李麗松 苗 琦

1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局勘查總院，北京 100039；2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局，北京 100038

0 前言

天然氣水合物又稱“可燃冰”，是水和天然氣在高壓低溫環(huán)境條件下形成的冰態(tài)、籠形化合物［1］，它是自然界中天然氣存在的一種特殊形式，主要分布在水深大于300 m 的海洋及陸地永久凍土帶，其中海洋天然氣水合物資源是全球性的，其資源量是陸地凍土帶的100 倍以上。天然氣水合物的顯著特點(diǎn)是分布廣、儲(chǔ)量大，1 m3天然氣水合物可釋放出164 m3CH4和0.8 m3H2O。據(jù)估計(jì)，全球天然氣水合物的資源總量換算成CH4氣體約為1.8×1016～2.1×1016m3，有機(jī)碳儲(chǔ)量相當(dāng)于全球已探明礦物燃料（煤炭、石油和天然氣等）的2 倍［2］。因此，天然氣水合物，特別是海洋天然氣水合物被普遍認(rèn)為將是二十一世紀(jì)替代煤炭、石油和天然氣的新型清潔能源，其研究受到了世界各國(guó)高度重視。

1 國(guó)際天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)

1.1 研究歷程

水合物的研究歷史最早可追朔到1810 年，截止目前，其相關(guān)研究歷程大致可分為三個(gè)主要階段：

第一階段（1810-1934 年），最初學(xué)者們對(duì)水合物的研究源于學(xué)術(shù)興趣，主要為確定何種物質(zhì)能形成水合物及其所需溫度和壓力條件等［3］。

第二階段（1934-1965 年），水合物研究快速發(fā)展，1934 年Hammerschmidt［4］用實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了堵塞天然氣管道的固體物質(zhì)是天然氣與水形成的水合物。當(dāng)時(shí)正值美國(guó)油氣工業(yè)高速發(fā)展時(shí)期，為了在管道輸送和加工過(guò)程中抑制水合物生成，一些研究機(jī)構(gòu)相繼開(kāi)始對(duì)水合物進(jìn)行深入研究，從而使得水合物的研究逐漸走向?qū)嶋H應(yīng)用。

第三階段（1965-），1965 年Makogon［5］等蘇聯(lián)研究人員在西伯利亞永凍土層中發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物，此后在全球其它許多地方又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物存在的證據(jù)。據(jù)估計(jì)，以天然氣水合物形式存在于地層中的CH4貯藏量至少相當(dāng)于已探明的礦物燃料總儲(chǔ)存量的2倍。在傳統(tǒng)石油能源日益枯竭之際，這對(duì)全世界而言無(wú)疑是一個(gè)巨大喜訊。天然氣水合物在能源開(kāi)發(fā)利用方面展現(xiàn)出的廣闊前景引起了許多國(guó)家的高度重視，吸引著世界各國(guó)在勘探、試采、配套技術(shù)、環(huán)境影響等方面不斷深入研究,特別是進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)、加拿大、德國(guó)、挪威以及我國(guó)周邊的日本、印度、韓國(guó)、越南等國(guó)家都制定了天然氣水合物長(zhǎng)期研究計(jì)劃，一陸三海的格局初步形成。

國(guó)際天然氣水合物資源的勘探和開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r：

a）初步取樣調(diào)查階段（1968-1980 年）。1968 年，以美國(guó)為首的深海鉆探計(jì)劃（DSDP）開(kāi)始實(shí)施，主要目的是開(kāi)展天然氣水合物資源普查。隨后，世界上許多國(guó)家都將天然氣水合物列入國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略，并從能源儲(chǔ)備戰(zhàn)略角度考慮，作為政府行為，投入巨大的人力和物力資源進(jìn)行，相繼開(kāi)展本國(guó)專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)和國(guó)際海底區(qū)域內(nèi)的水合物資源調(diào)查、評(píng)價(jià)和進(jìn)行有關(guān)天然氣水合物的基礎(chǔ)研究。

