面向綠色發展的中國天然氣科學體系構建

摘 要

摘要：推動天然氣能源產業快速發展的核心動力是天然氣科學技術的發展，構建面向綠色發展的天然氣科學體系對天然氣能源產業可持續發展具有重要的理論和實踐意義。為此，依據能源科
摘要：推動天然氣能源產業快速發展的核心動力是天然氣科學技術的發展，構建面向綠色發展的天然氣科學體系對天然氣能源產業可持續發展具有重要的理論和實踐意義。為此，依據能源科學體系的基本架構和天然氣產業鏈技術需求特點，應用系統論和組合原理，提煉出由基礎結構和復合結構組成的我國天然氣科學基本框架。基礎結構有3類：①基于能源科學基本分類的天然氣科學體系基本結構，包含基礎理論、工程技術、經濟科學和管理科學等方面；②基于天然氣產業鏈的科學技術基本結構，表現在天然氣勘探、天然氣開發、天然氣儲運、天然氣營銷、天然氣利用5個領域的科學技術；③基于天然氣工業發展要素創新的科學技術基本結構，如天然氣環境學、天然氣政治學、天然氣政策學等。復合結構也有3類：基礎型與產業鏈型復合、基礎型與發展要素型復合、產業鏈型與發展要素型復合。最后提出了促進中國天然氣科學體系建設的策略。
關鍵詞：綠色發展；天然氣；科學體系；基礎結構；復合結構；構筑；策略；中國
    綠色經濟是在生產、消費、分配、交換的各個環節上實現資源節約、污染減少和環境改善的經濟。天然氣作為優質清潔高效的低碳化石能源，增加其生產供應、擴大利用、提高利用水平與效能，是中國加快經濟發展方式轉變、促進節能減排和綠色發展最現實的選擇。中國天然氣科學理論創新和技術創新實踐發展都在呼喚著加快具有中國特色的天然氣科學體系構筑與建設。
1 構建天然氣科學體系的必要性與緊迫性
1.1 綠色經濟發展對能源科學技術發展的基本要求
    綠色經濟以經濟與環境的和諧為目標，將環保技術、清潔生產工藝等眾多有益于環境的技術轉化為生產力，并通過有益于環境或與環境無對抗的經濟行為，實現經濟的可持續發展[1]。其核心是能源技術和減排技術的創新，產業結構和制度的創新，以及人類生存發展理念的根本性轉變。因此，有效解決我國資源、環境、生態等重大問題有賴于如天然氣科學等清潔能源科學的發展。
1.2 現代清潔能源產業體系構建的需求
    黨的十七屆五中全會明確指出：“推動能源生產和利用方式變革，構建安全、穩定、經濟、清潔的現代能源產業體系。”顯然，其建設與發展必須注重相應的能源科學體系建設予以保障。這也為包括天然氣科學在內的能源類科學體系建設指明了方向。同時，現代天然氣工業的產業鏈協調發展和基礎保障系統建設，要求切實考慮其科學體系建設問題[2]。
1.3 天然氣能源供應安全的迫切需要
    天然氣作為工業燃料、城市燃氣、汽車燃料、優質的化工原料等已成為我國重要的戰略能源物資。國家已把大力開發天然氣資源、提高天然氣在我國一次能源消費結構中的比例(預計2020年達到8.7%，2030年達到9.5%)，作為國家能源安全保障的重要組成部分。因此，建立天然氣科學體系，以保障天然氣供應安全各環節有效運行，具有十分重要的意義。
1.4 天然氣產業快速發展的急切需求
    我國天然氣產量從2000年以來，年均增長13.7%，呈現快速增長趨勢，并將逐步融入全球市場。據預測，中國常規天然氣產量2015年將達到1500億立方米。引進海外天然氣資源前景廣闊，已形成多氣源供應格局。國內天然氣骨干管網已形成，天然氣儲氣庫建設已經起步。因此，必須培育天然氣科學體系，以保障天然氣工業快速發展。
2 天然氣科學體系的構建思路與原則
2.1 遵從現代能源科學的一般體系構架
    面向綠色發展的天然氣科學是研究從天然氣開采到利用過程中的基本規律及其應用的能源科學。它具有前瞻性、規律性、創新性、統籌性、綜合性、涉及面廣、與國民經濟密切相關等特點。它的框架理應符合能源科學的一般框架，即基礎理論、工程技術、經濟科學和管理科學等。
2.2 滿足天然氣產業鏈科學技術需求
