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1、？,天然气水合离我们还有多远,中国石油集团经济技术研究院 2014年3月,一、全球天然气水合物资源及分布 二、天然气水合物勘探开发关键技术及发展方向 三、全球天然气水合物勘探开发历程与未来 四、启示与建议,什么是天然气水合物,？,天然气与水分子在高压低温 下形成的一种固态晶状物 天然气中80%90%是甲烷,可燃冰,Natural gas flare at Mallik site during 2008 well test using depressurization technique. (Courtesy of Natural Resources Canada and Japan Oil,
2、Gas, and Metals National Corporation),2008年加拿大西北部Mallik成功试采,天然气水合物正徐徐向我们走来,Natural gas could be coaxed out of its icy prison below the permafrost by injecting waste carbon dioxide into the wells.,2011年在阿拉斯加冻土带CO2置换试采成功,天然气水合物正徐徐向我们走来,2013年3月12日，日本在爱知县附近海域，成功分离后的甲烷气体在“地球”号深海勘探船上被点燃. 号称储量够用百年 “降压法”开采,
3、采掘试验由日本经济产业省属下的石油天然气金属矿物资源机构实施。,天然气水合物正徐徐向我们走来,煤层气和致密气平稳发展 页岩气革命改变了全球能源供应格局 致密油在美国具备规模化潜力 稠油、油砂开采效率大幅提高 水合物开采技术进入现场测试,常规,非常规,技术进步,全球非常规油气开发取得突破性进展,天然气水合物资源与分布 资源三角理论,？,按沉积环境分为大陆型和海洋型； 按资源品质和可采性分为极地冻土带砂岩、海底砂岩、海底裂缝性泥页岩、海床/海底附近块状、海底页岩类。 目前认为赋存在极地和海底砂岩储层中是最有利的开发对象,天然气水合物资源与分布,？,墨西哥湾北部地质储量： 21444TCF（2008
4、，MMS ） 阿拉斯加北坡技术可采： 85.4TCF（2008，USGS） 日本南海海槽地质储量： 40TCF（2008，MH-21） 加拿大北极冻土区： 150360TCF（2010）,天然气水合物资源与分布,？,28届国际地质大会的资料全球天然气水合物的天然气储量为2.81014m3。 国际天然气潜力委员会（PGG）统计，大洋中天然气水合物的重量换算为甲烷气体达21016m3，其碳含量是世界已知煤、石油天然气的2倍。截至2011年，全球已发现的天然气水合物分布区约有116处,天然气水合物开发的核心问题,一、全球天然气水合物资源及分布 二、天然气水合物勘探开发关键技术及发展方向 三、全球天然
5、气水合物勘探开发历程与未来 四、启示与建议,天然气水合物勘探开发主体技术,勘探 评估 技术,岩心 分析 技术,地质 灾害 评估,保压取样器 地球化学法 含油气系统理论 电磁法 海底拖拽地震技术,化学剂注入开采法 热采法 水力压裂法 固体开采法 CO2-CH4置换法 降压开采,水合物产层岩石力学失稳 贯穿浅层水合物 钻穿浅部水合物层,开 发 技 术,X射线CT扫描技术 多传感岩心记录仪,经 济 性 评 估,CMG-STARS TOUGH+HYDRATE,1、勘探评估技术,2007年BP-DOE-USGS：“厄尔柏山”探井钻遇的分散的水合物矿床的位置和饱和度大小与钻前预测相符，初步证实了该勘探技术