b）大規(guī)模鉆探階段（1980-1990 年）。1985 年，作為DSDP 計(jì)劃的延續(xù)，一個(gè)規(guī)模更大、多國(guó)合作的大洋鉆探計(jì)劃（ODP）正式實(shí)施。至20 世紀(jì)90 年代中期，以DSDP 和ODP 兩大計(jì)劃為標(biāo)志，美國(guó)、俄羅斯、荷蘭、德國(guó)、加拿大、日本等諸多國(guó)家探測(cè)天然氣水合物的目標(biāo)和范圍已覆蓋了世界上幾乎所有大洋陸緣的重要潛在遠(yuǎn)景地區(qū)以及高緯度極地永久凍土地帶。其中有23 個(gè)站位通過(guò)鉆孔直接找到了天然氣水合物存在的證據(jù)，其它地區(qū)則是通過(guò)收集地震數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。在這一時(shí)期，天然氣水合物研究和普查勘探被推向一個(gè)嶄新階段，天然氣水合物資源開(kāi)發(fā)及其商業(yè)化成為重要研究目標(biāo)。 1993 年，第一屆天然氣水合物國(guó)際會(huì)議召開(kāi)，拉開(kāi)了一個(gè)水合物發(fā)展的契機(jī)，隨后該會(huì)每3 年召開(kāi)1 次，2014 年的會(huì)議將在北京召開(kāi)。

c）取樣階段（2000-）。自2000 年開(kāi)始，天然氣水合物資源的研究進(jìn)入了大規(guī)模發(fā)展階段。這一時(shí)期，眾多國(guó)家進(jìn)行了天然氣水合物鉆探并取得了樣品。1998年加拿大Mallik 地區(qū)成功取樣，2006 年印度獲取巖心，2007 年中國(guó)獲取海域巖心，2008 年韓國(guó)獲取海域巖心，2009 年中國(guó)獲取凍土巖心，2011 年日本成功鉆探取樣，2012 年日本開(kāi)始進(jìn)行海域試采準(zhǔn)備。

1.2 部分國(guó)家發(fā)展規(guī)劃

隨著深海鉆探計(jì)劃、大洋鉆探計(jì)劃的進(jìn)行和水合物巖心、樣品的取得，許多國(guó)家都將天然氣水合物列入國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略，制定了國(guó)家級(jí)的水合物研究計(jì)劃，一個(gè)深入展開(kāi)的天然氣水合物研究熱潮正在全球掀起。

1.2.1 美國(guó)研究計(jì)劃及進(jìn)展

20 世紀(jì)90 年代，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和能源部開(kāi)展了全美天然氣水合物研究計(jì)劃。2000 年美國(guó)參議院通過(guò)了天然氣水合物研究與開(kāi)發(fā)法案（S.330 法案)，圍繞天然氣水合物的資源特征、開(kāi)發(fā)、全球碳循環(huán)、安全及海底穩(wěn)定性4 個(gè)主題，制定了長(zhǎng)達(dá)10 年(2001-2010 年)的詳細(xì)計(jì)劃。2005 年，美國(guó)對(duì)上述計(jì)劃進(jìn)行了重新審定，決定大幅度增加天然氣水合物調(diào)查研究和開(kāi)發(fā)的資金投入，此后，美國(guó)進(jìn)行了多次取樣和試采試驗(yàn)。目前，受到頁(yè)巖氣迅速發(fā)展的影響，美國(guó)放慢了天然氣水合物研究的腳步。

1.2.2 加拿大研究計(jì)劃及進(jìn)展

加拿大政府非常重視對(duì)其海洋天然氣水合物和北極加拿大地區(qū)凍土區(qū)天然氣水合物的研究。1972 年，加拿大帝國(guó)石油公司在Mallik 地區(qū)鉆Mallik L-38 井時(shí)，就注意到了天然氣水合物的存在。1998 年，加拿大與日本合作，在西北Mackenzie 三角洲進(jìn)行了水合物鉆探和取樣。隨后在2002 年和2008 年又2 次在該地區(qū)進(jìn)行了試采，這一時(shí)期，加拿大的水合物研究處于一個(gè)蓬勃發(fā)展的快速階段。目前，受美國(guó)頁(yè)巖氣快速發(fā)展的影響，加上自身油氣資源豐富，加拿大水合物發(fā)展計(jì)劃有所擱置。

