天然氣水合物開發要探求更經濟途徑
——訪北京大學工學院教授、我國天然氣水合物首次試采工程首席科學家盧海龍

□ 本刊記者 許帆婷

如果將來天然氣水合物實現商業化開發，可能含游離氣的這種儲層類型能最先實現突破。

訪談者名片：盧海龍，北京大學工學院、海洋研究院教授，北京天然氣水合物國際研究中心主任，“千人計劃”國家特聘專家，中國地質調查局“李四光學者”，20多年來致力于天然氣水合物的基礎理論及調查和開發利用有關研究，曾長期在日本和加拿大從事相關研究工作。他是我國首次天然氣水合物試采工程的首席科學家，提出的“地層流體抽取法”（流體抽取-相態控制法）對試采成功起了關鍵性作用。

2017年5月，中國地質調查局在南海神狐海域進行了首次天然氣水合物試采，連續試氣點火60天，累計產氣30.9萬立方米，平均日產氣5151立方米。這標志著我國海域天然氣水合物研究取得歷史性突破。2017年11月，我國宣布天然氣水合物為第173個獨立礦種，為今后的產業化開發利用奠定了基礎。

海域天然氣水合物在我國的開發利用前景如何，首次海域試采過程克服了哪些技術和工程難題，天然氣水合物的商業化開發還需要突破哪些瓶頸？近日，本刊記者采訪了北京大學工學院教授、我國天然氣水合物首次試采工程首席科學家盧海龍。

目前天然氣水合物試采最大問題是出砂

記者：據有關方面評估，天然氣水合物在全球的儲量很大。美國、日本等國家多年來一直在探索開發利用模式。天然氣水合物為什么那么難開采，面臨哪些技術困難？

盧海龍：與常規能源相比，天然氣水合物的能量密度相對較低。雖然儲量大、分布范圍廣，但單位體積的能量密度不如常規油氣高。此外，天然氣水合物在不同類型沉積物中的飽和度也是不同的。在粗砂巖中飽和度能達到90%以上，而在粉砂質或黏土質等細粒沉積物中飽和度就非常低，只有5%左右。目前國外天然氣水合物試采，都是在粗砂型的儲層進行。

日本是世界上在調查研究天然氣水合物方面比較積極的國家。他們與加拿大合作，在加拿大北極地區與日本南海海槽儲層沉積物類型相似的馬利克進行了3次陸上試生產。第一次試采在2001年冬天到2002年，采用加熱法，5天時間內生產了不到500立方米天然氣，效率比較低。加熱法的思路就被放棄了。第二次試采在2005年冬天到2006年，采用降壓法生產，但由于沒有考慮到出砂問題，試采開始后不久就因為出砂堵住生產管道，無法繼續進行。第三次試采在2007年冬天到2008年，采用了一些防砂辦法，試采進行了6天，最好的瞬時產量折合日產量有4000～5000立方米，與加熱法相比算是比較理想的。

此后，日本和美國合作又在阿拉斯加用二氧化碳置換法進行了一次試采，生產效果不理想。這樣經過幾次陸上試采，發現降壓法相對來說比較可行。2013年3月，世界上首次海域天然氣水合物試采在日本南海海槽進行，共進行了6天，單井日產穩定在2萬立方米，雖然與商業化開發還有差距，但從試采來說還是比較可觀的。這次試采讓世界其他國家對天然氣水合物的開發再次看到希望。

后來日本的試采也是因為出砂，影響了生產的繼續進行。目前天然氣水合物試采遇到的最大問題就是出砂，導致生產不能長期進行。

記者：有分析認為，天然氣水合物的開發利用容易導致不可控制的地質和環境風險，您怎么看？

盧海龍：有人認為天然氣水合物開采過程會導致甲烷大規模泄漏，實際上這是比較難發生的。因為我們在試采過程中需要人為干預才能把它從地層中抽取出來。比如采用降壓法生產，當人為干預存在時，儲層壓力降低導致水合物分解而釋放出天然氣；一旦停止干預，儲層壓力恢復，水合物就變得穩定而不再繼續分解，也就不再出氣了?？傮w來講，這是個可控的過程。還有，我們為了安全生產，從試采準備階段就采取了各種措施（試采地點環境基線調查、工程調查和安全評估等），試采過程中也做了相當嚴密的防護。