    按《國民經濟行業分類》(GB/T 4754—2002)標準，天然氣工業是從事天然氣資源勘探、開發、管道運輸、儲存、銷售利用的企業集合。其科學技術特征表現為2個方面[2]：①它應當包括天然氣勘探、天然氣開發、天然氣儲運、天然氣營銷、天然氣利用5個領域的科學與技術的統一；②5個領域都有自身的基礎理論、工程技術、經濟科學和管理科學內容。
    例如，未來10年需要解決低滲透砂巖氣藏提高采收率、超深高壓氣藏長期高產穩產、砂巖及碳酸鹽巖氣藏流體預測、高含硫氣藏安全高效開發、火山巖氣藏整體規模開發等技術難題，同時要積極發展煤層氣、頁巖氣等非常規天然氣開發技術[3]。四川盆地作為中國最早的一個天然氣工業基地將在以下5個方向持續發展和深化勘探開發技術[4]：①超深復雜氣藏勘探開發技術的配套完善；②低孔滲碎屑巖氣藏勘探及規模效益開發技術的配套完善；③高含硫氣田安全清潔開發配套技術的形成完善；④老氣田開發中后期穩產和提高采收率配套技術的深化完善；⑤頁巖氣勘探開發配套技術的初步形成。天然氣經濟與管理科技攻關重點在天然氣價格機制改革、天然氣市場創新、天然氣政策創新、企業經營管理創新、海外天然氣經濟與管理創新等方面。
2.3 符合現代天然氣工業發展要素創新的要求
    中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十二個五年規劃的建議提出，要堅持把科技進步和創新作為轉變經濟社會發展方式的重要支撐。現代天然氣工業發展需要內外部要素資源。外部要素或稱之為外部環境要素，包括自然環境、經濟環境、法律環境、政治環境、社會環境、技術環境、市場環境等要素。天然氣工業內部要素是其發展要素體系的主體，主要包括天然氣資源、實物資產、資金、組織結構、人力資源、無形資產、專有技術、信息、企業文化等要素。天然氣資源要素是天然氣工業發展的基礎。實踐證明，現代天然氣工業發展方式轉變的主要途徑是通過其內外部非物質類發展要素投入與創新，如科技、人才、市場、價格、信息、產權、管理、文化等要素創新。
2.4 注重天然氣科學與石油科學的異同
    天然氣能源與煤炭的技術經濟特性差異十分顯著，而天然氣與石油能源相比，其技術經濟特性也非常顯著。主要體現在：天然氣資源在時間、空間和深度上都更廣泛，產業鏈各環節風險極大，涉及民生更為緊密，對國民經濟的貢獻更為廣泛，以及天然氣能源政治的興起與迅速發展等方面。同時，因在天然氣科學技術形成與轉化機制、體系結構、價值實現途徑、培育方式和績效等方面都具有顯著特點，決定了天然氣科學技術的特殊性。因此，天然氣科學應有其獨特的能源科學地位。
3 天然氣科學體系的基本框架與主要內容
3.1 基礎結構和內容
    根據構建思路和原則，天然氣科學體系構建的基本要求是：借鑒和吸收國內外天然氣科學技術成果，符合現代綠色天然氣工業科學發展要求，門類基本齊全、層次基本均衡的天然氣科學基礎體系和復合體系，它應能指導或說明天然氣科學技術變革實踐和發展趨勢。天然氣科學基礎體系有以下3類：
3.1.1基于能源科學基本分類的天然氣科學體系基本結構
基于能源科學基本分類的天然氣科學體系基本結構(Basis型，簡稱B型)包含4個子系統(圖1)。它們都涉及天然氣產業鏈和天然氣工業發展要素的基礎理論、工程技術、經濟科學和管理科學等方面。
 

    1) 天然氣基礎理論體系(B1)：中國石油、中國石化和中國海油三大石油公司，石油高等院校和部分能源研究機構，經過數十年的科技攻關和實踐，在天然氣地質理論、天然氣藏成藏理論、山地地震勘探理論、天然氣實驗理論等方面處于國際先進或領先地位。例如，中國石油在巖性地層油氣藏地質理論、富油氣凹陷精細勘探理論、前陸盆地復雜沖斷帶構造建模理論。又如出版了理論專著《天然氣地質學》、《天然氣地球化學》、《天然氣水合物氣藏開發》、《復雜天然氣藏儲層特征及滲流規律》、《天然氣處理工藝理論基礎》等。