1.2.3 歐洲等國(guó)研究計(jì)劃及進(jìn)展

2000 年，德國(guó)正式推出長(zhǎng)達(dá)15 年的《地球工程學(xué)—地球系統(tǒng)：從過(guò)程認(rèn)識(shí)到地球管理》大型研究計(jì)劃，并于2000-2003 年完成了該計(jì)劃下的“地質(zhì)系統(tǒng)中的天然氣水合物”項(xiàng)目。2004-2007 年，德國(guó)設(shè)立了“地質(zhì)—生物系統(tǒng)中的甲烷”項(xiàng)目，下設(shè)黑海和墨西哥灣海底甲烷噴溢研究、天然氣水合物特征研究、天然氣水合物中微生物的循環(huán)和代謝作用研究、海洋含天然氣水合物沉積物中甲烷通量的控制因素及其氣候效應(yīng)研究等項(xiàng)目。

1.2.4 俄羅斯研究計(jì)劃及進(jìn)展

俄羅斯很早就開(kāi)始涉足天然氣水合物研究。早在20 世紀(jì)30 年代，為了預(yù)防和疏通西伯利亞油氣管道的水合物堵塞，保障油氣管道暢通，蘇聯(lián)科學(xué)家開(kāi)始對(duì)水合物的結(jié)構(gòu)和形成條件進(jìn)行研究。20 世紀(jì)70、80 年代，蘇聯(lián)在其周圍海域和內(nèi)陸海中開(kāi)展了大量的天然氣水合物調(diào)查與研究工作。但二十世紀(jì)末和二十一世紀(jì)初，當(dāng)全球掀起新一輪水合物研究熱潮時(shí)，由于自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，加上本土擁有相對(duì)豐富的常規(guī)油氣資源，俄羅斯僅在巴倫支海和鄂霍茨克海等海域進(jìn)行了少量的天然氣水合物調(diào)查與研究。

值得一提的是，蘇聯(lián)的麥索亞哈氣田被公認(rèn)為是對(duì)天然氣水合物進(jìn)行開(kāi)采的最早實(shí)例，為其后水合物的商業(yè)開(kāi)發(fā)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1.2.5 日本研究計(jì)劃及進(jìn)展

日本于2000 年開(kāi)始 “二十一世紀(jì)天然氣水合物研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃（MH21，2001-2016 年)”，該計(jì)劃歷時(shí)15年，分三階段實(shí)施，涵蓋了天然氣水合物藏勘探、開(kāi)發(fā)、環(huán)境影響、海上開(kāi)采工程方案以及價(jià)值化研究等各個(gè)方面。計(jì)劃第一階段（2001-2006 年）確定天然氣水合物富集區(qū)，研究天然氣水合物開(kāi)發(fā)方案、鉆完井技術(shù)以及開(kāi)采模擬技術(shù)，評(píng)價(jià)天然氣水合物開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境影響；第二階段（2007-2011 年）進(jìn)行海上開(kāi)發(fā)試驗(yàn)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)評(píng)估；第三階段（2012-2016 年）進(jìn)入商業(yè)開(kāi)采。該計(jì)劃目前正逐步實(shí)施，但進(jìn)度有所推遲， 2013 年1 月，日本進(jìn)行了海上天然氣水合物試采。

1.2.6 韓國(guó)研究計(jì)劃及進(jìn)展

2005 年韓國(guó)政府啟動(dòng)了“天然氣水合物開(kāi)發(fā)十年計(jì)劃”， 制定了“三步走”方針，采取了多部門(mén)聯(lián)合、國(guó)內(nèi)外合作的技術(shù)思路，計(jì)劃通過(guò)10 年時(shí)間，最終在2015 年實(shí)現(xiàn)天然氣水合物的商業(yè)性試采。

