)方案指的是工程方案，就是你如何把海底深處的可燃冰里面的甲烷氣體分解出來(lái)，這是一個(gè)工程。分解出來(lái)之后，你如何把它開采到水面上，這就叫做可燃冰試采的工程。如何做？這就是方案。當(dāng)然這包括很多方面，中國(guó)方案最主要的一個(gè)是用控制減壓法來(lái)把甲烷氣分解出來(lái)。再一個(gè)用水力降低的方法。泥沙跟水合物混在一起的礦藏，在上面鉆孔，那就是豆腐上打鐵，技術(shù)非常難，要解決一系列的技術(shù)難題。

我們這個(gè)方案里面可以用原理圖來(lái)說(shuō)明一下，我們用控制減壓法，這個(gè)地方是我們可燃冰的礦藏，上面是水面了，我們?cè)趺礃鱼@這么一口井，要穿過(guò)海底一段，穿過(guò)礦藏，再向下延伸一點(diǎn)，水就到這里面，這樣壓力很大。我們用一個(gè)潛水泵，把水抽出去，水位就降低了，對(duì)礦藏的壓力就降低了，降低到臨界值的時(shí)候?qū)⒓淄榉纸獬鰜?lái)，用水力割縫法就進(jìn)來(lái)了，水氣往上走，我們從這里可以收集甲烷氣體，抽出來(lái)的水從這里走，這就是我們創(chuàng)新的控制減壓法，用這個(gè)方案來(lái)分解和采出甲烷氣體。

水力割縫法，就是沿著這個(gè)井的深度，在礦藏上面，每隔一米半左右，用水力噴射，沿著徑向方向，用高壓水流噴射，這樣就有利于甲烷氣體出來(lái)。

中國(guó)技術(shù)就是為了解決分解出來(lái)，采出來(lái)，我們有一系列的問(wèn)題，鉆井、完井、測(cè)井、采氣等等，我們一共有十幾項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，第一個(gè)是防砂技術(shù)，我們?cè)谕昃臅r(shí)候做好了防砂工藝，因此解決了防砂技術(shù)問(wèn)題。

再舉一個(gè)例子，內(nèi)波災(zāi)害的報(bào)警信息技術(shù)，南海里特有的內(nèi)波，內(nèi)波管它叫看不見(jiàn)的波，它不是在水面上的波浪，它在水里面，但是它一到的時(shí)候，垂直方向的位移非常大，所以對(duì)水下各種設(shè)施危害非常嚴(yán)重。我們經(jīng)過(guò)這次研究能夠做到，提前6小時(shí)把預(yù)警信息發(fā)送到安全平臺(tái)上，這樣就可以防止內(nèi)波的災(zāi)害，這都是一個(gè)創(chuàng)新。

中國(guó)裝備。這最核心的就是藍(lán)鯨一號(hào)鉆井平臺(tái)，它是目前世界上最大的，鉆井深度及水深最深的一個(gè)鉆井工作平臺(tái)。藍(lán)鯨一號(hào)有很多的創(chuàng)新，比如說(shuō)它用的鋼板，100毫米的超厚鋼板，60毫米的鋼板已經(jīng)是叫特厚鋼板了，它是100毫米，用了43000噸，北京的鳥巢結(jié)構(gòu)鋼是42000噸，比它還多1000噸。它用的高壓泥漿管線，耐高壓、耐腐蝕。它有雙鉆井井架，提高鉆井效率30%。

藍(lán)鯨一號(hào)是2月做出來(lái)的，緊跟著我們又有藍(lán)鯨二號(hào)，去年8月出廠。一搜藍(lán)鯨一號(hào)或者二號(hào)，造價(jià)大約是5到8億美元，相當(dāng)于一個(gè)輕型航母，所以叫深海航母。  

第四個(gè)問(wèn)題，可燃冰開采的四項(xiàng)挑戰(zhàn)。對(duì)可燃冰來(lái)講挑戰(zhàn)有四個(gè)，第一個(gè)，就是豆腐上打鐵，技術(shù)很難。雖進(jìn)行試采成功了，但離商業(yè)化還很遠(yuǎn)，怎么高效而且經(jīng)濟(jì)，還要下很大的工夫。

第二，成本很高。根據(jù)美國(guó)能源部公開的資料，200美元可燃冰分解出來(lái)的天然氣一個(gè)立方米，因?yàn)槭?64立方米，所以相當(dāng)于一個(gè)立方米的成本超過(guò)了一美元以上。目前中國(guó)的商業(yè)化天然氣北京一個(gè)立方米5元，上海是2.5元。

第三，風(fēng)險(xiǎn)很大。如果整個(gè)礦藏可燃冰一下汽化，整個(gè)變成氣了，這下海底就被破壞了，就要塌陷，所有上面的各種設(shè)施都要?dú)У?。這是一方面風(fēng)險(xiǎn)。第二方面風(fēng)險(xiǎn)就是泄露，天然氣泄露的話，是大氣層的300倍，所以很少一點(diǎn)就很嚴(yán)重。它燃燒以后產(chǎn)生二氧化碳，這樣對(duì)全球變暖也是起很重要的影響。

