水合物的有效開采在國家層面具有戰(zhàn)略性和革命性特征，在技術(shù)層面具有前沿性和競爭性特點，是必須加快布局、盡快搶占的技術(shù)制高點和產(chǎn)業(yè)制高點。

　　圍繞可燃冰的戰(zhàn)略地位，創(chuàng)新人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)機(jī)制，推動知識、技術(shù)等要素參與商業(yè)化分配。支持有條件的高校開展科技成果“三權(quán)”改革試點，圍繞校地協(xié)同創(chuàng)新，制定配套的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)專項資金扶持、稅收減免、科技從業(yè)人員個稅優(yōu)惠等政策措施。

具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全球首個海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采大型物理模擬實驗系統(tǒng)。

上世紀(jì)30年代，人們在鋪設(shè)天然氣管道的過程中，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)經(jīng)常被奇怪的“冰塊”堵塞，后來科學(xué)家對“冰塊”的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這是一種天然氣和水的結(jié)合物，俗稱可燃冰。

目前，世界各國都高度重視該領(lǐng)域商業(yè)化技術(shù)發(fā)展，正在加大投入和加緊研究，天然氣水合物的商業(yè)開發(fā)應(yīng)用技術(shù)。

近日，第十二屆世界天然氣水合物研究與開發(fā)大會暨中國工程院284次中國工程科技論壇在西南石油大學(xué)召開。眾多天然氣水合物研究領(lǐng)域世界頂級專家首次齊聚中國，對天然氣水合物的開發(fā)與商業(yè)利用進(jìn)行了深入交流探討。

　　可燃冰之難 ，如何各個擊破

天然氣水合物在我國海域的資源量有約100萬億立方米，南海資源量達(dá)到了85萬億立方米，是全國常規(guī)天然氣儲量的2.1倍以上。

海洋天然氣水合物賦存區(qū)域大多具有埋深淺、礦藏疏松、弱膠結(jié)或未膠結(jié)、不穩(wěn)定、無致密蓋層、無發(fā)育完備的生儲蓋等特征（非成巖天然氣水合物，占85%以上），采用降壓法長期開采，水合物無序分解且不可控將面臨五大風(fēng)險：泥砂大量入井造成堵塞停產(chǎn)；大量分解天然氣逸散到海水中，資源浪費、采氣率、產(chǎn)量低；海底結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致生產(chǎn)裝備失穩(wěn)失控，造成生產(chǎn)安全風(fēng)險；大量逸散天然氣自由膨脹上升對海上船只造成災(zāi)難和破壞海洋生態(tài)，大量天然氣進(jìn)入大氣層產(chǎn)生溫室效應(yīng)；長期開采，水合物礦體潰散塌陷，導(dǎo)致地層不穩(wěn)定，引發(fā)海底滑坡。

國內(nèi)外天然氣水合物開采技術(shù)研究和試采工程以降壓法為主，均借鑒常規(guī)油氣開采工藝，由于試采時間短，回避了長期開采存在的環(huán)境安全、裝備安全、生產(chǎn)安全以及工程地質(zhì)風(fēng)險。

除了中國外，還有 80 多個國家和地區(qū)正在進(jìn)行可燃冰的研究與調(diào)查勘探。日本在天然氣水合物領(lǐng)域已有多年技術(shù)積累，曾兩次嘗試開采海底可燃冰并提取甲烷。但由于海底砂流入開采井，兩次試驗都在中途被迫中斷。目前，日本正在與德國開展技術(shù)合作，計劃開發(fā)用類似固態(tài)流化法的水下機(jī)器人開采天然氣水合物。千葉大學(xué)教授Hitoshi Tomaru指出，日本希望能延長甲烷水合物的開采時間，減少開采成本，目前還有一些技術(shù)難題需要突破，希望有更多企業(yè)能參與天然氣水合物的開采中。

2017年，西南石油大學(xué)的固態(tài)流化試采是世界首次成功實現(xiàn)資源量占全球90%以上、開發(fā)難度最大的泥質(zhì)粉砂型天然氣水合物安全可控開采。這表明我國唯一擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋“可燃冰”固態(tài)流化開采新技術(shù)獲得突破性成果，使中國成為獨立掌握海洋“可燃冰”試采技術(shù)、工具的國家。