1.2.7 印度研究計(jì)劃及進(jìn)展

1995 年，印度地質(zhì)調(diào)查局對(duì)其海域進(jìn)行了有關(guān)天然氣水合物的地質(zhì)、地球化學(xué)和地震資料的初勘與復(fù)勘。在此基礎(chǔ)上，印度科學(xué)和工業(yè)委員會(huì)于2001 年啟動(dòng)了國(guó)家天然氣水合物研究開(kāi)發(fā)5 年計(jì)劃，對(duì)其周邊海域的天然氣水合物進(jìn)行前期調(diào)查研究。其后，印度政府又?jǐn)M定一項(xiàng)新的計(jì)劃，共分為兩個(gè)階段，第一階段旨在進(jìn)行一項(xiàng)深度超過(guò)600 m 的深水勘探，第二階段將鉆2 口或更多的勘探井。

1.2.8 澳大利亞研究計(jì)劃及進(jìn)展

澳大利亞通過(guò)與法國(guó)合作，利用地震反射勘探技術(shù)，于1998 年繪制了Tasman 海BSR 的分布范圍。在該海域，水合物分布在水深1 500～3 000 m 處，水合物礦藏厚200 m 左右，位于海底以下400～600 m，證明該海域天然氣水合物資源量巨大。

1.3 代表性天然氣水合物利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

隨著水合物勘探成果的取得，一些較大型的水合物現(xiàn)場(chǎng)試采試驗(yàn)逐步得以實(shí)施，特別是加拿大凍土帶Mallik 試采項(xiàng)目、BP 牽頭的阿拉斯加熱冰計(jì)劃、雪佛龍為首的墨西哥灣深水水合物試采項(xiàng)目，這三個(gè)試驗(yàn)性開(kāi)采工業(yè)聯(lián)合項(xiàng)目吸引了諸多國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)參與，許多新技術(shù)在這些項(xiàng)目中得以呈現(xiàn)、驗(yàn)證和發(fā)展。

1.3.1 蘇聯(lián)麥索亞哈工業(yè)開(kāi)采

1969 年，蘇聯(lián)在西伯利亞地區(qū)開(kāi)發(fā)麥索亞哈氣田時(shí)，無(wú)意中利用降壓法和注劑法成功開(kāi)采了世界上第一個(gè)天然氣水合物藏。最后的分析結(jié)果表明，在17年的生產(chǎn)過(guò)程中，從該天然氣水合物藏中共生產(chǎn)出約30×108m3天然氣，占?xì)馓锟偖a(chǎn)量的36%。此后，從20世紀(jì)70 年代開(kāi)始，蘇聯(lián)緊跟美國(guó)步伐，在其周圍海域和內(nèi)陸海中開(kāi)展天然氣水合物調(diào)查與研究工作。

1.3.2 加拿大Mallik 試采

1998 年，日本為了國(guó)內(nèi)的水合物藏開(kāi)采項(xiàng)目立項(xiàng)提供依據(jù)，資助加拿大在Mallik 地區(qū)進(jìn)行了1 次水合物藏鉆探。鉆井位為2L-38，鉆井深度1 150 m，發(fā)現(xiàn)水合物分布在897～1 110 m 間，以3 個(gè)水合物藏帶的形式存在，總厚度約110 m。

2002 年，日本又聯(lián)合加拿大、美國(guó)、德國(guó)和印度等國(guó)在Mallik 地區(qū)進(jìn)行了水合物試采，共鉆3 口探井，其中1 口生產(chǎn)井，2 口觀察井，實(shí)驗(yàn)采用的是注熱和降壓聯(lián)合的方法。在約5 d 的開(kāi)采時(shí)間內(nèi)，共產(chǎn)氣516 m3，開(kāi)采的水合物層厚度13 m。根據(jù)試采方案設(shè)計(jì)，2口觀察井位于生產(chǎn)井兩邊各40 m 處，用于監(jiān)測(cè)試采過(guò)程中地層參數(shù)的變化，為水合物開(kāi)采過(guò)程中地質(zhì)災(zāi)害的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2007-2008 年，日本聯(lián)合加拿大再一次在Mallik地區(qū)利用降壓法進(jìn)行了水合物試開(kāi)采。生產(chǎn)時(shí)間為2008 年3 月10-16 日，為了實(shí)驗(yàn)研究，產(chǎn)氣速率控制在2 000～4 000 m3/d 的范圍內(nèi)。在約6 d 的開(kāi)采時(shí)間內(nèi)，總產(chǎn)氣量為13 000 m3，水合物藏的開(kāi)采層厚度12 m。Mallik 項(xiàng)目的成功實(shí)施證明了天然氣水合物藏開(kāi)發(fā)的可實(shí)現(xiàn)性，在天然氣水合物開(kāi)發(fā)利用史上具有里程碑意義。