6、的可行性。利用附近井的钻探资料进行预测，钻探结果与钻前预测吻合度相对很高。 2009年雪佛龙-DOE：在墨西哥湾JIP Leg II利用含油气系统理论来筛选钻探井位，钻前进行了地震资料反演分析，5口井中有4口井的钻探结果与钻前预测非常接近。,墨西哥湾北部储层单元钻前预测的天然气水合物饱和度分布,含油气系统理论,利用含油气系统理论将天然气水合物独有的温度与压力对稳定性控制的特性与气源、储层岩性及地质-地球物理特征结合起来进行分析，形成全新的勘探模型来取代之前严重依赖海床特征和似海底反射（BSR）来确定水合物分布的勘探模型。,利用天然气水合物沉积岩独有的电阻特性，应用电磁（EM）法可以对天然气富集
7、区进行标定，但由于电磁数据垂向分辨率有限，标定特定的含天然气水合物储层存在很多局限。因此，在区域勘探中使用电磁法探测储层位置仍然没有得到大范围的证实。在深水常规储层勘探中广泛使用的可控源电磁方法（CSEM），已开始用于浅水区天然气水合物储层定位。,电磁法,实例1：2005年在水合物脊（Hydrate Ridge）集中采用电磁数据来勘探和表征天然气水合物矿藏，获得了令人满意的结果。 实例2：2008年，斯克瑞普斯海洋研究院考察收集了墨西哥湾深水区四个区块的可控源电磁数据（CSEM），其中密西西比峡谷18区块的钻探结果令人鼓舞，其他三处埋藏较深的砂岩矿藏的钻探结果还不得而知。,2、开发技术降压法和
8、CO2置换法最具前景,18,储层与井筒之间的压力梯度驱动可动流体从储层流向井筒，压力降迅速传遍整个储层，使水合物在局部区域内失去稳定条件，导致其分解为天然气和水。,降压开采法,技术原理,优点,开采过程中不需要补充过多能量 可以快速开采大面积区域的天然气水合物,挑战,开采过程中必需对生产速度和压力进行精细控制，间歇性地为地层提供热量 需要装备人工举升设备及产出水收集与处理设备，并制定严格的防砂措施 钻井的后勤和作业费用巨大，井筒和集输设备必须采取流动保障措施,发展方向,与周期加热、机械举升、化学增产等诸多方法集成,应用实例,2013年用于日本南海海槽生产试验,2013年日本南海海槽生产测试设计示
9、意图,20,向水合物沉积层中注入CO2置换出甲烷， 实验研究表明，CO2能够替换水合物结晶中的甲烷分子，置换率高达70%，且置换过程中没有自由水出现,二氧化碳置换法,技术原理,优点,释放甲烷的同时，以水合物的形式埋存二氧化碳； 能够解决降压开采中的几个技术难题：减少或消除水的产出、增加储层岩石力学稳定性、可用温度范围更大等。,挑战,二氧化碳注入性极低，且二氧化碳一旦与原生地层水接触，就会立刻形成水合物，进一步降低了储层渗透率。,发展方向,与CCS结合，捕集与封存工业废气,应用实例,2012年用于阿拉斯加的短期生产试验,3、地质灾害评估及控制,4、经济性评估,Walsh等人使用CMG-STARS
10、对冻土带天然气水合物模拟评估表明: 上覆有自由气时的盈亏平衡价格为：$7.5/MCF 无其它自由气产出的盈亏平衡价格为：$12/MCF Walsh等人利用TOUGH+HYDRATE对海洋天然气水合物的经济性进行评估，包括管线费用、生产设备费用、水下开采费用以及其它的额外费用，结果表明：开采海洋水合物的成本比开采常规天然气增加$3.5-4美元/MCF。,开采成本高是制约水合物产业的一大瓶颈。由于现场测数据非常有限，缺乏对于水合物产能和采出程度的更多认识，很难准确评估开采的经济效益。,一、全球天然气水合物资源及分布 二、天然气水合物勘探开发关键技术及发展方向 三、全球天然气水合物勘探开发历程与未来
11、 四、启示与建议,1810年，水合物（Gas Hydrate）， 一词最早出现在Davy所著的书。 1934年，前苏联在天然气输气管道里发现了天然气水合物。 1965年，前苏联首次在西西伯利亚永久冻土带发现天然气水合物矿藏。 1971年，美国学者Stoll等人在深海钻探岩心中首次发现海洋天然气水合物， 并正式提出“天然气水合物概念”。 1974年，前苏联在黑海1950米水深处发现了天然气水合物的冰状晶体样品。 1995年，ODP第164航次在美国东部海域布莱克海台实施了一系列深海钻探， 取得了大量水合物岩心，首次证明该矿藏具有商业开发价值。 2002年，加拿大、日本、德国、美国和印度联合开展M
