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1、天然气水合物勘探概况 及钻探取心技术探讨,窦 斌 博士、副教授2007-11-27 濮阳,窦斌博士、副教授 CUG,2,一、天然气水合物概况 二、世界能源的分布及消耗 三、研究天然气水合物的意义 四、天然气水合物勘探现状 五、天然气水合物开发 六、水合物勘探面临的难题 七、取心关键技术及解决办法 八、地表处理过程中的关键问题 九、钻进取心综合措施 十、保温保压取心装置 十一、地表岩心后处理技术研究,目 录,窦斌博士、副教授 CUG,3,一、天然气水合物概况,窦斌博士、副教授 CUG,4,一、天然气水合物概况,天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）因其
2、外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。它可用MnH2O来表示，M代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。组成天然气的成分如CH4、C2H6等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99的天然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。,1、什么是天然气水合物,窦斌博士、副教授 CUG,5,一、天然气水合物概况,窦斌博士、副教授 CUG,6,天然气水合
3、物在自然界广泛分布在大陆、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的深水环境。,一、天然气水合物概况,2、天然气水合物的分布,窦斌博士、副教授 CUG,7,目前，全球已发现116处潜在的天然气水合物产地。其中，美国和加拿大沿海地区、危地马拉海岸、印度洋、日本海域和俄罗斯的鄂霍茨克海等15处通过钻井取样确认。中国的东海海域、南海海域和青藏高原也具有天然气水合物分布的广阔前景。 2007年5月1日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气水合物实物样品，并经初步预测，其远景资源量可达上百亿吨油当量。,一、天然气水合物概况,窦斌博士、副教授 CUG,8,天然气水合物中水分子
4、是主体分子，形成所谓空间点阵结构，气体分子充填于点阵间孔隙中，气体分子与水分子间没有化学计量关系；点阵结构水分子间以较强的氢健结合，气体水分子间以范德华力结合。已经发现天然气水合物形成的3种基本笼型晶体空间结构是立方体型结构，菱形立方体型结构，六方体H型结构。,一、天然气水合物概况,3、天然气水合物的分组成及结构,窦斌博士、副教授 CUG,9,I型为立方晶体结构、型为菱型晶体结构、H型为六方晶体结构。型天然气水合物在自然界颁最广，而及H型水合物更为稳定。,一、天然气水合物概况,窦斌博士、副教授 CUG,10,二、世界能源的分布及消耗,窦斌博士、副教授 CUG,11,据80年代国际天然气潜力委员
5、会(PGC)的统计,世界各大洋中,天然气水合物的总量换算为甲烷气体,高达21016m3,其含碳量比迄今世界上所有已知石油、天然气、煤炭矿产大2倍,约占化石燃料(煤、石油、天然气)的53%，右图给出了地球上的有机碳分布。,二、世界资源的分布及消耗,窦斌博士、副教授 CUG,12,二、世界资源的分布及消耗,煤、石油、天然气是当今世界各国的主要矿物能源，已开采使用近百年。据专家们估计，再有3040年左右，就会面临能源枯竭的局面。国际能源机构曾指出世界油气产量在20012020年将达到顶峰，此后，就不可避免地持续下降。强烈的能源忧患意识产生寻找新的替代新能源的热潮。,窦斌博士、副教授 CUG,13,前
6、天国际原油价格最新油价WTI 98.18 美元 0.89美元；布伦特 95.76美元 1.26美元；上升到100美元不是不可能。估计90%的海域和占陆地26%的高纬度长年永冻区所发现的天然气水合物，势必引起各国政府和企业界的高度重视，投巨资、强化研究、希冀尽快有新的突破。,二、世界资源的分布及消耗,窦斌博士、副教授 CUG,14,三、研究天然气水合物的意义,窦斌博士、副教授 CUG,15,Gas hydrate is an important topic for study for three reasons: 1.It contains a great volume of methane,
7、which indicates a potential as a future energy resource.,三、研究天然气水合物的意义,Why do we study it?,窦斌博士、副教授 CUG,16,由于独特的晶体结构与分子空间构型决定了天然气水合物独特的高浓集气体的能力，表现特点为高浓度气体=高储量。在实验标准状态下，单位体积天然气水合物可释放出160-180倍体积甲烷气体。因而天然气水合物矿藏的发现、勘探、开发与研究也就极具价值。原苏联科学院院士A.A.特罗菲姆克认为，有利于天然气水合物形成条件的地区，如占全球陆域面积27%的永久冻土带地区，90%的海洋具备天然气水合物赋存条
8、件；据此，目前估算全球天然气水合物含碳量为全球化石燃料(石油、天然气和煤)含碳量的两倍，从这个意义上说，天然气水合物成为21世纪清洁高效的替代能源资源可望成为不争的事实。,三、研究天然气水合物的意义,窦斌博士、副教授 CUG,17,2.It may function as a source or sink for atmospheric methane, which may influence global climateMethane from the hydrate reservoir might significantly modify the global greenhouse, be