1.3.3 美國(guó)阿拉斯加試采

為了確定阿拉斯加北坡水合物資源特征和資源量，研究有效的水合物開(kāi)采方法，使水合物能夠真正成為替代能源，從2001 年開(kāi)始，美國(guó)能源部和BP 石油公司在阿拉斯加北坡進(jìn)行了數(shù)年的水合物研究［6］。BP 石油公司將該研究分為三個(gè)階段，各階段計(jì)劃主要工作如下：

第一階段（2003-2004 年）：主要集中于實(shí)驗(yàn)室開(kāi)采模擬研究。

第二階段（2005 年）：對(duì)阿拉斯加北坡的水合物資源量進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行后期的野外試采計(jì)劃工作。

第三a 階段（2006-2008 年）：獲取進(jìn)行試采需要的數(shù)據(jù)，包括鉆井，取樣和樣品分析等。

第三b 階段（2009 年-）：進(jìn)行長(zhǎng)期試采。

最終，BP石油公司完成了該計(jì)劃第三a階段的工作，在阿拉斯加北坡的Milne Point Unit 進(jìn)行了水合物鉆井取樣，選定了4 個(gè)長(zhǎng)期水合物試采地點(diǎn)，但并沒(méi)有進(jìn)行第三b 階段計(jì)劃的長(zhǎng)期試采工作，而是將第三b 階段的工作轉(zhuǎn)讓給了康菲石油公司。

2008 年10 月1 日-2013 年6 月30 日，康菲石油公司接替BP 石油公司，在阿拉斯加北坡的普拉德霍灣（Prudhoe Bay Unit）進(jìn)行了利用CO2氣體置換開(kāi)采甲烷水合物和降壓開(kāi)采水合物的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖窃u(píng)估水合物生產(chǎn)方法的可行性以及了解其在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的意義。

在試采實(shí)驗(yàn)中，注入的氣體為N2和CO2的混合氣體?？偟臍怏w注入體積為6 113.64 m3，其中N2氣4 737.43 m3，CO2氣體1 376. 21 m3。在注氣開(kāi)采水合物試驗(yàn)中，最終結(jié)果顯示，總注氣量中，大約70 %的N2氣被回收，CO2的回收率約40 %，在約1 個(gè)月的試開(kāi)采時(shí)間內(nèi)，總共生產(chǎn)獲得的甲烷氣體約24 211.04 m3，同時(shí)有180.70 m3水伴隨氣體產(chǎn)出，并有10.65 m3的砂產(chǎn)生。

1.3.4 美國(guó)墨西哥彎聯(lián)合工業(yè)項(xiàng)目

2003 年，美國(guó)能源部聯(lián)合美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局等部門(mén)，在墨西哥灣黏土地帶開(kāi)展了第一期水合物聯(lián)合工業(yè)發(fā)展計(jì)劃（Gulf of Mexico Gas Hydrate Joint Industry Project (JIP) Leg I）。該計(jì)劃主要目的是為了取得在墨西哥灣鉆井所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、鉆取水合物樣品、確定井的穩(wěn)定性，為進(jìn)一步的水合物藏試采工作打好基礎(chǔ)，同時(shí)分析水合物藏開(kāi)采存在的風(fēng)險(xiǎn)。2005 年，該項(xiàng)目結(jié)束，在為期35 d 的海上作業(yè)過(guò)程中，共進(jìn)行了7 次鉆井取樣，其中最深的井達(dá)到海底泥土線494 m 以下，整個(gè)項(xiàng)目基本達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康?。在此后的總結(jié)工作中，研究者們根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果為下一步的勘探工作提出了指導(dǎo)性的意見(jiàn)。

