魏納:世界天然氣水合物研究及開發(fā)進展之我國已領(lǐng)跑全球

編者按：2019年6月5～6日，"未來能源大會（FEC2019）暨第十五屆中國能源戰(zhàn)略投資論壇"在北京中奧馬哥孛羅大酒店召開。本次未來能源大會匯集了國內(nèi)外、中科院、工程院院士專家，共同探討"傳統(tǒng)能源"向"未來能源"轉(zhuǎn)型融合的趨勢。會上，西南石油大學海洋天然氣水合物研究院院長、教授 魏納發(fā)表了題為《世界天然氣水合物研究及開發(fā)進展之我國已領(lǐng)跑全球》的主旨演講。

以下內(nèi)容為中國能源網(wǎng)根據(jù)現(xiàn)場實錄整理而成，未經(jīng)本人審核。

魏納：尊敬各位代表，大家下午好！我叫魏納，來自西南石油大學。今天我給大家分享的是《世界天然氣水合物研究及開發(fā)進展之我國已領(lǐng)跑全球》。

今天想給大家分享的三個主題：

1、關(guān)于世界天然氣水合物高效開發(fā)的最新動態(tài)；

2、中國在該領(lǐng)域所取得的突破性成果；

3、西南石油大學在該領(lǐng)域可以說取得的系統(tǒng)進展。

首先，是世界主要國家的研究和市場的現(xiàn)狀。什么叫天然氣水合物呢？也叫可燃冰，它是甲烷氣體在低溫高壓情況下形成的化合物，僅我國南海就有85萬億立方米的天然氣水合物，這個儲量相當于我們已探明的陸地資源總量的兩倍之多。而且獨特的區(qū)位優(yōu)勢也決定了整個南海天然氣水合物的開發(fā)和我們國家南海的維權(quán)緊密相關(guān)。

而海洋當中的天然氣水合物又分為兩種：

1、成巖性水合物；

2、非成巖性水合物。

大家通過這兩張圖片對比看一下，實際上非成巖性天然氣水合物是在海底下所形成的固態(tài)狀的化合物，而成巖天然氣水合物是位于永久凍土層當中的天然氣水合物。這兩種天然氣水合物，從物理學的本質(zhì)上來說，有根本的不一樣。不一樣在哪些地方呢？首先在非成巖水合物，它沒有明顯的巖石骨架結(jié)構(gòu)，也就決定了我們在開發(fā)的時候，如果再采用我們常規(guī)的油氣開采技術(shù)是根本行不通的。因此從世界主要國家的研究與市場現(xiàn)狀來看，主要有日本、韓國、挪威、美國、印度和中國這一些國家走在了世界的前列，也占了天然氣水合物高效開發(fā)的制高點。

首先我們看一下日本，日本是一個高度資源短缺的國家，同時它也高度的重視本國領(lǐng)海的天然氣水合物的高效開發(fā)。從2013年開始就首先實施了全球首個天然氣水合物的示范工程，連續(xù)3次海域試采都采用常規(guī)的降壓法，而常規(guī)的降壓法是一種典型的油氣開采方式。那么這種方式，始終沒有辦法突破井筒出沙、井筒出水等等技術(shù)瓶頸。

而在2018年，日本正在審議下一階段的開發(fā)計劃，也就同時考慮由民間資本繼續(xù)推進未來商業(yè)化的進程，同時安倍政府也宣稱下一屆東京奧運會要用本國的天然氣水合物作為圣火的火源。

那么整個日本海域的天然氣水合物在調(diào)查和試采都居于世界的領(lǐng)先水平，而美國從1968年開始，就發(fā)現(xiàn)天然氣水合物，從1968年開始，持續(xù)不斷的在本國的海域以及阿拉斯加永久凍土層和加拿大的永久凍土層，聯(lián)合采用二氧化碳和降壓法試采。由于美國在國內(nèi)的頁巖氣革命的成功，導致了美國暫緩天然氣水合物的試采進程。

而挪威這個國家，處于海洋陸坡的邊緣，由于地質(zhì)的活動，導致天然氣水合物不斷的氣化、分解，從而引起海嘯和滑坡。因此，挪威在天然氣水合物的環(huán)境研究領(lǐng)域一直走在世界的前列，形成了水合物海底穩(wěn)定性評價，以及環(huán)境氣侯、生態(tài)等方面的重要研究成果。