    2) 天然氣工程技術體系(B2)：目前，中國形成了川渝、長慶、塔里木3大核心供氣區。基本形成了具有代表性的6類氣藏開發配套技術嘲，如超深高壓氣藏開發技術和復雜碳酸鹽巖氣藏開發技術。四川盆地在勘探、鉆完井、氣藏工程、采氣工程、地面工程等專業技術方面都有新突破、新進展，初步形成了適應不同類型復雜氣藏的勘探開發配套技術，有力支撐了四川盆地天然氣增儲上產[3]。在地下儲氣庫技術方面嘲，如鹽穴儲氣庫技術、線性巖層洞穴建庫技術和儲氣庫優化等新技術。在天然氣化工技術方面[6]，有天然氣直接轉化制甲醇、甲醛，天然氣制合成氣，天然氣制液體燃料。出版工程技術專著如《天然氣資源勘探》、《天然氣地面工程》、《天然氣工程》、《天然氣集輸工程》、《天然氣綜合利用》、《城市天然氣工程》等。
    3) 天然氣經濟科學體系(B3)：我國在天然氣產業發展、天然氣市場與價格、政策與法規、戰略與管理、經濟信息、天然氣項目技術經濟評價等方面開展科研攻關，已形成核心競爭力的天然氣價格研究方法、模型、理論，基本形成天然氣產業鏈協調發展、天然氣市場研究體系，天然氣市場開發和戰略營銷研究成效顯著。出版專著如《天然氣資源評價》、《天然氣經濟學》、《天然氣輸配經濟學》、《天然氣定價研究與實踐》、《天然氣要素成本管理模式研究》、《中國天然氣經濟發展問題研究》等。
    4) 天然氣管理科學體系(B4)。我國大部分石油院校設置了油氣經濟管理專業博、碩士招生方向，如戰略與創新管理、油氣資源評價與項目管理、管理系統工程、油氣藏經營管理等。出版專著如《中國天然氣工業發展研究》、《石油天然氣儲量管理》等。
3.1.2基于天然氣產業鏈的科學技術基本結構
    該類結構(Industry Chain型，簡稱C型)見圖1。根據天然氣產業鏈基本結構，可以分為天然氣勘探(C1)(如地質勘探、地球物理勘探、鉆井勘探、化探等)、天然氣開發(C2)(如氣藏工程、采氣工程、地面集輸、凈化等)、天然氣儲運(C3)(管道輸送、儲氣庫、管道防腐、計量、管道檢測等)、天然氣營銷(C4)(營銷網絡、信息庫、客戶管理等)、天然氣利用(C5)(化工、化肥、城市燃氣、CNG等)5個領域的科學技術結構。
3.1.3基于天然氣工業發展要素創新的科學技術基本結構
    該類結構(Elements型，簡稱E型)見圖1。根據天然氣產業發展要素創新要求，形成相對獨立的專業學科，如天然氣環境學、天然氣政治學、天然氣財稅學、天然氣預測學、天然氣戰略學、天然氣政策學等。
3.2 復合結構和內容
    科學技術領域的交叉、滲透與綜合成為天然氣科學發展的主要趨勢，天然氣科學的基礎結構與產業鏈、發展要素和其他科學領域縱向和橫向方向滲透發展，形成交叉邊緣學科。主要有3類：
3.2.1基礎型與產業鏈型復合(CB型)
天然氣產業鏈每個領域都具有基礎理論、工程技術、經濟科學和天然氣管理科學子系統，形成CB型科學技術矩陣(圖2)。例如，天然氣勘探基礎理論(C1B1)、天然氣勘探工程技術(C2B2)、天然氣勘探經濟學(C1B3)、天然氣勘探管理學(C1B4)。
 

3.2.2基礎型與發展要素型復合(BE型)
    每個天然氣工業發展要素都具有基礎理論、工程技術、經濟科學和天然氣管理科學子系統，形成BE型科學技術矩陣(圖3)。例如，天然氣市場基礎理論(B1E6)、天然氣市場工程技術(B2E6)、天然氣市場經濟學(B3E6)、天然氣市場管理學(B4E6)等。還可以進一步進行基礎型與發展要素的組合構成次一級科學技術結構，如非常規天然氣市場營銷管理。
3.2.3產業鏈型與發展要素型復合(CE型)
    根據天然氣產業發展要素與產業鏈構成的天然氣科學技術體系，主要屬于CE型。如天然氣勘探文化理論(C1E5)、天然氣勘探信息技術(C1E8)、天然氣勘探安全科學技術(C1E14)、天然氣勘探節能減排技術(C1E16)等，如圖3所示。也可以進一步進行產業鏈型與發展要素的組合構成次一級科學技術結構，如頁巖氣市場營銷管理工程技術。
4 中國天然氣科學體系建設策略
4.1 加強國際清潔能源科技合作交流，培養天然氣科學技術創新人才
