——专访中国石油大学(北京)庞雄奇教授
毫不夸张的说，当今时代，能源是全人类赖以生存的基础，是驱动人类文明发展的重要动力，纵观人类社会发展史，每一次重大进步都伴随着能源结构的改进和能源类型的更替。飞速和高度发展的背后，是地球上的能源作为保障。近百年来，煤炭、石油、天然气等不可再生资源，随着人类需求量增大和过度开采，终将面临枯竭的结局，寻找新的替代能源成为人类当前唯一出路。
近些年来，有一种被誉为人类未来可能接替油气的新型能源，受到全球广泛关注而受到全世界科学家们火热研究，这就是天然气水合物，俗称可燃冰。过去五十年里，全球众多科研人员对天然气水合物资源潜力进行了研究和评价，认为其污染远小于煤、石油等传统化石能源，且储量巨大，未来有望接替油气等能源，并对其发展前景感到十分乐观。
天然气水合物果真如此神奇，是人类未来能源的新方向吗?带着这些问题，本刊记者带大家走近中国石油大学(北京)庞雄奇教授。庞教授三十多年来一直从事油气地质与勘探的科研和教学。近二十年以来连续两轮担任国家重点基础研究发展规划“973” 项目的首席科学家，针对常规和非常规油气资源关联性和差异性展开攻关，发现了3个控制常规和非常规油气成藏的动力学边界，划分出3个不同的油气动力场，建立了动力场控藏模式并提出了油气藏统一成因分类方案。近五年来，他带领团队深入开展天然气水合物资源评价理论和方法研究，对此有着独特且深刻的新见解。
记者：庞教授，您好，近些年来关于天然气水合物这种能源的研究十分火热，您对此是如何看待呢?请您先给大家普及一下天然气水合物的知识吧。
庞雄奇：天然气水合物实际上就是甲烷气分子与水分子在高压和低温条件下形成的似冰状结晶物质，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为“可燃冰”。自20世纪60年代在西西伯利亚麦索雅哈气田发现天然气水合物以来，其资源价值就引起了油气工业界的广泛关注，俄、美、英、加、日等许多发达国家，甚至一些发展中国家对其也极为重视，开展了大量的地质调查和研究工作。天然气水合物在自然界广泛存在，主要分布在大陆永久冻土、海洋岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖盆的深水环境。自1973年前苏联学者第一次评价全球水合物资源潜力高达300万万亿立方米以来，天然气水合物受到了广泛关注，有些人基于不同学者评价结果的众数值和平均值均大于全球常规油气资源量而认为其发展潜力巨大，被誉为人类未来接替油气的新能源。
记者：看来这种“可燃冰”真的是人类未来能源的新希望呢，那么我国是如何开展天然气水合物研究的?
庞雄奇：相对说来，我国开展大规模水合物研究较晚。1984年伊始，我国开始跟踪国外天然气水合物研究进展，1999年即展开东沙、神狐、西沙、琼东南4个海域天然气水合物的综合调查，2007年在神狐海域实施了多航次地质调查与天然气水合物钻探研究，在8个钻孔中的3个采出了分散状水合物样品。然而，直到2017年5月18日，我国才在南海北部的神狐探区进行水合物直井试采，并取得巨大成功，首次实现了连续稳定产气。2020年，我国又成功进行了较大规模的水平井试产，创造了产气总量8614万亿立方米、日均产气量287万亿立方米的两项世界纪录，突破了大规模开采的第一道技术屏障，展示出了广阔的发展前景。2020年1月1日，中国科学院学部设立了“南海石油天然气综合开发发展战略研究”重大咨询项目，下设一个课题重点研究“南海天然气水合物资源潜力与发展战略”。我们非常有幸参加了这一课题的研究工作，然而我们获得的认识与人们的期待相差甚远。
记者：竟然会是这样!那么根据您们在此方面的多年科研，事实究竟是怎样的呢?