我們國家實際上是起步比較晚的國家，從1982年我們才開始啟動天然氣水合物的跟蹤調(diào)查研究，至此，中國政府在大力投入下，開展了全國范圍之內(nèi)的天然氣水合物的普及調(diào)查。那么在我國的南海生活海域，首次鉆獲海洋的水合物的樣品。同時在2011年啟動了海洋水合物的勘察與試采工程。

眾所周知，在2017年的5月，在南海的神狐海域采用降壓法成功實施天然氣水合物試采，取得持續(xù)產(chǎn)氣時間最長、產(chǎn)氣總量最大、氣流穩(wěn)定、環(huán)境安全等多相重大突破性成果，創(chuàng)造了不產(chǎn)氣時間和產(chǎn)氣總量兩項世界紀錄。

2017年5月，也就是2017年的5月25號，由中國海洋總公司牽頭西南石油大學作為參研單位，也采用我們國家自主知識產(chǎn)權(quán)的固態(tài)流化，在同樣一個海，同樣一個儲存層位，成功的采用固態(tài)流化法進行試采。那么在水合物安全綠色試采方面，進行了創(chuàng)新性的探索，標志著我國天然氣水合物勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)取得了歷史性的突破。

那么這個時間節(jié)點圖，是由美國地質(zhì)調(diào)查局把世界主要各國的天然氣水合物的試采計劃以及試采進展做了一個梳理和分析，根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的結(jié)果，他認為中國在全世界對天然氣水合物的高效開發(fā)以及試采領(lǐng)域，已經(jīng)全面超越其他世界各國。

而天然氣水合物不管是國內(nèi)也好，國外也好，主流的方法都是采用降壓法進行短期的試采，而降壓法具有什么樣的技術(shù)特點和技術(shù)瓶頸以及技術(shù)難點問題呢？實際上降壓法就是改變儲存的壓力，使得天然氣水合物在儲存內(nèi)部進行氣化分解，這種氣化分解導致的結(jié)果是什么呢？原有的固態(tài)儲存結(jié)構(gòu)就會不斷的潰散、分解，使得我整個的水下裝備沒有了基礎(chǔ)，這樣就導致了整個長期商業(yè)化的生產(chǎn)是無法進行的。同時，少量的天然氣進入到我們平臺上進行了獲氣，而大量的天然氣分解之后是進入到海洋環(huán)境當中，這樣就造成了我們的環(huán)境溫室效應。大家都知道天然氣所帶來的溫室效應是二氧化碳的24-26倍，所以天然氣，也就是水合物進入到海洋環(huán)境當中所帶來的環(huán)境災難是十分可怕的。

同時，美國國家地理雜志也專門做了一期關(guān)于天然氣水合物的這么一期節(jié)目，通過實驗它也證明實際上百慕大事件就是由于墨西哥灣的天然氣水合物所造成的分解所帶來的船只的災難，飛機的失事，以及環(huán)境生態(tài)的災難等等。

基于此行業(yè)背景、開發(fā)現(xiàn)狀，以及世界研究的進展，中國科協(xié)副主席，西南石油大學國家重點實驗室主任周院士在2012年首次提出了固態(tài)流化法這一個革命性的、變革性的技術(shù)。同時我們也得到了中國工程院18位院士的集體署名，建議將該項計劃納入國家重點研發(fā)計劃，并且成立國家重點實驗室予以研究。

整個固態(tài)流化開采的工藝原理，簡單來說，實際上就是在不改變水合物的溫度場和壓力場的條件下，采用大型的破巖機構(gòu)在海下進行機械破碎，破碎出來的天然氣水合物礦體進入封閉的管道進行舉升，舉升過程當中天然氣由于溫度升高增高，壓力降低，就會逐漸的氣化，最終實現(xiàn)順其自然，從不可控變成人為可控，實現(xiàn)了安全綠色開采的目的。

但是綠色開采的技術(shù)原理是否可行？開采工藝流程是否能夠?qū)崿F(xiàn)？固態(tài)流化開采試采工程參數(shù)如何去確立？都需要我們建立大型物理模擬實驗系統(tǒng)進行驗證，予以回答。因此西南石油大學歷時五年的時間聯(lián)合中國海洋石油總公司創(chuàng)新性的建立了世界首個固態(tài)流化開采大型物理模型實驗室。

