日本计划加快开发天然气水合物

编者按：作为能源严重依赖进口的国家，日本对资源的渴求可想而知，因而高度重视天然气水合物的开发，并早在十几年前就制订了开发计划，暂定于2023~2027年间实现商业化开发。

虽然日本加快发展天然气水合物面临投资限制、技术限制、安全环保限制、经济性限制等诸多挑战，但一旦其实现关键技术突破，获得安全、环保、经济的开发方式并加以推广，将对世界能源市场形成重大冲击，其意义不亚于美国页岩革命。

下面分别阐述日本天然气水合物发展的现状、动因、计划、挑战及影响。

日本天然气水合物开发现状：

东北亚海域是天然气水合物富集区。日本期待未来能在东北亚海域获得稳定的能源供应，因而政府重视、投入充足，在天然气水合物的资源勘探、基础研究和先导试验等方面取得了一定进展。

资源勘探方面：通过对周边海域的勘探，初步评价认为日本南海海槽天然气水合物藏位于水深850米~1150米的海底地层，赋存于砂岩和火山沉积物中，孔隙度为35%，天然气水合物充填率达85%，且离岸较近，易于开发。

基础研究方面：一是借助地质钻探结果，对海洋天然气水合物的潜在资源进行了全面评价，并初步总结出评价深水天然气水合物赋存状况的方法；二是形成经济产业省牵头、政府公立研究机构和民间私营机构共同参与的研究模式，成立了“天然气水合物资源开发研究财团”；三是完成了勘探用压力岩芯取样器和井内温度压力模拟系统等设备制造；四是开展了相关环境保护等研究。

先导试验方面：日本于1998年与加拿大合作在加拿大北部麦肯齐三角洲开展了钻探先导试验，获取了天然气水合物样品；2013年3月，日本进行了第一次海洋生产先导试验，由日本石油勘探公司在渥美半岛和志摩半岛海域的第二渥美海丘实施，采用减压法，连续生产了6天，评价产量高达两万立方米/日，累计生产甲烷超过12万立方米，首次取得世界海洋天然气水合物开采成功。

日本天然气水合物下一步开发计划：

根据日本经济产业省2001年4月正式发布的《日本天然气水合物开发计划》，该国目前天然气水合物发展正处于规划中的第二阶段，主要进行海洋生产试验、评价天然气水合物气田的特性、研究海洋天然气水合物开发系统，以及进行第二次陆上生产试验的分析并进行长期试验等。

从中长期看，日本天然气水合物下一步发展计划包括以下四个步骤：

第一步，在2015年内完成新一轮天然气水合物测试，并尝试在海上安装天然气水合物相关开发装置；

第二步，计划在2018年年底前，综合现有国内与海外进行的先导性试验取得的资源认识、技术装备、环境保护等多个方面的研究成果，按照商业化生产的原则尝试对周边海域天然气水合物进行开发；

第三步，根据尝试开发阶段遇到的问题，有针对性地重点突破储层类型认识、降低井口压力、水合物开采和控制及环境保护等技术难点；

第四步，在前三步实现的基础上，日本政府暂定于2023~2027年间商业化开发其丰富的天然气水合物资源。

日本加快开发天然气水合物的动因：

●能源严重依赖进口

日本油气和煤炭资源储量相对匮乏，其发达的经济体系运行所需能源严重依赖进口。

最新版的《BP世界能源统计年鉴》数据显示：2014年日本原油消费量1.97亿吨，较2013年增长4.7%；进口量1.69亿吨，对外依存度高达85.8%；2014年天然气消费量1125亿立方米，较2013年增长3.3%；天然气（LNG）进口量则为1206亿立方米，除极少量天然气“进口后转出售”外，日本天然气消费几乎全部依赖进口。除石油和天然气外，日本2014年煤炭消费量折合原油当量为1.27亿吨，产量不足100万吨，几乎全部依赖进口。

●天然气水合物储量丰富

早在上世纪90年代，美国学者就已通过大洋钻探数据分析认为，日本周边海域海底地层仿拟反射特征异常广泛分布，并由此判定该海域的天然气水合物资源量十分丰富。

根据日本经济产业省先导性试验获得的钻井数据和地震勘探数据，利用概率法预测，日本东部南海海槽天然气水合物原始资源量约40万亿立方英尺，其中富集层的资源量约为20万亿立方英尺。如果能够有效开采，可满足日本100年的能源需求。

日本加快开发天然气水合物面临的挑战：

投资限制

从当前全球能源市场形势看，自2014年下半年以来，国际原油价格持续低迷，从超过110美元/桶骤降至2015年上半年的40美元~60美元/桶区间。一方面，各国石油公司都不得不选择压缩投资抵御油价风险；另一方面，低油价已开始对各类新能源的研发和利用产生抑制效应。

根据日本经济产业省开发天然气水合物的时间安排，从当前至2018年是资源前期研发的关键时期，需要巨额的资金投入。但在现阶段国际油价持续走低和日本经济复苏缓慢的大环境下，天然气水合物的研发投入情况并不乐观。2014年日本全国原油和LNG进口总额为2270亿美元，而当年日本经济产业省对天然气水合物的研发预算为2.26亿美元，仅为油气进口总额的1‰。如果日本政府不加大天然气水合物的研发投资，预计很难在2023~2027年间实现商业化生产的目标。

技术限制

与勘探和资源评价相比，真正限制日本天然气水合物快速发展的，则是其资源开发技术，因为现有的各类开发方法都存在技术上的挑战。

方法一是减压开发，通过降低压力促使天然气水合物直接分解。减压开发不需要连续激发，成本较低，适合分布面积较广的天然气水合物开发，尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开发。但此开发方式对天然气水合物藏的性质有特殊要求，只有当天然气水合物位于温度与压力平衡边界附近时，减压开发才具有可行性。