庞雄奇：我和我的团队以前主要是研究常规油气成藏机制和分布规律的。自2006年开始，我作为国家 “973”项目首席科学家，主持了中国叠合盆地深层油气成藏机制和分布规律的研究，经过十多年的全力探索，我们揭示了常规油气和非常规油气之间的关联性和差异性并建立了统一成因模式。2017年在全国有机地球化学研讨会上，戴金星院士作了一个全球天然气水合物碳同位素分布特征的精彩报告，他用大量的数据资料展示出全球已经发现的13个水合物藏之中氢碳同位素与目前人类大规模开发利用的常规和非常规油气的氢炭同位素分布特征完全相同，使我们认识到天然气水合物是一种特殊相态形式的天然气资源，均属于全球油气系统演化过程中沉积有机质的降解产物。基于这一新认识，我们联合中国科学院贾承造院士和中海油深圳分公司总地质师施和生教授、中国工程院外籍院士和加拿大科学院院士陈掌星教授以及加拿大地质调查局谌卓恒高级研究员等科学家一起，针对全球油气系统演化过程中天然气水合物与常规和非常规油气资源之间的关联性展开攻关研究，建立了它们之间的物质平衡方程并提出了天然气水合物资源量反演模拟新方法。同时，通过对比全球水合物钻探结果提出了评价水合物资源量的体积类比法;依据早前29组科学家的评价结果随时间变化规律提出了评价水合物资源量的趋势分析法。
采用上述三种方法开展水合物资源评价并相互验证，结果表明：全球天然气水合物可采资源量不到常规油气可采资源总量的5%，中国南海天然气水合物资源潜力不到早前评价结果的10%。考虑到大规模开采应对诱发的地质灾害和环境污染所需产生的额外成本，其市场竞争时效性不及非常规油气和可再生能源。由此，我们得出了“全球天然气水合物不可能成为未来人类发展的主导能源”和“天然气水合物不可能构成未来我国南海油气资源的主体”等全新认识。
记者：请您再具体详细谈一谈您们的科研成果好吗?
庞雄奇：实际上，目前我国南海水合物研究呈现出与全球水合物研究截然不同的特点。主要表现在两方面：一是在全球范围内，国外政府主导的10项天然气水合物重大项目之中有7项集中于资源潜力研究，而我国南海已有国家资助的39项水合物研究主要集中于钻采工程和地质工程等，没有一项聚焦于资源潜力评价理论和方法研究。二是近二十年来，我国南海已开展了35次水合物资源潜力评价，结果都介于600～900亿吨油当量之间，长期保持不变，这与国外资源评价结果随时间大幅减少超过10000倍的情况完全不同。导致全球水合物资源评价结果呈现不断减少的原因很多，包括研究者采用的方法技术和参数等不同，但我们认为整体呈现出不断减少的变化趋势主要与天然气水合物地质资料增加和认识水平提高有关，结果越来越接近客观实际。具体表现在四个方面：第1，全球钻探结果和水合物固相平衡成因理论的提出将水合物分布范围限定于500m水深以下的沉积地层内，使水合物资源潜力减少为早前了观估算的19%。第2，水合物天然气有机成因理论的提出将水合物分布限定在富含有机质的沉积盆地内，使评价结果又减少了50%。第3，全球90%的水合物都分散在海底尚未完全固结的沉积物内，只有那些被排出并在高孔高渗储层内聚集起来且饱和度超过20%后才能构成有效资源，这一认识又进一步使水合物原地资源量减少至原地水合物总量的20%左右。第4，当前技术条件下可以采出的水合物才能够被大规模动用，这一客观现实条件将水合物可采资源量限定于地质资源量中的一部分，依据物理模拟实验结果约为地质资源量30%左右。考虑上列新的研究进展和认识之后，再重新评价全球水合物可采资源量不到原来最乐观评估值的1%。
我国早前评价南海天然气水合物资源潜力时没有考虑这些因素，获得的评价结果仅为远景含气量，不是地质资源量，更不是可采资源量。因此，该结果不能用于指导勘探生产和发展战略研究。为了获得具有现实意义的水合物地质资源量和可采资源量，我们课题组采用了我们自己提出的物质平衡反演法、体积类比法和趋势分析法，评价出南海天然气水合物可采资源量介于0.8万亿立方米～6.5万亿立方米。
具体而言：首先，我们基于全油气系统理论和物质平衡反演法评价出南海天然气水合物可采资源量介于9～14亿吨油当量;其次，基于不同时期全球水合物研究新认识以及南海水合物地质调查新进展获得的新资料，将南海水合物研究分成7个阶段，依据7个阶段资源潜力评价结果的变化趋势，预测南海水合物可采资源量介于40～65亿吨油当量;最后，基于全球天然气水合物最新钻探结果和中国南海神狐探区最新试采结果，将神狐探区单位体积储层内获得的水合物量类比至整个南海地区，评价出可采资源量介于10～45亿吨油当量。采用三种新方法评价获得的可采资源量较为接近，平均值和众数值介于9～65亿吨油当量，平均不足早前评价结果的10%，仅约南海常规油气资源总量的5.2%～23.8%。南海水合物资源潜力太小限定了它的发展前景。
除此之外，我国南海水合物资源的开发需要应对大规模开采可能诱发的地质灾害和环境污染，这需要付出额外成本和时间。有些学者研究认为，水合物资源大规模商业开采可能需要在2050年之后，届时可再生能源的国际市场占有率将高达30%、非常规油气资源占比将增至65%～75%，这将导致需要更多额外成本的水合物资源的发展空间进一步被压缩。基于多方面考虑，我们得出了“天然气水合物不可能构成未来南海油气资源的主体”这一全新认识。
相关成果目前已在“油气与工程”领域一区TOP期刊(Petroleum Science)上以1篇封面论文和6篇专栏论文的形式发表，近期我们又将相关论文翻译成中文并汇集成专著出版。如果没有讲明白的地方，大家可以查阅参考，特别期待大家一起就相关问题进行探讨。
记者：如此结果，那么我们此前做了这么多研究工作岂不是白白浪费吗?