可燃冰開采技術(shù)具有意義重大和難度巨大的雙重屬性，我國可燃冰開采技術(shù)已有階段性優(yōu)勢。但是在大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的征途中急需擴(kuò)大具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的可燃冰固態(tài)流化開采技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，攻克解決一系列世界性的關(guān)鍵問題，才能逐步形成穩(wěn)固的國際領(lǐng)先地位。中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會副主席周守為院士認(rèn)為我國雖然邁出了關(guān)鍵一步，無論是基礎(chǔ)理論研究還是開采方法、裝備、運營模式等方面都還面臨著巨大挑戰(zhàn)。三氣合采，即天然氣水合物、淺層氣、常規(guī)氣開采可能是人類早期實現(xiàn)天然氣水合物商業(yè)性開發(fā)利用的最有效途徑。

西南石油大學(xué)校長趙金洲表示，水合物的有效開采，將為我國加快推進(jìn)天然氣大規(guī)模利用提供堅實的資源基礎(chǔ)，為推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命提供更好的支撐條件，為保障國家能源安全提供可靠的國內(nèi)依托。他還指出，水合物的有效開采在國家層面具有戰(zhàn)略性和革命性特征，在技術(shù)層面具有前沿性和競爭性特點，是必須加快布局、盡快搶占的技術(shù)制高點和產(chǎn)業(yè)制高點。

　　可燃冰之術(shù) ，如何步步攻克

可燃冰進(jìn)行大規(guī)模研究是在 1998年后，國土資源部成立后，開展了新一輪國土資源大調(diào)查。在大調(diào)查的框架之下，國土資源部完成了“中國海域氣體水合物勘測研究調(diào)研”課題，首次對中國海域的天然氣水合物成礦條件及找礦遠(yuǎn)景做了總結(jié)。2002 年，天然氣水合物被正式列入國家計劃，國家批準(zhǔn)設(shè)立了水合物專項 “我國海域天然氣水合物資源勘測與評價”。2007 年 5 月，成功在南海海底鉆到了天然氣水合物樣品。2009 年，中國在陸域永久凍土區(qū)祁連山鉆探獲得實物樣品。

2012年，西南石油大學(xué)首次基于海洋天然氣水合物物理特性和海洋環(huán)境特點提出了六個“利用”原理，即：利用非成巖水合物埋深淺、疏松、易于粉碎流化的地質(zhì)特性實現(xiàn)高效破碎保證采收率；利用海底溫壓相對穩(wěn)定不易分解的海床環(huán)境實現(xiàn)礦體不分解保證海洋生態(tài)安全；利用從海底到海面溫度自然升高、壓力自然降低的自然條件實現(xiàn)管道內(nèi)可控氣化分解保證施工作業(yè)安全；利用水合物與泥砂比重差異大、可初步分離回填部分泥砂的特性實現(xiàn)地質(zhì)穩(wěn)定保證地層與水下裝備安全；利用表層溫度較高的海水作為引射流體起到升溫分解作用，實現(xiàn)自然熱流促進(jìn)氣化分解保證開采能耗最優(yōu)；利用水合物升溫降壓條件下自然解析、相變的物理特征實現(xiàn)分解氣舉升保證開采輸送效率?；乇芸扇急鶅拥臒o序分解和地質(zhì)坍塌，實現(xiàn)了“順其自然、變害為利、變不可控為可控”的安全綠色開采。

可燃冰所處環(huán)境十分復(fù)雜,開采更是牽一發(fā)而動全身，除了優(yōu)化開采方式外，還需要攻克各種技術(shù)難題。這支技術(shù)團(tuán)隊歷經(jīng)了多年協(xié)同攻關(guān)，提出了海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采原理，發(fā)明了基于該原理的模擬實驗方法和技術(shù)，研制和開發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全球首個海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采大型物理模擬實驗系統(tǒng)，通過系統(tǒng)實驗?zāi)M支撐了全球首次海洋非成巖天然氣水合物固態(tài)流化成功試采的方案制定和工藝流程設(shè)計。

