日本發(fā)展天然氣水合物面臨重重考驗(yàn)

□ 魯東侯

根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省正式發(fā)布的《日本天然氣水合物開(kāi)發(fā)計(jì)劃》，該國(guó)天然氣水合物發(fā)展正處于20年規(guī)劃中的第二階段，主要進(jìn)行海洋生產(chǎn)試驗(yàn)、評(píng)價(jià)天然氣水合物氣田的特性、研究海洋天然氣水合物開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，以及進(jìn)行第二次陸上生產(chǎn)試驗(yàn)的分析并進(jìn)行長(zhǎng)期試驗(yàn)等。但從發(fā)展實(shí)踐看，日本發(fā)展天然氣水合物面臨投資、技術(shù)、安全環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性等四大挑戰(zhàn)。

一是投資不足。根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省開(kāi)發(fā)天然氣水合物的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，從當(dāng)前至2018年是該資源前期研發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期，需要巨額資金投入。但在國(guó)際油價(jià)持續(xù)走低和日本經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢的大環(huán)境下，天然氣水合物的研發(fā)投入并不樂(lè)觀(guān)。2014年日本全國(guó)原油和LNG進(jìn)口總額為2270億美元，而當(dāng)年日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省對(duì)天然氣水合物的研發(fā)預(yù)算僅為2.26億美元，占油氣進(jìn)口總額的千分之一。如果日本政府不加大研發(fā)投資，預(yù)計(jì)很難在2023～2027年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的目標(biāo)。

二是技術(shù)水平。實(shí)際上，真正限制日本天然氣水合物快速發(fā)展的是資源開(kāi)發(fā)技術(shù)，現(xiàn)有各類(lèi)開(kāi)發(fā)假設(shè)都存在技術(shù)缺陷。減壓開(kāi)發(fā)法是通過(guò)降低壓力促使天然氣水合物直接分解，不需要連續(xù)激發(fā)，成本較低，適合分布面積較廣的天然氣水合物開(kāi)發(fā)，尤其適用于存在下伏游離氣層的天然氣水合物藏的開(kāi)發(fā)。但此開(kāi)發(fā)方式對(duì)天然氣水合物藏的性質(zhì)有特殊要求，只有當(dāng)天然氣水合物位于溫度與壓力平衡邊界附近時(shí)，減壓開(kāi)發(fā)才具有可行性。熱力法開(kāi)發(fā)是直接對(duì)天然氣水合物層進(jìn)行加熱，使天然氣水合物層的溫度超過(guò)其平衡溫度，從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣。熱力法開(kāi)發(fā)方式可實(shí)現(xiàn)循環(huán)注熱，開(kāi)發(fā)過(guò)程所需時(shí)間較短，但至今尚未很好地解決熱利用效率低的問(wèn)題，且只能局部加熱，因此有待進(jìn)一步完善。而化學(xué)試劑注入法初期能量輸入低，但所需的化學(xué)試劑昂貴，還伴隨較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。此外，日本學(xué)者還提出二氧化碳置換開(kāi)發(fā)和固體開(kāi)發(fā)等新的開(kāi)發(fā)方式假設(shè)，但都存在開(kāi)發(fā)工藝復(fù)雜、開(kāi)發(fā)過(guò)程中有工程安全和環(huán)境保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)等難點(diǎn)。

三是安全與環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)現(xiàn)有資料和研究成果，天然氣水合物開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在巨大的安全與環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。從資源賦存方式看，天然氣水合物結(jié)構(gòu)嵌入在海底，成為該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的一部分，但當(dāng)前尚不能完全了解天然氣水合物在深海低溫高壓條件下保持穩(wěn)定的條件和結(jié)構(gòu)。在天然氣水合物的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，極有可能導(dǎo)致其在海洋中發(fā)生液化，一是可能破壞現(xiàn)有的區(qū)域海洋生態(tài)系統(tǒng)；二是可能改變海底及大陸架的地質(zhì)構(gòu)造，誘發(fā)地震乃至大規(guī)模的海嘯，給日本和周邊國(guó)家?guī)?lái)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

此外，開(kāi)發(fā)的過(guò)程中可能伴有規(guī)模不可控的甲烷等氣體釋放，會(huì)對(duì)海洋環(huán)境和大氣環(huán)境產(chǎn)生難以估測(cè)的不利影響。單位體積的甲烷在空氣中釋放所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是等體積二氧化碳的30倍，將極大地加劇全球氣候變暖，可能會(huì)對(duì)全球生態(tài)環(huán)境造成災(zāi)難性的后果。

四是經(jīng)濟(jì)性不足。未來(lái)天然氣水合物的生產(chǎn)成本必須大幅降低，才能獲得市場(chǎng)的認(rèn)可。以同樣將氣化成天然氣供應(yīng)市場(chǎng)的LNG資源為例，2011～2014年日本進(jìn)口LNG價(jià)格在16.4～18.5美元/百萬(wàn)英熱單位，考慮2014年下半年來(lái)國(guó)際油價(jià)持續(xù)走低等因素，預(yù)計(jì)2015年日本LNG進(jìn)口均價(jià)可能低至7～10美元/百萬(wàn)英熱單位。但根據(jù)現(xiàn)有工藝測(cè)算，天然氣水合物制成天然氣的成本高達(dá)30～50美元/百萬(wàn)英熱單位，毫無(wú)經(jīng)濟(jì)性可言。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省也意識(shí)到經(jīng)濟(jì)制約性，已計(jì)劃于2018年實(shí)現(xiàn)200萬(wàn)立方英尺/日的試采產(chǎn)量，并力圖將成本降低至16美元/百萬(wàn)英熱單位。

為克服上述難題對(duì)天然氣水合物開(kāi)發(fā)的挑戰(zhàn)，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省計(jì)劃分四步加快天然氣水合物發(fā)展步伐：第一步，在2015年內(nèi)完成新一輪天然氣水合物測(cè)試，并嘗試在海上安裝天然氣水合物相關(guān)開(kāi)發(fā)裝置；第二步，計(jì)劃在2018年結(jié)束前，按照商業(yè)化生產(chǎn)的原則嘗試對(duì)周邊海域天然氣水合物資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)；第三步，根據(jù)嘗試開(kāi)發(fā)階段遇到的問(wèn)題，有針對(duì)性地重點(diǎn)突破儲(chǔ)層類(lèi)型認(rèn)識(shí)、降低井口壓力、水合物開(kāi)采及控制以及環(huán)境保護(hù)等技術(shù)難點(diǎn)；第四步，在前三步合理實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，暫定2023～2027年商業(yè)化開(kāi)發(fā)其豐富的天然氣水合物資源。