另外，天然氣水合物開采會不會造成地層滑坡？在大規模生產的時候確實有這種風險。因為水合物分解后地層會形成脆弱層，在大規模生產時，具有一定坡度和工程地質條件的地層有可能被誘發滑坡，這在地質歷史中也是發生過的。為了防止這個潛在的風險，我們在生產之前先進行了模擬，開展了風險評估，優選了試采地點。

這次試采為天然氣水合物開發蹚出了一條新路

記者：去年我國在南海的天然氣水合物試采，不僅在海域水合物試采研究中第一次實現了連續穩定產氣，而且也是世界首次成功實施泥質粉砂型天然氣水合物藏安全可控開采試驗。研究團隊攻克了哪些技術難點？

盧海龍：最初中國也想找飽和度比較高的粗砂層，但經過十幾年的調查，還沒有找到像日本那樣的粗砂層儲層。中國南海海域的天然氣水合物儲層屬于黏土質粉砂類型，水合物的飽和度相對較低、滲透率低，這樣產能也就相對比較低，是比較難開發的類型。

天然氣水合物的儲層類型大致可以分兩種，一種是水合物儲層下面有游離氣層，但更多的是水合物儲層下面沒有游離氣的。這次試采，在設計時有幾口井是針對單純水合物儲層的，有一口井是針對有游離氣儲層的。但是受南海試采作業的時間窗口所限，最后只實施了對水合物層下有游離氣儲層類型的試采。有人質疑我們的試采，認為生產的天然氣并不完全來自水合物分解，還有相當多的游離氣被采出來。這種質疑可以理解，但水合物的開發方法必須建立在對水合物儲層的認識基礎上。上覆的水合物儲層和緊接其下的游離氣層同為天然氣水合物系統的一部分；從技術上來說，通過抽取游離氣使得上覆的天然氣水合物變得不穩定而發生分解，從而實現從水合物儲層生產天然氣，這是公認的一種生產方法。此外，對游離氣的抽取不但可以使水合物變得不穩定，也可以彌補一部分高成本。因此，如果將來天然氣水合物實現商業化開發，可能含游離氣的這種儲層類型能最先實現突破。

這次試采為天然氣水合物的開發蹚出了一條新路。過去的勘探往往尋找砂質儲層，這種黏土質粉砂層從來都不考慮開發，但是在世界上水合物藏中，這種類型是占比最大的。這次試采以后大家觀念可能會發生變化。所以我們試采成功具有很大的意義，對天然氣水合物的開發具有很大的促進作用。

記者：首次試采之前，工程團隊是如何勘查、準備的，如何評估這次試采的可行性？

盧海龍：在試采之前，中國地質調查局做了詳細的地質勘查工作。在尋找試采地點時有幾個方面需要考慮：首先，水合物藏要有一定規模，適合較長時間的試生產。其次，雖然找不到粗砂層，但儲層的滲透率最好盡量高一些。試采前對幾個類型的儲層做數值模擬和儲量評估。再次，在施工之前，還要做工程勘查。有的儲層條件雖然很好，但工程地質條件可能不太適合生產，比如在一個大坡上設立井架就可能不穩，試采容易發生工程事故，還有比如儲層上面地層的斷層較多，可能會使地層不穩定，也不適合生產。因此，在試采之前，我們做了一系列勘查準備，包括環境監測、工程準備、硬件采購等，有些硬件設備還需要專門定制。我們從2016年初開始，只有1年左右的準備時間，時間非常緊張。

