周守為 陳 偉 李清平 周建良 施和生

(1.中國(guó)海洋石油總公司 北京 100010； 2.中海油研究總院 北京 100028； 3.中海石油(中國(guó))有限公司勘探部 北京 100010)

深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采技術(shù)研究及進(jìn)展*

周守為1陳 偉1李清平2周建良2施和生3

(1.中國(guó)海洋石油總公司 北京 100010； 2.中海油研究總院 北京 100028； 3.中海石油(中國(guó))有限公司勘探部 北京 100010)

周守為,陳偉，李清平,等.深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采技術(shù)研究及進(jìn)展[J].中國(guó)海上油氣，2017,29(4)：1-8.

ZHOU Shouwei,LI Qingping,CHEN Wei,et al.Research on the solid fluidization well testing and production for shallow non-diagenetic natural gas hydrate in deep water area[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(4):1-8.

基于我國(guó)海域天然氣水合物鉆探取樣儲(chǔ)層具有埋深淺、無(wú)致密蓋層、非成巖、弱膠結(jié)、易于碎化等特點(diǎn)，提出了針對(duì)深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采方案，其核心思想是將深水淺層非成巖天然氣水合物礦體通過(guò)機(jī)械破碎流化轉(zhuǎn)移到密閉的氣、液、固多相舉升管道內(nèi)，利用舉升過(guò)程中海水溫度升高、靜水壓力降低的自然規(guī)律使水合物逐步氣化，變非成巖天然氣水合物分解過(guò)程的不可控為可控，實(shí)現(xiàn)深水淺層天然氣水合物安全試采；其工程實(shí)施策略為目標(biāo)勘探確定井位、隨鉆測(cè)井證實(shí)水合物層位、鉆探取樣及分析作為試采實(shí)施依據(jù)，即在鉆探取樣獲取巖心后確定水合物有效層位，依托深水工程勘察船、采用無(wú)隔水管鉆桿鉆進(jìn)至水合物層后固井并建立井口，采用自主的井下噴射工藝使含水合物沉積物在舉升過(guò)程中自然分解，利用密度差實(shí)現(xiàn)部分砂回填，其余氣、液、固流化物返回地面測(cè)試流程，經(jīng)過(guò)高效分離、氣體儲(chǔ)集、放噴等技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速點(diǎn)火測(cè)試。2017年5月，中國(guó)海油在南海北部荔灣3站位依托深水工程勘察船“海洋石油708”，利用完全自主研制技術(shù)、工藝和裝備，在水深1 310 m、水合物礦體埋深117～196 m處，在全球首次成功實(shí)施海洋淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采作業(yè)，標(biāo)志著我國(guó)已在具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)上取得歷史性突破。

深水；淺層；非成巖；天然氣水合物；固態(tài)流化；試采方案；試采作業(yè)

天然氣水合物(俗稱(chēng)可燃冰)有望成為21世紀(jì)繼頁(yè)巖氣、致密氣、煤層氣、油砂等之后接替能源之一，主要分布在陸地永久凍土帶和沿海大陸架300～3 000 m水深海域，其中約90%儲(chǔ)存在深海區(qū)域[1]。海洋天然氣水合物賦存在深水大陸架陸坡區(qū)，埋深淺，弱膠結(jié)，其無(wú)序分解等潛在工程地質(zhì)災(zāi)害、溫室效應(yīng)等也已引起世界各國(guó)的高度重視。天然氣水合物巨大的資源潛力以及對(duì)環(huán)境的潛在影響吸引著世界各國(guó)勘查、試驗(yàn)開(kāi)采以及配套環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的不斷深入,美國(guó)、加拿大、德國(guó)、挪威、日本、印度、韓國(guó)、越南等國(guó)紛紛制定了天然氣水合物長(zhǎng)期研究計(jì)劃，因此，天然氣水合物資源安全高效開(kāi)發(fā)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)并重，已成為當(dāng)前世界科技創(chuàng)新的前沿[2-6]。