9、cause methane is 20 times as effective a greenhouse gas as carbon dioxide, and gas hydrate may contain three orders of magnitude more methane than exists in the present-day atmosphere. Because hydrate breakdown, causing release of methane to the atmosphere, can be related to pressure changes caused
10、by glacial sea-level fluctuations, gas hydrate may play a role in controlling long-term global climate change.,三、研究天然气水合物的意义,窦斌博士、副教授 CUG,18,3.It can affect sediment strength, which can initiate landslides on the slope and rise.Gas hydrate apparently cements sediment, and, therefore, it can have a s
11、ignificant effect on sediment strength; its formation and breakdown may influence the occurrence and location of submarine landslides. Such landslides may release methane into the atmosphere, which may affect global climate.,三、研究天然气水合物的意义,窦斌博士、副教授 CUG,19,四、天然气水合物勘探现状,窦斌博士、副教授 CUG,20,从1810年英国Davy在实验室
12、首次发现气水合物。1934年， 在输气管道内发现天然气水合物，给天然气的输送带来麻烦，开始研究工业天然气水合物的预报和消除；1965年前苏联在西伯利亚麦索亚哈气田，发现了天然气水合物的矿层，引起许多国家科学家的重视。 20世纪70年代世界各大陆边缘和高纬度极地永冻层发现天然气水合物，主要为甲烷水合物，为世界范围的广泛认可。在美国，新泽西州和乔治亚天然气水合物集中区已经绘在图上。,四、天然气水合物勘探现状,1、国际情况,窦斌博士、副教授 CUG,21,美国东南部海外有一处(仅30000 km2)处于快速沉积形成山脊带，蕴藏着美国年消耗天然气量近30倍的天然气水合物，这一地区称为布拉克山脊(Bla
13、ck Ridge)。 1974年前苏联在黑海1950m水深处，取得天然气水合物冻状样品。此后在黑海、贝加尔湖等地海底取样与地震探测，纷纷发现天然气水合物。 1979年深海钻探计划(DSDP)第66、67航次和此后的大洋钻探计划，都取得了岩心，发现了天然气水合物。,四、天然气水合物勘探现状,窦斌博士、副教授 CUG,22,1995年,美国在ODP164航次中率先在布莱克海脊布设了3口勘探井, 首次有计划地取得了水合物样品。 1997年美国又与日本、加拿大合作在阿拉斯加打了1口示范井。而在2000年,日本国家石油公司(JNOC) 与日本国际贸易和工业部(METI) 共同出资在日本东南的南海海槽(N
14、ankai Trough) 钻了一系列水合物测试井。 2002年1月加拿大、美国和日本在加拿大Mackenzie三角洲开钻了水合物井Mallik 2L-8井, 证实在永久冻土带下面存在水合物。 2003年3月，Andarko石油公司、Maurer技术公司和美国能源部在阿拉斯加北部斜坡开始钻第1 口水合物调查研究井“Hot Ice No.1”。,四、天然气水合物勘探现状,窦斌博士、副教授 CUG,23,2005年3月，美国能源部和石油巨头雪佛龙德士古公司(Chevron Texaco)联合（JIP计划）开始在墨西哥湾Keathley峡谷和Atwater谷区进行水合物勘探钻井，计划在8个钻位钻16
15、口井。每个钻位钻2口井,相距1323m左右,一口井取心,另一口井用来测井(随钻测井),水深在1300m左右，并将在井中安装长期的监控设备。 2007年5月1日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气水合物实物样品，并经初步预测，其远景资源量可达上百亿吨油当量。,四、天然气水合物勘探现状,窦斌博士、副教授 CUG,24,日本是个矿物能源缺乏的国家，1991年底，据日本资源能源厅公布勘查结果：在静岗至四国海域的南部海沟，有厚达30m、面积为42000km2的埋藏可燃冰，约等于日本年天然气产量的1400倍，埋藏量约74000亿m3，可供100年使用的天然气水合物。,四、天然气水合物勘探现状,窦斌博士、副教
16、授 CUG,25,1999年国土资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局，拥有海洋调查船4艘，在我国海域南海北部西沙海槽区采集高分辨率多道地震测线534.3km，至少在130km剖面上识别出BSR标志，矿层厚80300m，拉开了我国天然气水合物资源调查的序幕。 2000年该所又完成了高分辨率多道地震测量1523.3km，多波束海底地形测量703.5km及多种现代化取样措施，经综合分析表明，南海北部西沙海槽区的天然气水合物存在面积较大，是一个可观的远景区，2001年至今工作仍在继续。,四、天然气水合物勘探现状,1、我国情况,窦斌博士、副教授 CUG,26,国家海洋局二所也传来捷报，预示已找到可燃冰大量存在的BSR标志。经初步估算，勾画出分布区域，计算出稳定带的厚度，对其资源量作出评估，约为中国石油总量的1/2。 经过世界各国政府和科学家的努力，一个世界范围勘查海底天然气水合物的战役已经沸沸扬扬地展开，发现矿区与日俱增，1980年仅9处，到2000年已猛增到88处。 2007年5月1日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气水合物实物样品，并经初步预测，其远景资源量可达上百亿吨油当量。,