2009 年5 月6 日，GOM-JIP Leg II 計(jì)劃正式啟動(dòng)，這一次項(xiàng)目的主要目的是為了證明在墨西哥灣地區(qū)存在高飽和度的水合物藏。在3 個(gè)鉆井位共鉆7 口探井，鉆井結(jié)果表明至少在其中的2 個(gè)鉆井位發(fā)現(xiàn)了高飽和度的水合物藏，鉆取的樣品中水合物的飽和度最低50%，最高90%。這一發(fā)現(xiàn)證明了水合物作為未來(lái)石油接替能源的可能，為水合物的發(fā)展提供了廣闊的前景。此外，該次鉆井的結(jié)果與第一次鉆井后的預(yù)測(cè)結(jié)果基本相吻合，證實(shí)了第一次鉆井后提出的水合物藏發(fā)展理論。

GOM-JIP Leg II還試驗(yàn)了一些新的水合物勘探技術(shù)，如鉆井過(guò)程中的水合物沉積物三維圖像現(xiàn)場(chǎng)演示技術(shù)等。GOM-JIP Leg II 項(xiàng)目總計(jì)在海上作業(yè)21 d，共花費(fèi)1 120 萬(wàn)美元。目前，GOM-JIP Leg III 正在實(shí)施。

1.3.5 日本愛(ài)知海試采

2013 年1 月，日本在愛(ài)知縣沿岸海域開(kāi)展了可燃冰鉆井和試采測(cè)試，試采處水深約1 000 m，水合物水底埋深約300 m，共鉆井4口，其中1口鉆井用作實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)，其余則監(jiān)察生產(chǎn)前后周圍環(huán)境及溫度變化，收集數(shù)據(jù)。

試采采用降低地層壓力的方法，將混合著沙粒以固體形態(tài)存在的可燃冰分解為H2O 和CH4氣體，并收集CH4氣體，整個(gè)海上試采共采集到12×104m3氣體。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省早前于東部海域一帶進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，該處海底蘊(yùn)藏最少1.1×1012m3的水合物，約等于日本14 a 的天然氣消耗量。

福島核事故后，日本再次肯定了水合物等替代能源的重要性。

1.4 發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前國(guó)際上天然氣水合物開(kāi)發(fā)技術(shù)研究趨勢(shì)總體表現(xiàn)為：

a）多個(gè)國(guó)際性、綜合性天然氣水合物試采研究計(jì)劃的實(shí)施，帶動(dòng)天然氣水合物技術(shù)的重大突破。目前眾多國(guó)家都加入了GOM-JIP 等項(xiàng)目，在這些項(xiàng)目中，各國(guó)可用共同出資的方式進(jìn)行水合物試采技術(shù)探索，分?jǐn)偳捌谘芯砍杀?，共同分享最新的水合物試采技術(shù)。

b）以天然氣水合物勘探、試采和商業(yè)開(kāi)發(fā)為核心的高技術(shù)交叉領(lǐng)域快速發(fā)展，找礦方法上呈現(xiàn)出多學(xué)科、多方法的綜合性調(diào)查研究。美國(guó)、加拿大、日本及印度等國(guó)已初步圈定了鄰近海域的天然氣水合物分布范圍，廣泛開(kāi)展了勘探技術(shù)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、環(huán)境效應(yīng)等方面的研究。 c）天然氣水合物勘探和監(jiān)測(cè)向高分辨、大尺度、實(shí)時(shí)化、立體化發(fā)展，目前大型、可視開(kāi)采模擬裝置成為物理模擬的主要手段，室內(nèi)模擬、數(shù)值模擬與試采、工業(yè)開(kāi)發(fā)計(jì)劃正在逐步實(shí)施。天然氣水合物開(kāi)采技術(shù)研究呈多元化，在傳統(tǒng)的加熱、注劑、降壓開(kāi)采方法逐步深入的同時(shí)，開(kāi)始探索CO2置換、電磁加熱等新開(kāi)采方法。 d）與水合物相關(guān)的其它技術(shù)得以迅速發(fā)展。水合物在油氣儲(chǔ)運(yùn)、深水淺層沉積物中的分解可能導(dǎo)致的海底滑坡、海上結(jié)構(gòu)物不穩(wěn)定、環(huán)境影響等方面的研究逐步引起重視。