目前已獲取的自然界天然氣水合物樣品賦存狀態(tài)可分為砂巖型、砂巖裂隙型、細(xì)粒裂隙型和分散型。與常規(guī)油氣儲(chǔ)層形式相比，海洋天然氣水合物賦存區(qū)域具有埋深淺、弱膠結(jié)、大多無(wú)致密蓋層及發(fā)育完備的生儲(chǔ)蓋等特點(diǎn)，因此筆者根據(jù)海洋天然氣水合物儲(chǔ)層形式將其分為成巖或砂層天然氣水合物和非成巖天然氣水合物。2002年起，加拿大、美國(guó)、日本分別在陸地永久凍土和海域成巖或砂層天然氣水合物成功實(shí)施了以降壓法為主、注熱和CO2置換為輔的試采作業(yè)。借鑒常規(guī)油氣開(kāi)采的降壓等方法開(kāi)采天然氣水合物，其本質(zhì)是將天然氣水合物在儲(chǔ)層內(nèi)分解為水和氣，該方法主要適用于有一定圈閉構(gòu)造的砂層天然氣水合物儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)。至今未見(jiàn)針對(duì)占海域資源量約85%的淺層非成巖天然氣水合物試采的公開(kāi)報(bào)道，而我國(guó)南海北部已獲取樣品基本都屬于此類(lèi)型。

目前我國(guó)海域已經(jīng)取樣的天然氣水合物儲(chǔ)層埋深比較淺(300 m內(nèi))，不像常規(guī)油氣藏一樣有致密的蓋層，它存在于海底以下幾十米到300 m的軟泥砂里[7]。筆者基于我國(guó)海域天然氣水合物鉆探取樣情況，提出了針對(duì)深水淺層幾米到上百米、非成巖全新的開(kāi)采模式，即固態(tài)流化開(kāi)采新方法并以南海北部海洋天然氣水合物儲(chǔ)集區(qū)為試采目標(biāo)區(qū)，研究制定了海洋天然氣水合物目標(biāo)勘探、鉆探取樣和固態(tài)流化試采一體化實(shí)施方案，于2017年5月25日在南海北部荔灣3站位依托“海洋石油708”深水工程勘察船，利用完全自主研制技術(shù)、工藝和裝備在水深1 310 m、天然氣水合物礦體埋深117～196 m處，全球首次成功實(shí)施海洋淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采作業(yè)，在海洋淺層天然氣水合物的安全、綠色試采方面進(jìn)行了創(chuàng)新性的探索，標(biāo)志著我國(guó)天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)已取得歷史性突破。

1 海洋試采目標(biāo)區(qū)概況

1.1 目標(biāo)區(qū)選取

南海北部珠江口盆地發(fā)現(xiàn)并開(kāi)發(fā)了我國(guó)第一個(gè)深水氣田，即荔灣3-1氣田群，并于2007年在國(guó)內(nèi)首次獲取了天然氣水合物樣品。因此，以珠江口盆地東部地區(qū)水深500～3 000 m二維/高精度三維地震資料為基礎(chǔ)，通過(guò)深水淺層、薄層的正反演解釋、處理技術(shù)進(jìn)行了天然氣水合物疑似目標(biāo)的普查，并對(duì)疑似目標(biāo)區(qū)域綜合地震、地質(zhì)和地化等特征進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)，優(yōu)選荔灣3天然氣水合物富集區(qū)作為鉆探和試采靶區(qū)(圖1)。荔灣3天然氣水合物富集區(qū)自西向東呈條帶狀分布，似海底反射(BSR)特征典型，BSR之上有明顯的振幅異常，BSR之下含氣反射特征明顯，沉積體系研究表明脊部發(fā)育多期殘留峽谷水道充填沉積，有發(fā)育砂質(zhì)儲(chǔ)層的地質(zhì)條件，估算4個(gè)條帶區(qū)天然氣資源量約407.4×108m3。

圖1 荔灣3海洋天然氣水合物目標(biāo)區(qū)分布Fig .1 Target distribution of LW3 natural gas hydrate in ocean water