方法二是热力法开发，直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气。热力法开发方式可实现循环注热，且开发过程所需时间较短，但至今尚未很好地解决热利用效率低的问题，且只能局部加热，有待进一步完善。

方法三是注入化学试剂开发，通过向天然气水合物藏中注入盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等化学试剂，破坏天然气水合物藏的赋存平衡，促使其分解。该开发方式初期能量输入低，但所需的化学试剂昂贵，还伴随较大的环境风险。

此外，日本学者还提出二氧化碳置换开发和固体开发等新的开发方式，但都存在开发工艺复杂、开发过程中有工程安全和环境保护风险等难点。

安全与环保限制

根据现有资料和研究成果，天然气水合物开发过程中存在巨大的安全与环保风险。

从资源赋存方式看，天然气水合物结构嵌入海底，成为区域地质构造的一部分，但当前尚不能完全了解天然气水合物在深海低温高压条件下保持稳定的条件和结构。在天然气水合物的开发过程中，极有可能导致其在海洋中发生液化，这可能破坏现有的区域海洋生态系统，也可能改变海底及大陆架的地质构造，诱发地震乃至海啸，给日本和周边国家带来自然灾害风险。

此外，在天然气水合物的开发过程中，可能伴有规模不可控的甲烷等气体释放，将对海洋环境和大气环境产生不可估量的不利影响。特别是单位体积的甲烷在空气中释放后，产生的温室效应将是等体积二氧化碳的30倍，能够极大加剧全球气候变暖，可能对全球生态环境造成灾难性的后果。

经济性限制

以LNG（液化天然气）资源为例，2011~2014年日本进口LNG价格在16.4美元~18.5美元/百万英热单位区间，考虑2014年下半年来国际油价持续走低等因素，预计2015年日本LNG进口均价可能低至7美元~10美元/百万英热单位。而根据现有工艺测算，天然气水合物制成天然气的成本高达30美元~50美元/百万英热单位，与进口LNG相比毫无经济性可言。

日本经济产业省也认识到经济性对加快发展天然气水合物的制约，已计划于2018年实现200万立方英尺/日的试采产量，并力图将其成本降低至16美元/百万英热单位。

对全球能源市场的潜在影响：

●对全球天然气水合物开发影响重大

根据现有研究结果及认识，全球天然气水合物资源主要集中在冻土区和深海区。其中，在美国阿拉斯加北部斜坡区、加拿大西北马更些三角洲和我国西藏等冻土区发现大量天然气水合物存在证据；在美国东南近海布莱克海岭区与西北近海卡斯凯迪亚大陆边缘、墨西哥湾、中美海槽、危地马拉滨海、日本南海海槽和我国东海及南海等深海区富集天然气水合物资源。

一旦日本在减压开发、热力法开发和化学助剂开发等领域实现技术突破，获得安全、环保、经济的开发方式并加以推广，将对世界能源市场形成重大冲击，其意义将不亚于美国“页岩革命”成功：

首先，天然气水合物商业化极可能改变亚太各国油气和煤炭资源大量依赖进口的被动局面，将彻底打破现有的全球能源市场格局；

其次，天然气水合物在全球范围内的推广使用将极大丰富天然气市场供给，有利于世界能源利用结构调整，促进全球能源清洁发展；

再次，天然气水合物在全球范围内推广，同样有利于从整体上降低世界能源开发利用的成本。

●对全球天然气市场发展影响重大

将大幅降低日本能源进口

根据BP、美国能源信息署等权威机构统计，当前日本天然气进口主要通过LNG贸易的形式进行，2014年日本进口量1206亿立方米，花费成本约2270亿美元。一旦天然气水合物能够实现商业化生产，将大幅降低日本LNG进口量，并节省大量外汇。

除天然气资源外，日本原油和煤炭同样严重依赖进口，2014年进口量分别高达1.69亿吨和1.27亿吨油当量。由于日本特别重视能源清洁利用和发展，日本大部分原油和煤炭利用都可以用天然气替代，因此天然气水合物商业化生产也可能大幅降低日本原油和煤炭等其他一次能源的进口。

将使亚太LNG市场供给更加宽松

近十年来，亚太地区是全球最主要的LNG进口市场，而日本则是亚太地区最大的LNG进口国之一。因此，一旦天然气水合物商业化生产成功，原先以日本为目标市场的LNG出口资源将被迫转向销售其他国家，邻近的中国、韩国、印度等亚太国家是其最优化替代选择，市场供给更加宽松。

将降低亚太地区LNG价格

近5年来，亚太地区LNG市场需求旺盛，价格居高不下。天然气水合物商业化生产后，日本LNG市场需求将大幅降低，亚太LNG市场供给将更加宽松，价格将大幅降低。

将改变日本的能源地缘战略

长期以来，日本能源严重依赖进口，特别是油气资源须从沙特、卡塔尔、阿曼和俄罗斯等国家大量进口。如果天然气水合物能够商业化生产，将极大改变日本的能源地缘战略。一方面，天然气水合物将使日本摆脱对俄罗斯油气资源的依赖，未来或将在南千岛群岛（日本称北方四岛）等问题上与俄罗斯交涉时更为强硬；另一方面，为维持其中东油气进口，日本长期注重维护与马来西亚、菲律宾和越南等国的关系，天然气水合物商业化生产将使日本逐步摆脱能源地缘“负担”，可能不利于南海地区的稳定。

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