首先我們是形成了世界上天然氣水合物最大樣品制備，以及最短時間樣品制備，并且突破了原位破碎瓶頸，形成了快速制備的這么一個研究平臺。

第二個是解決了從腹地內(nèi)部到管輸管壓的運營和平臺。

第三個就是發(fā)明了多次循環(huán)，多次降壓，多次升溫，最終實現(xiàn)了1500米水深，也就是南海1500米水深，4500米管藏的固態(tài)流化開展，全工程模型的模擬。

最后，我們就建成了全球首個固態(tài)流化開展大型物理模擬實驗系統(tǒng)，依托整個實驗系統(tǒng)的建立，我們申報了近百件發(fā)明專利，同時建設(shè)了世界首個海洋天然氣水合物實驗室。

第四是固態(tài)流化開源模擬實驗及制度試采技術(shù)方案，我們還需要一次試采，簡單說來，我們就是基于南海的目標靶區(qū)，采用礦體的孔隙度、水合物飽和度等等，在整個室內(nèi)完成了首輪試采工程的大型物理模擬實驗，為整個試采工程奠定了試采的參數(shù)以及試采的方案，試采的原則等等。

最后我們在2017年5月25號，在南海神狐海域荔灣3站水深1310米、礦體密深117-196米處，全球首次實施海洋淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采，5月25日成功點火。大家也可以看一下，整個試采工程除了黨旗、國旗，以及中國海洋石油總公司，以及中國海洋石油總公司油田服務(wù)公司的旗幟外，唯一一家參與的外部單位就是西南石油大學，可以說西南石油大學為整個試采工程做出了不可磨滅的貢獻。

2017年12月，《Science》在年度科技服務(wù)一文當中，以西南石油大學重點實驗室的最新成果報道了西南石油大學在水合物高效開發(fā)領(lǐng)域以及實驗室建設(shè)領(lǐng)域所做出的突破性成果。

2018年的3月，該項技術(shù)及實驗模擬系統(tǒng)獲得了中國石油和化工自動化協(xié)會十年以來唯一的一個技術(shù)發(fā)明特等獎。

2018年10月，由我們所撰寫的大型物理模擬實驗一文得到了中央電視臺13臺新聞直播間優(yōu)先發(fā)表在學術(shù)話語權(quán)的報道，同年11月，我們成功的召開了第十二屆世界水合物研發(fā)工程大會，暨中國工程院284次科技論壇，來自國外69位專家和19位校長，22名院士和中國工程院院長，李曉紅（音）院士親臨大會。2018年的12月，中央電視臺一臺《朝聞天下》 就以我國處于世界領(lǐng)先為題，報道了西南石油大學固態(tài)流化開采技術(shù)的國際領(lǐng)先優(yōu)勢，以及首次在中國召開的第十二屆世界天然氣水合物大會。 由我們學校所撰寫的，《關(guān)于擴大可燃冰綠色開采技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢多元化保障國家能源安全的建議》，被中共中央辦公廳采用，同時供國家領(lǐng)導人決策參與。

2019年5月13日，教育部科技委召開全體委員大會，謝和平院士代表地學部作了我國擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的固態(tài)流化開采新技術(shù)，取得歷史性突破的特約報告。

同時由中國工程院智能支持系統(tǒng)ISS系統(tǒng)檢索發(fā)現(xiàn)，西南石油大學在全國20幾家天然氣水合物研究的科研機構(gòu)和研究單位里邊，專利申報數(shù)穩(wěn)居所有單位第一。

最后，我想說盡管國土資源部的試采也好，中國海洋石油總公司，西南石油大學的固態(tài)流化試采也罷，兩輪試采的成功都并不代表著未來商業(yè)化應用的成功。未來的商業(yè)化開采路怎么走，未來可燃冰能否開辟能源新時代？可燃冰之難如何各個擊破，可燃冰之術(shù)如何步步攻破？可燃冰之路如何越走越暢？我們還需要努力。

最后感謝各位對西南石油大學在天然氣水合物領(lǐng)域所做出的關(guān)心，謝謝各位！