1.2 儲(chǔ)層特性

在目標(biāo)靶區(qū)鉆探取樣過(guò)程中，依托自主研制的隨鉆測(cè)井系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)首次自主實(shí)施深水區(qū)隨鉆測(cè)井和保溫保壓取樣、帶壓轉(zhuǎn)移和在線(xiàn)分析。目標(biāo)靶區(qū)隨鉆測(cè)井信號(hào)顯示高電阻、高聲速等特征(圖2)，與地震解釋所獲得的天然氣水合物層位信息吻合很好；同時(shí)，保溫保壓取樣結(jié)果(圖3)證實(shí)了淺層天然氣水合物存在和賦存的層位，其結(jié)果與地球物理、測(cè)井信息一致。

圖2 海洋天然氣水合物目標(biāo)區(qū)隨鉆測(cè)井曲線(xiàn)Fig .2 Logging curve while drilling in hydrate target area in ocean water

圖3 海洋天然氣水合物保溫保壓樣品Fig .3 Thermal insulation and pressure maintaining hydrate sample in ocean water

1.3 樣品分析及試采面臨的挑戰(zhàn)

按照ISO9002體系標(biāo)準(zhǔn)，取得了天然氣水合物層的氣體。完鉆層位是粵海組或韓江組上段，水合物層儲(chǔ)層深度在泥線(xiàn)以下117～196 m，其中水合物富集層厚度為60 m，所取得的各井段巖屑樣照片見(jiàn)圖4，巖性特征如下：

1) 水合物層巖性主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，其中粉砂巖極細(xì)，以泥質(zhì)粉砂為主 ( 40 μm以下的粒度分布達(dá)到了83.25% ，其中10μm以下的占近40%)。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)所取巖樣照片F(xiàn)ig .4 Photographs of rock samples taken at site

2) 泥巖為灰色，性軟，局部含粉砂，含灰質(zhì)弱，巖屑呈次塊狀；粉砂質(zhì)泥巖為灰色，性軟，粉砂質(zhì)分布不均，含灰質(zhì)弱，巖屑呈次塊狀；泥質(zhì)粉砂巖為淺灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，疏松，無(wú)熒光顯示；粉砂巖為淺灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，疏松，無(wú)熒光顯示。

3) 地層平均孔隙度43%，平均含水合物飽和度40%。

4) 取得天然氣水合物層氣體甲烷含量達(dá)99.2%～99.8%。

通過(guò)樣品分析，可以得出深水淺層天然氣水合物試采所面臨的挑戰(zhàn)主要有：埋深淺，僅117～196 m(目前海域試采中，日本試采埋深270～330 m,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局試采埋深206～270 m),泥質(zhì)粉砂等滲透率低,沉積物粒徑在40 μm以下，其中10 μm以下占40%；膠結(jié)性差，非成巖。因此，尋找適合此類(lèi)儲(chǔ)層的試采工藝至關(guān)重要。

1.4 試采工藝選擇

在加拿大長(zhǎng)湖油砂開(kāi)發(fā)中，表層、淺表層、淺層以固體礦或半流化方式進(jìn)行，而深層成巖部分采用熱采如SAGD等常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)方式進(jìn)行。目前世界范圍內(nèi)對(duì)于多類(lèi)型天然氣水合物認(rèn)識(shí)還在深入，現(xiàn)階段認(rèn)為降壓法試采和固態(tài)流化試采方法是適用于不同目標(biāo)層的海洋天然氣水合物有效試采方法。因此，針對(duì)我國(guó)南海被動(dòng)大陸邊緣、薄地殼等帶來(lái)的海域地溫梯度高、水合物埋深淺、窄壓力窗口、多為泥質(zhì)粉砂儲(chǔ)層等挑戰(zhàn)，按照深水區(qū)不同的天然氣水合物賦存形式，中國(guó)海油重點(diǎn)部署了2套海洋天然氣水合物試采方案研究及相關(guān)裝備自主研制：

1) 針對(duì)海洋成巖砂巖或砂層天然氣水合物：砂巖天然氣水合物儲(chǔ)層具有相對(duì)封閉的蓋層，可以通過(guò)降壓、注劑、注熱、CO2置換等方法將天然氣水合物在儲(chǔ)層內(nèi)分解為水和氣，然后采用排水采氣等常規(guī)油氣藏開(kāi)采方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)[8-10]，而且日本、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)都曾成功實(shí)施[11](表1)。中國(guó)海油重點(diǎn)開(kāi)展了依托半潛式鉆井裝置，以降壓為主注劑為輔的試采工藝、控砂工藝、連續(xù)排采裝備的自主研發(fā)。