有針對性的創新才更經濟高效

記者：生產的工具設備是自主知識產權嗎？

盧海龍：有相當一部分設備不是自主知識產權的，是石油工程中常用的。創新不能盲目，應該有針對性。天然氣水合物目前還處在試生產階段，相關經驗很少，光憑想象設計的儀器設備不一定有效?，F有的設備已經經過油氣工業多年檢驗和改進，在性能等各方面是比較成熟的。在試驗開發前就研發、在試采時盲目試驗新的設備，除了研發成本，還承擔很高的出海和作業成本，一旦研發的裝備無效，將造成數以億計的經濟損失。使用現有的裝備，是最經濟的方式。當然，經過試驗生產，發現現有設備的問題，同時為了提高能效和安全性，對現有設備進行改進甚至研發新的設備，這時的研發才是有針對性的，成本會相對比較低，效率也會更高。經過這次試采后，我們就非常清楚哪些設備在哪些方面需要改進，哪些設備需要研發，哪些技術需要繼續創新。在下次試采時，就會做得更好。

記者：在首次試采過程中，出現過前期沒有預料到的情況嗎，你們是如何研究解決的？

盧海龍：在施工過程中的確碰到一些沒有預想到的問題，也很擔心這些問題是否會對生產產生影響。但最后這些問題都找到辦法解決了。比如預計第一口井生產兩個星期，但是后來生產了兩個月，所以需要對后續試驗計劃進行調整。

在南海的作業時間是有窗口期的，為了安全考慮，一般在臺風較多的7月之前需要完成作業。即使這樣，試采期間還是遇到了躲不過去的臺風。大部分臺風都是在菲律賓附近洋面形成，然后移動到我國南海，如果預測到有臺風靠近，就需要停止生產，關停拔管，把平臺開到臺風路線以外去躲避，等臺風過去以后再進行回插。

中國首次海域天然氣水合物試采使用的鉆井平臺“藍鯨1號”。視覺中國 供圖

但是試采時遇到的那次臺風，是在平臺附近生成的，我們沒有時間躲避。那一次，前幾天附近海面特別平靜，像鏡子一樣沒有一點波浪。經常出海的人都知道，可能有臺風要來了。忽然，臺風就生成了，中心正好經過試采平臺。因為沒有時間躲避，只好硬扛。所幸平臺比較新、自重大，有動力定位系統，相對來說比較穩定。即便如此，臺風還是把電泵的電纜刮斷了。雖然后來采取了臨時補救措施，但還是影響了產量。

記者：日本和中國連續試采天然氣水合物成功后，許多國家對天然氣水合物的商業化生產重燃信心，并制定了時間表。比如中國希望在2030年前能實現天然氣水合物的商業化開發。您認為要進入商業化開發還需要解決哪些問題？

盧海龍：天然氣水合物的商業化開發不單單是技術問題。從技術角度來說，這次試采已經成功地生產出天然氣，表明已經初步具有這項技術。再經過一段時間的研發，比如再有10年左右的時間，天然氣水合物開采的技術就相對比較成熟了。

商業化開發一定要有利可圖，因此除了技術，還面臨成本問題。要實現商業化開發，首先必須達到一定的產能。比如在這次試采的海區，需要一天生產幾十萬甚至100萬立方米天然氣才能勉強覆蓋成本。這次試生產每天產能只有幾千立方米，高一點也就一兩萬立方米，距離商業化開發要求還比較遠。所以今后研發的第一目標要增加產能，第二目標是降低生產成本，這就需要研發一系列新技術。

考慮到與傳統油氣相比，天然氣水合物能量密度相對低、開發成本高的特點，可能含有游離氣層的天然氣水合物儲層類型會最早實現商業化開發，因為游離氣的開發可以彌補水合物本身開發的高成本，而且給了水合物儲層響應的時間。但這種類型的天然氣水合物儲層比較少，在我國南海分布也不是很普遍，第一次試采選的幾個井位只有一個井位是這種儲層類型。

經過第一次試驗后，我們對天然氣水合物的開發有了更深的認識。為實現水合物的產業化開發，需要有目的、有針對性地進行創新。下一次試采的時間正在規劃，在不久的將來，我們再次向天然氣水合物開發進軍，屆時將會試驗應用研發的一些新技術。