2 國(guó)內(nèi)天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)

國(guó)內(nèi)對(duì)天然氣水合物利用的研究起步較晚，1990年才由中國(guó)科學(xué)院蘭州冰川凍土研究所與莫斯科大學(xué)合作，進(jìn)行天然氣水合物人工合成實(shí)驗(yàn)并取得成功，此后的近十年內(nèi)，主要是對(duì)國(guó)外資料、文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研和跟蹤分析，有部分學(xué)者開(kāi)始了基礎(chǔ)理論研究和對(duì)我國(guó)天然氣水合物資源遠(yuǎn)景進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1 成藏機(jī)理研究進(jìn)展

2008 年9 月，我國(guó)啟動(dòng)973 項(xiàng)目“南海天然氣水合物富集規(guī)律與開(kāi)采基礎(chǔ)研究”，項(xiàng)目為期5a，從氣源、熱力學(xué)條件和地質(zhì)條件等角度分析了我國(guó)水合物成藏機(jī)理［6］。目的是針對(duì)南海天然氣水合物成藏規(guī)律進(jìn)行詳盡研究，其研究成果最終匯集成了一本專集，獲得了國(guó)內(nèi)外同行認(rèn)同。

2.2 勘探技術(shù)研究進(jìn)展

1999 年，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局在南海北部陸坡區(qū)開(kāi)展了天然氣水合物資源調(diào)查，總工作量為：高分辨率多道地震調(diào)查4 470 km，海底淺表層地質(zhì)取樣138 站位，海底攝像59 站位，淺層剖面2 100 km，并取得了豐碩成果，發(fā)現(xiàn)了水合物存在的地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)異常標(biāo)志，初步證實(shí)我國(guó)海域存在天然氣水合物。

2002 年，我國(guó)啟動(dòng)118 專項(xiàng)“天然氣水含物資源調(diào)查項(xiàng)目”對(duì)水合物資源調(diào)查關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。2006 年12 月，國(guó)家啟動(dòng)863 計(jì)劃“天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”重大專項(xiàng)，項(xiàng)目為期5a，下設(shè)7 個(gè)子課題，包括了天然氣水合物的勘探、成藏、取心和開(kāi)采等主要方面的內(nèi)容。

此研究分別在海上和陸上取得了真實(shí)的水合物樣品，成為我國(guó)的水合物資源勘探標(biāo)志性的成果。2007 年5 月，國(guó)土資源部在南海神狐海槽成功鉆探取樣得到天然氣水合物巖心，取樣處水深1 800 m，水合物藏埋深300 m，水合物藏的測(cè)量厚度分布在18～34 m 的范圍內(nèi)，測(cè)得的水合物飽和度分布范圍為20%～45%，水合物分解氣99%為CH4。最終在西沙海槽、東沙海域、神狐海域和瓊東南海域圈定了數(shù)個(gè)有利的天然氣水合物資源遠(yuǎn)景區(qū)。2008-2009 年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所、勘探技術(shù)研究所和青海煤炭地質(zhì)105 勘探隊(duì)等單位，在祁連山木里地區(qū)開(kāi)始施工“祁連山凍土區(qū)水合物科學(xué)鉆探工程”并取得水合物樣品。