表1 目前世界各國(guó)天然氣水合物試采項(xiàng)目概況Table 1 Overview of current natural gas hydrate well testing and production projects in the world

2) 針對(duì)海洋淺層非成巖泥質(zhì)粉砂天然氣水合物儲(chǔ)層：依托深水勘察船攻克固態(tài)流化試采工藝和工程實(shí)施核心裝備，包括深水勘察船無(wú)隔水管鉆完井、儲(chǔ)層流化、連續(xù)舉升、儲(chǔ)層改造及應(yīng)急解脫等完全自主技術(shù)和裝備。

本文針對(duì)荔灣3區(qū)天然氣水合物儲(chǔ)層基本特性，即水深1 310 m、埋深117～196 m的非成巖天然氣水合物儲(chǔ)層，提出了全新的深水淺層天然氣水合物固態(tài)流化試采工藝。

2 試采方案

2.1 開(kāi)采原理

深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開(kāi)采核心思想為[12]：基于我國(guó)海洋天然氣水合物埋深淺、沒(méi)有致密蓋層，礦藏疏松、膠結(jié)程度低、易于碎化的特點(diǎn)，利用其在海底溫度和壓力下的穩(wěn)定性，采用固態(tài)開(kāi)采方法，通過(guò)機(jī)械辦法將地層中的固態(tài)天然氣水合物先碎化、后流化為天然氣水合物漿體，然后通過(guò)完井管道和輸送管道采用循環(huán)舉升的方式將其舉升到海面氣、液、固處理設(shè)施;當(dāng)天然氣水合物漿體進(jìn)入到舉升管道后，利用外界海水溫度升高、靜水壓力降低的自然力量而自然分解，分解后氣產(chǎn)生自舉升，含天然氣的水合物漿體最后返回到水面工程船上進(jìn)行深度分解與氣、液、固分離，從而獲得天然氣。

深水淺,層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開(kāi)采工藝流程如圖5所示，其基本組成包括：海底機(jī)械采掘、天然氣水合物沉積物粉碎研磨、海水引射與漿液舉升、上升過(guò)程中流化開(kāi)采、上部分離及液化、沉積物回填以及動(dòng)力等供應(yīng)單元。由于整個(gè)采掘過(guò)程是在海底天然氣水合物礦區(qū)進(jìn)行，未改變天然氣水合物的溫度、壓力條件，類(lèi)似于構(gòu)建了一個(gè)由海底管道、泵送系統(tǒng)組成的人工封閉區(qū)域，起到常規(guī)油氣藏蓋層的封閉作用，使海底淺層無(wú)封閉的天然氣水合物礦體變成了封閉體系內(nèi)分解可控的人工封閉礦體，從而使海底天然氣水合物不會(huì)大量分解,實(shí)現(xiàn)了原位固態(tài)開(kāi)發(fā),避免了天然氣水合物分解可能帶來(lái)的工程地質(zhì)災(zāi)害和溫室效應(yīng)；同時(shí)該方法利用了天然氣水合物在傳輸過(guò)程中溫度壓力的自然變化，實(shí)現(xiàn)了在密閉輸送管線(xiàn)范圍內(nèi)可控有序分解。

圖5 深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開(kāi)采工程示意圖Fig .5 Schematic diagram of solid fluidization production for non-diagenetic natural gas hydrate in deep water

深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開(kāi)采技術(shù)策略可以總結(jié)為以下6個(gè)利用：