科研團(tuán)隊首次將海洋天然氣水合物分為成巖和非成巖水合物；基于非成巖水合物特征，提出6個“利用”技術(shù)策略，首創(chuàng)水合物固態(tài)流化開采技術(shù)原理和水合物采掘、碎化、海水引射流化、泥砂分離回填、漿體舉升、平臺深度分離再回填技術(shù)工藝，其科學(xué)實質(zhì)是將非成巖不可控水合物藏轉(zhuǎn)變?yōu)槊荛]管道內(nèi)可控水合物藏；發(fā)明海洋非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采模擬實驗方法及技術(shù)，實現(xiàn)了1500米水深、4500米管長固態(tài)流化開采全程模擬；發(fā)明和研制成功全球首個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采大型物理模擬實驗系統(tǒng)。包括水合物樣品制備、破碎及漿體調(diào)制，漿體高效管輸與分離，實時圖像捕捉、數(shù)據(jù)采集及安全控制自動化3大模塊12個子系統(tǒng)；首次系統(tǒng)開展海洋非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采實驗，為試采方案制定、工藝優(yōu)化設(shè)計和井下工具研發(fā)提供了依據(jù)，支持了全球首次固態(tài)流化成功試采。

2017年，《Science》以“Latest Achievement of SKL of SWPU”為題報道該成果。2018年，CNKI網(wǎng)絡(luò)發(fā)布《海洋天然氣水合物固態(tài)流化開采大型物理模擬實驗》論文，央視《新聞直播間》以此文為典型報道了“鞏固學(xué)術(shù)話語權(quán)”的重大意義。

　　可燃冰之路 ，如何越走越通暢

在給人類帶來新的能源前景的同時，可燃冰對人類的生存環(huán)境也提出了非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前，為了加速實現(xiàn)“可燃冰”工業(yè)化大規(guī)模開采，中國可燃冰的相關(guān)理論研究、技術(shù)攻關(guān)和開發(fā)實驗工作正在緊鑼密鼓進(jìn)行中。為了實現(xiàn)可燃冰工業(yè)化開采，把握我國未來“可燃冰”開采的主動權(quán)，針對可燃冰發(fā)展，有如下幾點建議：

制定可燃冰產(chǎn)業(yè)發(fā)展國家戰(zhàn)略。由國家科技部牽頭，組織中國工程院、中國石油、中國科協(xié)、西南石油大學(xué)等，對可燃冰產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行統(tǒng)籌研究、總體布局，對可燃冰開發(fā)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。

制定可燃冰技術(shù)體系規(guī)劃和配套政策。在可燃冰發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，加快制定技術(shù)體系規(guī)劃，完善政策、資金、體制機(jī)制等配套支撐。設(shè)立專項基金，支持包括儲層評價、高效鉆采、高效輸送、地層、工程及環(huán)境安全控制和智能水下裝備等規(guī)?；虘B(tài)流化核心技術(shù)的攻關(guān)、優(yōu)化和成果轉(zhuǎn)化。

提前研究制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。建議國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會提前介入，研制定可燃冰工廠化作業(yè)、水平井鉆井、高效排采和環(huán)保方面標(biāo)準(zhǔn)；研制海洋可燃冰勘探開發(fā)與關(guān)鍵設(shè)備等關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；優(yōu)化可燃冰產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，開展上游取樣、分析測試等標(biāo)準(zhǔn)研究等。

加快可燃冰裝備制造產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。以可燃冰固態(tài)流化開采技術(shù)為核心，以國產(chǎn)化為基礎(chǔ)，以油氣裝備制造企業(yè)為載體，以市場化為導(dǎo)向，以投資、財稅等專項配套政策為支撐，規(guī)劃國家級可燃冰制造業(yè)示范區(qū)，布局可燃冰技術(shù)成果轉(zhuǎn)化孵化基地和裝備制造產(chǎn)業(yè)集群。

制定產(chǎn)業(yè)人才發(fā)展體系及支持政策。圍繞可燃冰的戰(zhàn)略地位，創(chuàng)新人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)機(jī)制，推動知識、技術(shù)、管理等要素參與未來商業(yè)化分配。大力支持有條件的高校開展科技成果“三權(quán)”改革試點，圍繞校地協(xié)同創(chuàng)新的重點任務(wù)，制定與之配套的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)專項資金扶持、稅收減免、科技從業(yè)人員個稅優(yōu)惠等政策措施。

未來天然氣水合物發(fā)展空間廣闊，前景可期，正如中國工程院院長李曉紅所言，只有全世界科學(xué)家們加強(qiáng)國際合作，致力于新能源的開發(fā)利用，才能打造世界新能源命運共同體，最終造福全人類。（對話西南石油大學(xué)  趙金洲 張烈輝 魏納 陳軍華）（中國石油報實習(xí)記者 王馨悅 整理）