第四，投入大。目前全球只有美國(guó)、加拿大、日本、韓國(guó)、中國(guó)、印度、德國(guó)、新西蘭國(guó)家撥款制定研究計(jì)劃開展研究，其中美國(guó)和日本每年投資額只有10億、6億，這樣不利于可燃冰開采的發(fā)展。

第五，可燃冰開采的戰(zhàn)略意義。

第一，從政治來(lái)看，有利于和海域周邊鄰國(guó)的外交事務(wù)。如果我們可燃冰商業(yè)化以后，我們就有了實(shí)力開發(fā)海域里面的南海、東海的可燃冰。這對(duì)解決東海、南海的爭(zhēng)端是非常有利的，這是個(gè)政治問(wèn)題。因?yàn)槲覀冇辛诉@個(gè)實(shí)力，鄰國(guó)沒(méi)有，他就得想辦法跟咱們合作，才能分一杯羹。這樣我們倡導(dǎo)的合作開發(fā)，才有可能成為大戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)。

第二能源方面，有利于天然氣供給的安全保障。2016年是5億噸石油，自己生產(chǎn)能力是2億噸，對(duì)外依存度是60%，最新的2017年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，到2017年的11月份，我們國(guó)家產(chǎn)油1.8億噸，降幅4.1%，12月17號(hào)，進(jìn)口的燃油達(dá)到3.9億噸，所以2017年的11月底統(tǒng)計(jì)，我們的依存度達(dá)到68%，這個(gè)對(duì)我們的經(jīng)濟(jì)制約很大。一方面我們要考慮石油來(lái)源地多元化，從中東、俄羅斯、非洲很多的地方買油，另外一方面，買油之后還要保證運(yùn)輸、安全、暢通，所以這樣就需要建設(shè)強(qiáng)大的海軍，開辟境外的港口，和海運(yùn)沿岸國(guó)家保持良好的關(guān)系。所以我們過(guò)去耗費(fèi)了大量的外交資源，一旦我們有實(shí)力，商業(yè)化開采可燃冰，這樣我們進(jìn)口石油的數(shù)量、節(jié)奏、供應(yīng)方，都可以隨時(shí)調(diào)節(jié)，可以說(shuō)是全盤皆活，游刃有余。那時(shí)候我們國(guó)家石油、天然氣的問(wèn)題就可以更好的解決。

第三個(gè)戰(zhàn)略意義，就是制造方面，我們有利于打造中國(guó)制造的一張新的名片，這次我們藍(lán)鯨一號(hào)跟藍(lán)鯨二號(hào)鉆井平臺(tái)出來(lái)，鉆井深度是世界最深的，達(dá)到15240米，工作水深是世界最深的，達(dá)到3658米，這樣一個(gè)最大的、最深的鉆井平臺(tái)，世界上第七代鉆井平臺(tái)，使我們藍(lán)鯨一號(hào)將會(huì)錦上添花，給出一個(gè)新的中國(guó)制造名片。

第四個(gè)戰(zhàn)略意義，商業(yè)方面有利于獲得部分全球能源的定價(jià)權(quán)?，F(xiàn)在全球有三個(gè)原油期貨交易中心，一個(gè)英國(guó)倫敦，一個(gè)美國(guó)紐約，一個(gè)在新加坡，就是酸性原油的期貨交易中心，前兩個(gè)紐約、英國(guó)，這是金融中心，新加坡因?yàn)槎笫刂R六甲海峽，中東原油經(jīng)過(guò)東亞國(guó)家，必經(jīng)那里，所以他可以坐地喊價(jià)。我們2014年底，國(guó)際能源期貨交易中心建立起來(lái)，預(yù)計(jì)是2017年底開始進(jìn)行交易。如果我們可燃冰商業(yè)化開采成功之后，將進(jìn)一步對(duì)我們有利，對(duì)我們獲取部分全球能源的定價(jià)權(quán)非常有利。因?yàn)槲覀兊娜加推谪浻绊懥Υ蟠笤黾恿?，所以四個(gè)有利于是可燃冰重要的戰(zhàn)略意義。

我們可燃冰試采成功的時(shí)候，中共中央發(fā)出賀電里說(shuō)，海域天然氣水合物試采成功，只是萬(wàn)里長(zhǎng)征的關(guān)鍵一步，后續(xù)任務(wù)依然艱巨繁重，希望你們?yōu)橥七M(jìn)綠色發(fā)展，保證國(guó)家能源安全作出新的更大貢獻(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)一百年奮斗目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)再立新功。我認(rèn)為這些殷切希望，對(duì)我們所有與能源有關(guān)的工作者都是適用的，堅(jiān)信大家一定會(huì)不忘初心，牢記使命，再接再勵(lì)，繼續(xù)奮斗，迎接推進(jìn)綠色發(fā)展，保證國(guó)家能源安全的繁重艱巨任務(wù)，不斷取得新的勝利。祝大家在實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的新長(zhǎng)征路上再建輝煌！謝謝大家！