1) 利用淺層非成巖天然氣水合物的埋深淺、疏松、易于粉碎流化的地質(zhì)特性；

2) 利用海底溫度、壓力相對(duì)穩(wěn)定不易分離的海床環(huán)境條件；

3) 利用從海底到地面溫度自然升高、壓力自然降低的自然條件(海底2～3 ℃ ，水面22～36 ℃ )；

4) 利用天然氣水合物與泥砂比重差異大，易于初步旋流分離，實(shí)現(xiàn)部分自動(dòng)沉砂；

5) 利用表層溫度較高的海水作為引射液體，起到升溫分解作用；

6) 利用天然氣水合物在溫度升高、壓力降低條件下自然解析、相變、氣態(tài)舉升的物理特征。

2.2 試采工藝

綜合考慮地質(zhì)成藏特點(diǎn)、技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性，中國(guó)海油制定了海洋天然氣水合物目標(biāo)勘探、鉆探取樣、固態(tài)流化試采一體化實(shí)施方案，其工程方案設(shè)計(jì)思路為：依托自主研制的全套裝備，包括深水工程勘察船“海洋石油708”、隨鉆測(cè)井工具、天然氣水合物保溫保壓及在線(xiàn)分析鉆探、天然氣水合物固態(tài)流化試采裝備、應(yīng)急解脫系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)我國(guó)海洋天然氣水合物固態(tài)流化試采工程。該試采工程實(shí)施策略為目標(biāo)勘探確定井位、隨鉆測(cè)井證實(shí)天然氣水合物層位、鉆探取樣及分析作為試采實(shí)施依據(jù)，即在鉆探取樣獲取巖心后確定天然氣水合物有效層位，依托深水工程勘察船、采用無(wú)隔水管鉆桿鉆進(jìn)至天然氣水合物層后固井并建立井口，利用自主研制的井下絞吸、流化設(shè)備、連續(xù)油管舉升工藝等使含天然氣水合物沉積物在舉升過(guò)程中部分自然分解，利用密度差實(shí)現(xiàn)部分砂回填，其余氣、液、固流化物返回地面測(cè)試流程，經(jīng)過(guò)高效分離、氣體儲(chǔ)集、放噴等技術(shù)實(shí)施快速點(diǎn)火測(cè)試。圖6為深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采工藝作業(yè)示意圖。

圖6 深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采工藝 作業(yè)示意圖Fig .6 Schematic diagram of solid fluidization well testing and production for shallow natural gas hydrate in deep water

試采工程依托自主研制的深水工程勘察船“海洋石油708”，采用自主的無(wú)隔水管鉆完井工藝和裝備進(jìn)行埋深117～196 m天然氣水合物層位的作業(yè)，之后安裝舉升管柱，含水合物沉積物在舉升管道內(nèi)部分離，實(shí)現(xiàn)砂自沉降，分解氣和剩余含水合物沉積物漿體回接到平臺(tái)進(jìn)行處理。此外，基于地層壓力預(yù)測(cè)研究結(jié)果及鉆探目的，考慮到目的層尚未成巖，僅相當(dāng)于常規(guī)油氣井的表層以上部分，根據(jù)實(shí)際鉆井情況獲取的信息，目的層破裂壓力很低，與土體的抗箭強(qiáng)度相當(dāng)，因此進(jìn)行了針對(duì)性的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并經(jīng)試采證明了其可靠性。

對(duì)于地面測(cè)試工藝，由于從井口三通返出的井流物為固、液、氣相混合物狀態(tài)，因此地面流程需要具備在線(xiàn)不間斷分離固、液、氣相的能力；由于預(yù)期的產(chǎn)氣量較小以及安全要求，整個(gè)流程系統(tǒng)應(yīng)采用閉路處理系統(tǒng)，且滿(mǎn)足氣密性要求，同時(shí)高壓端工作壓力不低于20.7 MPa；由于工作液中混有一定比例的水合物分解劑，流程設(shè)計(jì)考慮循環(huán)利用工作液。試采裝備如圖7所示。

圖7 深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采裝備Fig .7 Ground process of solid fluidization well testing and production for shallow natural gas hydrate in deep water

2.3 作業(yè)平臺(tái)