加強國際天然氣科學技術交流，積極參與國際能源技術、天然氣技術交易、設備貿易市場。特別是要加強與歐盟、美國及有關跨國油氣公司的天然氣科學技術合作，引進消化先進的天然氣新技術、清潔煤制氣技術、節能減排技術、替代技術、減量化技術、再利用技術、資源化技術、天然氣能源利用技術、節能建筑技術、綠色化學技術、綠色消費技術、生態恢復技術等。調研分析表明：在油氣藏數值模擬技術，水平井、多分枝井、智能井等建井技術，數字油田技術，低滲致密氣田開采技術，高含硫天然氣藏開發技術，酸性氣體勘探開發技術以及海上油氣開發技術等方面，國外部分大石油公司具有較強的實力。
重視天然氣科技人才的培養與引進，特別是與綠色能源產業相關的研發人員和技術人員。進一步完善分配激勵機制，鼓勵天然氣技術攻關和創新，重視培養天然氣領域技術專家和學術帶頭人，建立完善的技術創新服務體系，創造條件吸引人才、留住人才[7]。
4.2 加大天然氣科學體系建設投入，促進創新與應用
    建立技術開發、技術制造和技術使用三位一體的創新機制，加大資金投入力度，提高發展天然氣科學技術政策措施的實施保障能力。激勵石油院校健全和完善天然氣基礎理論、天然氣工程技術、天然氣經濟學和天然氣管理學相關專業，引導天然氣綠色發展的風險投資。緊緊圍繞天然氣工業發展戰略目標，對關鍵領域核心科學技術，著力自主創新，注重科學術的引進、消化和吸收，努力提升集成化、系列化和工程化水平，同時加快技術成果集成轉化和成熟科學技術的推廣應用[7]。
   加強基礎實驗室投入，促進天然氣科學自主創新。實驗室是天然氣科學創新體系的重要組成部分，是天然氣科學體系中高水平應用基礎研究、聚集和培養優秀天然氣科技人才、開展國內外學術交流的重要基地和平臺。實行“開放、流動、聯合、競爭”的運行機制，積極鼓勵油氣企業與石油院校加強天然氣科學技術的重點實驗室和工程試驗室建設。如天然氣成藏與開發重點實驗室、特低滲透率油氣田勘探開發先導試驗基地、油氣管道輸送安全國家工程實驗室、油氣鉆井技術國家工程實驗室、油氣儲運重點實驗室、高含硫氣藏開采先導試驗基地、煤層氣先導試驗基地、煤層氣重點實驗室、國家能源頁巖氣研發(實驗)中心、天然氣能量計量實驗室、天然氣經濟技術研究重點實驗室等。
4.3 加強天然氣知識產權保護力度，保障天然氣科學體系可持續拓展
    天然氣科學技術要走在世界科技發展的前列，就必須堅持管理創新與技術創新協同發展，健全和完善天然氣知識產權保護的法規體系，抓好知識產權組織協調和投入建設，完善天然氣知識產權保護和獎勵制度[6]。建立天然氣專業領域的專利代理人組成的知識產權服務中心。加強宣傳培訓，提高知識產權保護意識，積極實施知識產權戰略規劃，促進科技人員全過程創造、申報和應用知識產權。值得重視的是，天然氣的國家標準化工作是天然氣科學體系的重要組成和天然氣工業可持續發展的重要基礎，也是天然氣知識產權研究和保護的重要內容。
4.4 培養天然氣科技文化，為天然氣科學體系建設提供不竭動力
    天然氣科技文化是天然氣文化的重要組成部分。它是天然氣科技價值觀文化、天然氣科技制度文化、天然氣科技行為文化和物質文化的總和[8]。在天然氣科學體系建設中，樹立先進的綠色天然氣科技理念，健全有利于知識共享的文化，堅持科學精神與人文精神相結合，提高天然氣企業領導人的創新素質，培育企業家技術創新精神，營造天然氣科技創新激勵環境。
參考文獻
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[6] 陳仲波.淺談天然氣化工技術進展及其分析[J].科技創新導報，2011，8(6)：49-50.
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[8] 姜子昂.構筑我國天然氣文化體系的戰略思考[J].管理世界，2006(9)：141-142.
 
(本文作者：姜子昂1 肖學蘭2 余萌1 杜燕3 1.中國石油西南油氣田公司天然氣經濟研究所；2.中國石油西南油氣田公司科技信息處；3.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院)