庞雄奇：不会的。在新型能源资源探索过程中，“识别误陷区”与“发现新领域”一样都是对全球能源创新发展的宝贵贡献。这是中国科学院学部“南海石油天然气综合开发发展战略研究”重大咨询项目负责人高德利院士对我们研究工作的鼓励。科学探索的目标是揭示自然规律，从而为人类生存和发展服务。我们今天有全新的认识，与早期的工作积累和研究成果分不开。当认识到天然气水合物资源潜力比曾经想象的小得多的时候，我们可以通过制定新的发展战略指导未来的工作：一是可以避免大规模勘探开发可能带来的损失，二是可以通过与常规和非常规油气资源的联合开发提高综合成效，三是可以将人力和财力更多的用于发展更加现实的可再生能源以及其它非常规油气资源。我们得出“天然气水合物不可能成为未来人类发展的主导能源”是考虑了市场经济条件，在国家急需能源而又没有其它途径的非常时期，天然气水合物同样可以作为能源被开发利用;在未来市场经济条件下天然气水合物不能作为主导能源，但可能作为更有价值的化工原材料而被人类加以利用。这些说明，我们曾经为天然气水合物所开展的地质调查和研究不是白白浪费了，而是非常有价值。从全球水合物研究的发展态势看，诸多学者已经认识到，地质历史过程中地球表面因温压条件变化导致了 “可燃冰”形成分布和溶解散失，进而引起温室效应和气候变化，从事这方面研究的人数在2022年已经超过了将水合物作为能源研究的人数，代表着未来新的发展方向。这表明，我们的新认识不仅有利于对南海水合物勘探开发布局进行适当调整，也有利于更加深入地认识水合物形成和消散对地球环境变化产生的影响。
记者：最后，您对我国南海天然气水合物资源深化发展研究有什么更好的建议吗?
庞雄奇：南海天然气水合物资源潜力早前评价获得的结果是远景含气量，这一数据很大但它不是资源量，不能被用于指导勘探生产和发展战略研究。我们这次获得的南海天然气水合物原地资源量和可采资源量，从理论上讲能够用于发展战略研究，但不能用于指导勘探生产，因为目前还没有将这些资源量落实到具体地区和层位。为此有三点建议：
第一，在没有落实南海天然气水合物地质资源量和可采资源量及其有利地区和层位之前，不宜实施大规模试采工程和大规模勘探开发工程，因为这样可能浪费钱财，还可能引发地震灾害和环境污染。
第二，应该尽快成立优势单位联合项目组并开展南海天然气水合物资源量预测评价的理论和方法研究，我国在这方面的基础研究工作非常薄弱，希望通过这些研究预测评价出天然气水合物地质资源量和可采资源量，并将它们落实到区带上和层位上。
第三，在落实南海天然气水合物可采资源量的同时，需要开展水合物资源大规模勘探开发的地质风险评价、经济风险评价以及持续发展的市场风险评价，进而为中国南海石油天然气资源综合开发发展战略的制定提供可靠的科学依据。
专家简介：庞雄奇，中国石油大学(北京)教授、博士生导师、校学术委员会副主任。首批人选国家百千万人才工程，前后2届受科技部聘任为国家“973”项目首席科学家、国家“863”项目油气领域主题评审专家兼召集人;在国际知名刊物发表SCI论文160多篇、出版专著23部、获授权发明专利 26 件、国家软件著作权 12 项;获国家科技进步奖一等奖 1 项、二等奖 1 项，省部级一等奖 12 项。此外，获得过李四光地质科学(研究)奖、全国优秀教师奖章、享受政府特殊津贴等荣誉。
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