本次作業(yè)海域?yàn)槟虾|部海域，水深1 310 m，井位附近海底坡度3.0°～4.0°，海底溫度3 ℃，作業(yè)機(jī)具選擇“海洋石油708”深水工程勘探船。根據(jù)試采井井場(chǎng)氣象、水文條件以及鉆機(jī)補(bǔ)償器能力等，對(duì)“海洋石油708”采用動(dòng)力定位時(shí)的系統(tǒng)能力進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)評(píng)估中也考慮到“海洋石油708”動(dòng)力定位配置：具有2個(gè)全回轉(zhuǎn)主推進(jìn)器，每個(gè)推進(jìn)器最大功率3 500 kW；2套首部管道式側(cè)推，每套推進(jìn)器最大功率1 500 kW；具有1套首部伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，每套推進(jìn)器最大功率1 500 kW。經(jīng)評(píng)估，該平臺(tái)定位設(shè)備能力滿(mǎn)足本井作業(yè)要求。根據(jù)試采作業(yè)工況條件，對(duì)“海洋石油708”鉆機(jī)、甲板空間和可變載荷、鉆井測(cè)試液材料儲(chǔ)存、大鉤載荷以及鉆機(jī)設(shè)備能力進(jìn)行分析。經(jīng)評(píng)估，“海洋石油708”鉆機(jī)能力滿(mǎn)足本井作業(yè)要求。圖8為“海洋石油708”深水工程勘察船現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)照片，表2為“海洋石油708”深水工程勘察船主要參數(shù)。

圖8 “海洋石油708”深水工程勘察船現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)照片F(xiàn)ig .8 Field operation photo of HYSY 708 deep water engineering investigation ship表2 “海洋石油708”深水工程勘察船主要參數(shù)Table 2 Main parameters of HYSY 708 deep water engineering investigation ship

參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值船長(zhǎng)/m105乘員數(shù)90型寬/m23.4設(shè)計(jì)最大航速/節(jié)14.5型深/m9.6甲板面積/m2約1100最大夏季吃水/m7.4動(dòng)力定位系統(tǒng)DP2設(shè)計(jì)吃水/m7.4主克令吊/[t·(10m)-1]150排水量/t約11600尾部門(mén)吊設(shè)計(jì)250t基座總噸位/t約7620深水鉆機(jī)/m3200自持力/d75甲板強(qiáng)度/(t·m-2)10

3 試采概況及效果

“海洋石油708”于2017年5月16日到達(dá)井位后，經(jīng)過(guò)井位精確定位等準(zhǔn)備， 于5月17日組合下鉆鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后固井，于5月22日鉆至預(yù)定深度后下入噴射碎化工具，下鉆噴射作業(yè)，期間使用自主研制的噴射液和海水作為噴射流體噴射，循環(huán)收集氣體，從深水淺層泥質(zhì)粉砂水合物藏中采出天然氣水合物，并且點(diǎn)火測(cè)試成功，5月31日固態(tài)流化測(cè)試作業(yè)完畢，棄井后作業(yè)結(jié)束。

流化噴射的鉆頭到達(dá)天然氣水合物層，同時(shí)置換井筒內(nèi)的噴射液為流化劑。調(diào)整破碎裝備的水力參數(shù)，高速的流化劑由舉升管道從水眼內(nèi)噴出，將部分分解氣、含水合物固相顆粒等帶到地面處理系統(tǒng)。在地面測(cè)試流程中，固態(tài)的水合物慢慢由固相變?yōu)橐合?，?jīng)壓力的變化下變?yōu)闅怏w，到達(dá)地面的分離器。流化期間原設(shè)計(jì)將獲得分解氣100 m3，實(shí)際獲得氣體81 m3。氣體中甲烷含量高達(dá)99.8%，圖9為荔灣3海上試采現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖9 荔灣3試采現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火測(cè)試照片F(xiàn)ig .9 Ignition photo of well testing at LW3 site

4 結(jié)論

1) 中國(guó)海油首次提出深水淺層非成巖水合物固態(tài)流化開(kāi)采技術(shù)，并采用固態(tài)流化開(kāi)采技術(shù)方案及國(guó)產(chǎn)裝備在全球首次成功試采南海天然氣水合物，標(biāo)志著我國(guó)在具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)上取得了歷史性突破。