2.3 開(kāi)采技術(shù)研究進(jìn)展

隨著勘探技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)水合物開(kāi)采技術(shù)研究也取得了飛速進(jìn)步。中國(guó)石油大學(xué)（北京）建立的水合物成藏實(shí)驗(yàn)裝置體積近200 L (φ500 ×1 200 mm)，操作壓力可達(dá)32 MPa，除溫度、壓力等常規(guī)因素外，也將供氣方式、地溫梯度、流量、擾動(dòng)、地質(zhì)構(gòu)造等因素納入水合物成藏考察范圍，同時(shí)可用聲、電、熱聯(lián)合探測(cè)水合物空間分布，可模擬多種成藏模式及演化過(guò)程。中科院廣州能源研究所建立的水合物開(kāi)發(fā)研究裝置有效體積117.8 L（φ500×600 mm），模擬開(kāi)采儲(chǔ)層壓力達(dá)到30 MPa，溫度范圍為-15 ～190 ℃，布置了4 個(gè)可視窗口并配備高精度數(shù)碼相機(jī)和3根光纖探針實(shí)現(xiàn)可視化，144 個(gè)溫度和6 個(gè)濃度分布探測(cè)器，用于測(cè)定水合物開(kāi)采過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化特征。

軟件方面，開(kāi)發(fā)了天然氣水合物藏開(kāi)采模擬軟件，軟件可用于降壓、注熱、電磁加熱、注劑和聯(lián)合開(kāi)采等不同開(kāi)采方法的模擬研究，適用于多孔介質(zhì)和裂縫結(jié)構(gòu)等復(fù)雜地質(zhì)條件，并可應(yīng)用于井網(wǎng)部署的模擬，為天然氣水合物藏開(kāi)采提供了手段。

在天然氣水合物開(kāi)采過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)和防控技術(shù)方面，部分研究者重點(diǎn)關(guān)注了海上開(kāi)采過(guò)程中水合物無(wú)序分解導(dǎo)致氣體溶解、擴(kuò)散、上升和逸出海面時(shí)可能引起的海水和大氣變化，建立了相應(yīng)的計(jì)算模型。同時(shí)，海上水合物分解觸發(fā)的地質(zhì)滑塌對(duì)油氣設(shè)施帶來(lái)的破壞也是一個(gè)重點(diǎn)研究對(duì)象。

我國(guó)天然氣水合物資源利用技術(shù)研究雖取得了迅速發(fā)展，但整體還是落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，目前尚處于取樣階段，還未開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試采試驗(yàn)。

3 天然氣水合物資源利用展望及建議

自然界存在的天然氣水合物具有豐富的資源量。但由于該領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)發(fā)展的有限性，目前，人類對(duì)于這一資源的認(rèn)識(shí)和評(píng)估還處在于起步階段，利用價(jià)值還有待進(jìn)一步研究。一方面，除受本領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展限制外，還受石油、天然氣、頁(yè)巖氣、煤層氣、油砂等其它能源發(fā)展情況和各國(guó)自身國(guó)情的影響；另一方面，天然氣水合物藏利用的經(jīng)濟(jì)性和導(dǎo)致的氣候環(huán)境和工程地質(zhì)災(zāi)害等問(wèn)題，都是必須面對(duì)的重大問(wèn)題。只有結(jié)合自身國(guó)情，綜合考慮各種能源的發(fā)展現(xiàn)狀，真正確認(rèn)天然氣水合物資源具有工業(yè)開(kāi)采經(jīng)濟(jì)價(jià)值時(shí)，這一能源才能為人類的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

我國(guó)對(duì)于天然氣水合物這一前景還不清晰的資源，建議目前采取策略是：

a）密切關(guān)注國(guó)外天然氣水合物利用研究的最新現(xiàn)狀和趨勢(shì)的同時(shí)做好基礎(chǔ)技術(shù)儲(chǔ)備，一旦天然氣水合物經(jīng)濟(jì)開(kāi)采技術(shù)取得突破，可迅速投入該領(lǐng)域。

b）加入國(guó)際天然氣水合物JIP 發(fā)展項(xiàng)目，以較小的成本，分享國(guó)際最新研究成果，為天然氣水合物利用奠定基礎(chǔ)。

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