12、alllik 项目 2005年，Chevron、Schlumberger、Halliburton等在墨西哥湾试采试验。,1.全球天然气水合物研究历程,1.全球天然气水合物研究历程,自1810年首次在实验室发现天然气水合物以来，国际上对天然气水合物的研究大致经历了实验研究、管道堵塞与防治研究、资源调查研究和试验开采等四个阶段。目前已有30多个国家和地区开展了相关研究，美国、加拿大、日本、韩国、中国等国家制定了天然气水合物研究计划，并组织开展了包括资源调查、钻探、试验开采以及环境影响评价等一系列研究开发，美国和日本的研究处于国际先进水平.。,美国北极水合物开发R&D路线图,美国海洋水合物开发R&D
13、路线图,日本水合物开发计划,多个国家制定了技术发展路线图,1.全球天然气水合物研究历程,2.全球天然气水合物研究项目进展情况,28,2011年冬至2012年5月，DOE、康菲、 JOGMEC 、挪威卑尔根大学共同在阿拉斯加北坡Ignik Sikumi 1井成功进行了二氧化碳置换法生产现场测试。美国能源部表示，将在此基础上进一步开展14个新的实验项目。,2050年产量规模,开发潜力预测（NPC，2011）,3.美国天然气水合物研究项目进展及开发潜力预测,保守估算：0.1 TCF 折中估算：1 TCF 乐观估算：10 TCF,2000-2008,2009-2015,2016-2018,完成日本海域
14、资源评价 开发出MH21-HYDRATES 确定了天然气生产技术,2012年2月开始钻探作业 2013年1月采用降压法进行生产测试（1口生产井，3口监测井） 2013年3月成功分离出甲烷气体,第一阶段,计划,实验模拟和数值模拟 在加拿大冻土区进行三次试采，确定开采技术方案 对南海海槽勘探目标进行优选和预测,进行技术、经济和环境检验 确定商业开采方案,第二阶段,第三阶段,4.日本天然气水合物研究项目进展,主要成就,计划,计划,确定开采安全控制方案，并进行环境评价 在南海海槽进行两次开采试验，进行环境监测，确定开采工程方案,21世纪天然气水合物研究开采计划MH21,？,JOGMEC AIST,5.
15、 未来20年天然气水合物研究&开发进程预测,2015,DOE和其他私企在阿拉斯加北坡进行数月甚至超过一年的生产测试 联合利用电磁法和地震法进行天然气水合物勘探 印度油气集团在印度东海岸尝试开采天然气水合物 日本MH21对深水区天然气水合物进行第二次开采试验（2014年） 韩国对其周边海域天然气水合物储量进行最终确认（2013-2014年） 韩国进行试验性开采（2015年） 美国实现商业化开发（2015年）,5. 未来20年天然气水合物研究&开发进程预测,20152020,更多国家开始对深水天然气水合物进行研究 在深水区以及冻土带进行更多生产测试 石油系统勘探法在寻找天然气水合物矿藏方面得到更广
16、泛的应用 对进行了生产测试的天然气水合物进行经济可采量的定量评估 针对注CO2置换法开采天然气水合物以及CO2埋存进行进一步研究 中国进入天然气水合物试生产阶段 日本实现商业化开发（2018年）,5. 未来20年天然气水合物研究&开发进程预测,加拿大永久冻土带尝试小规模商业化开采 中国实现商业化开采（2030年）,20202030,一、全球天然气水合物资源及分布 二、天然气水合物勘探开发关键技术及发展方向 三、全球天然气水合物勘探开发历程与未来 四、启示与建议,1、切实把天然气水合物作为一种重要战略能源，纳入国家长远发展规划，超前准备、提早布局。 随着部分国家从天然气水合物中成功地分离出甲烷气体，天然气水合物已不再是一个单纯的概念，更不是遥远的幻想，这种新能源距商业开采越来越近。我国应充分认识天然气水合物在未来能源战略中的重要地位，密切跟踪国外最新发展动态，及时开展资源、技术、经济、地质灾害及安全环保等方面的先导性研究，努力跻身全球天然气水合物研究开发的前列。,2、进一