2) 海洋天然氣水合物藏固態(tài)流化開(kāi)采技術(shù)是將水合物采掘、密閉漿液輸送到水面設(shè)施進(jìn)行氣體回收，這是一種全新的開(kāi)發(fā)思路，具有污染小、次生災(zāi)害小、不破壞下部孔隙性?xún)?chǔ)層水合物等優(yōu)勢(shì)，是一種潛在的天然氣水合物開(kāi)發(fā)手段和方法，因?yàn)樗衔餁饣窃诳煽氐墓艿纼?nèi)進(jìn)行，所以較好地解決了水合物開(kāi)采中的安全、環(huán)保問(wèn)題，因此“固態(tài)流化法”無(wú)論是在天然氣水合物開(kāi)采還是在海底采礦領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。

3) 此次固態(tài)流化試采針對(duì)深水淺層、具有一定埋深(117～196 m)弱膠結(jié)天然氣水合物層位展開(kāi)，自主研發(fā)的無(wú)隔水管鉆完井技術(shù)、連續(xù)油管舉升技術(shù)、高效氣液固分離技術(shù)以及深水工作船鉆完井作業(yè)技術(shù)是本技術(shù)體系的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，未來(lái)有望在其他類(lèi)型的深海天然氣水合物甚至深海油氣資源的開(kāi)采中應(yīng)用。

4) 海洋天然氣水合物藏固態(tài)流化開(kāi)采技術(shù)的核心問(wèn)題是海底淺表層天然氣水合物藏破碎采掘方式的確定、海水天然氣水合物混合顆粒氣液固多相非平衡分解機(jī)制研究、不同角度管路輸送含非平衡相態(tài)變化的氣液固多相流動(dòng)分析以及海底天然氣水合物采掘過(guò)程中環(huán)保安全防護(hù)裝置系統(tǒng)的研制等，其關(guān)鍵問(wèn)題目前還處于初級(jí)階段，需要進(jìn)一步深入研究。

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(編輯：孫豐成)

Research on the solid fluidization well testing and production for shallow non-diagenetic natural gas hydrate in deep water area

ZHOU Shouwei1CHEN Wei1LI Qingping2ZHOU Jianliang2SHI Hesheng3

(1.CNOOC，Beijing100010,China; 2.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China；3.ExplorationDepartmentofCNOOCLtd.,Beijing100010,China)

Based on the characteristics of shallow, non-dense cover, non-diagenesis, weak cementation and easy fragmentation of natural gas hydrate drilling reservoirs in China, a solid fluidization well testing and production scheme for deep water shallow non-diagenetic gas hydrate is proposed.The core idea is to transfer the deep-water non-diagenetic natural gas hydrate ore body through mechanical crushing fluidization into a closed gas-liquid-solid multi-phase lifting pipeline, using the natural law of the sea water temperature rise and the hydrostatic pressure decrease during the lifting process hydrate gradually gasification, non-diagenetic hydrate decomposition process is not controlled to control, to achieve deep water gas hydrate safety test.The engineering implementation strategy is the target exploration to determine the well location, while drilling the wells to confirm the hydrate level, drilling sampling and analysis as the basis for the implementation of the test, that is, after drilling the core to determine the effective hydrate wells, then establishment the wellbore， the use of downhole jet process so that the hydrate deposits in the process of lifting part of the natural decomposition of the use of density difference to achieve part of the sand backfill, the remaining gas-liquid-solid fluid to return to the ground test process, through efficient separation, gas storage, discharge technology to achieve rapid ignition test.In May 2017, CNOOC relied on the deep water engineering survey vessel HYSY708 at the station of LW3 in the northern part of the South China Sea.Using fully self-developed technology, process and equipment, at the depth of 1 310 m and the depth of hydrate ore body was 117～196 m, the world's first successful implementation of shallow non-diagenetic hydrate solid fluidization well testing and production in ocean water, marking China's has made a historic breakthrough in the key technology of natural gas hydrate exploration and development with independent intellectual property rights.

deep water; shallow layer; non-diagenetic; natural gas hydrate; solid fluidization; well testing and production scheme; well testing and production operation

*國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“海洋天然氣水合物試采技術(shù)和工藝(編號(hào)：2016YFC0304000)”部分研究成果。

周守為，男，中國(guó)工程院院士，教授級(jí)高級(jí)工程師，海洋石油開(kāi)發(fā)工程專(zhuān)家。

1673-1506(2017)04-0001-08

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.04.001

P744.4

A

2017-07-05