天然气水合物勘探概况及钻探取心技术探讨.ppt

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1、天然气水合物勘探概况及钻探取心技术探讨 窦窦 斌斌 博士、副教授博士、副教授2007-11-27 濮阳濮阳一、天然气水合物概况一、天然气水合物概况一、天然气水合物概况一、天然气水合物概况二、世界能源的分布及消耗二、世界能源的分布及消耗三、研究天然气水合物的意义三、研究天然气水合物的意义四、天然气水合物勘探现状四、天然气水合物勘探现状五、天然气水合物开发五、天然气水合物开发六、水合物勘探面临的难题六、水合物勘探面临的难题七、取心关键技术及解决办法七、取心关键技术及解决办法八、地表处理过程中的关键问题八、地表处理过程中的关键问题八、地表处理过程中的关键问题八、地表处理过程中的关键问题九、钻进取心综

2、合措施九、钻进取心综合措施九、钻进取心综合措施九、钻进取心综合措施十、保温保压取心装置十、保温保压取心装置十、保温保压取心装置十、保温保压取心装置十一、地表岩心后处理技术研究十一、地表岩心后处理技术研究十一、地表岩心后处理技术研究十一、地表岩心后处理技术研究目 录窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG2一、天然气水合物概况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG3一、天然气水合物概况天然气水合物（天然气水合物（天然气水合物（天然气水合物（Natural Gas HydrateNatural Gas HydrateNatural Gas HydrateNatural Gas Hyd

3、rate，简称，简称，简称，简称Gas HydrateGas HydrateGas HydrateGas Hydrate）因）因）因）因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰可燃冰可燃冰可燃冰”。它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pHpHpHpH值等）下由水和天然

4、气组成的类冰的、非化学计量的、笼形值等）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形值等）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形值等）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。它可用结晶化合物。它可用结晶化合物。它可用结晶化合物。它可用MnH2OMnH2OMnH2OMnH2O来表示，来表示，来表示，来表示，M MM M代表水合物中的气体代表水合物中的气体代表水合物中的气体代表水合物中的气体分子，分子，分子，分子，n n n n为水合指数（也就是水分子数）。组成为水合指数（也就是水分子数）。组成为水合指数（也就是水分子数）。组成为水合指数（也就是水分子数）。组成天然气天

5、然气天然气天然气的成分的成分的成分的成分如如如如CHCHCHCH4 4、C C C C2 2 2 2H H H H6 6 6 6等同系物以及等同系物以及等同系物以及等同系物以及COCOCOCO2 2 2 2、N N N N2 2 2 2、H H H H2 2 2 2S S S S等可形成单种或多种天等可形成单种或多种天等可形成单种或多种天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子含量超过子含

6、量超过子含量超过99999999的天然气水合物通常称为甲烷水合物的天然气水合物通常称为甲烷水合物的天然气水合物通常称为甲烷水合物的天然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane HydrateMethane HydrateMethane HydrateMethane Hydrate）。）。）。）。1 1、什么是天然气水合物、什么是天然气水合物窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG4一、天然气水合物概况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG5天然气水合物在天然气水合物在自然界广泛分布在大自然界广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘活动和被动大陆边缘

7、的隆起处、极地大陆的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。陆湖的深水环境。一、天然气水合物概况2 2、天然气水合物的分布、天然气水合物的分布窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG6目前，全球已发现目前，全球已发现116处潜在的天然气水合物产地。其中，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海海域、南海海域和青

8、藏高原也具有天然气水合物分布的广阔前景。阔前景。2007年年5月月1日日凌凌晨晨，在在我我国国南南海海北北部部成成功功钻钻获获天天然然气气水水合合物物实实物物样样品品，并并经经初初步步预预测测，其其远远景景资资源源量量可可达达上上百百亿亿吨吨油当量。油当量。一、天然气水合物概况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG7天然气水合物中水分子是主体分子，形成所谓空间点阵天然气水合物中水分子是主体分子，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，没有化学计量关系；点阵

9、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的3 3种基本笼型晶体空间结构是立方体型结构，菱形立方体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，六方体型结构，六方体H H型结构。型结构。一、天然气水合物概况3 3、天然气水合物的分组成及结构、天然气水合物的分组成及结构窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG8I I型为立方晶体结构、型为立方晶体结构、型为菱型晶体结构、型为菱型晶体结构、H H型为六方型为六方晶体结构。晶体结构。型天然气水合物在自然界颁最广，而型天然气水合物在自然界颁最广

10、，而及及H H型型水合物更为稳定。水合物更为稳定。一、天然气水合物概况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG9二、世界能源的分布及消耗窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG10据据8080年代国际天然气潜年代国际天然气潜力委员会力委员会(PGC)(PGC)的统计的统计,世界各世界各大洋中大洋中,天然气水合物的总量天然气水合物的总量换算为甲烷气体换算为甲烷气体,高达高达2102101616m m3 3,其含碳量比迄今世界其含碳量比迄今世界上所有已知石油、天然气、上所有已知石油、天然气、煤炭矿产大煤炭矿产大2 2倍倍,约占化石燃料约占化石燃料(煤、石油、天然气煤、石油、天然气)的的

11、53%53%，右图给出了地球上的有机碳右图给出了地球上的有机碳分布。分布。二、世界资源的分布及消耗窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG11二、世界资源的分布及消耗煤、石油、天然气是当今世煤、石油、天然气是当今世界各国的主要矿物能源，已开采界各国的主要矿物能源，已开采使用近百年。据专家们估计，再使用近百年。据专家们估计，再有有3040年左右，就会面临能源年左右，就会面临能源枯竭的局面。国际能源机构曾指枯竭的局面。国际能源机构曾指出世界油气产量在出世界油气产量在20012020年年将达到顶峰，此后，就不可避免将达到顶峰，此后，就不可避免地持续下降。强烈的能源忧患意地持续下降。强烈的能源忧

12、患意识产生寻找新的替代新能源的热识产生寻找新的替代新能源的热潮。潮。窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG12 前天国际原油价格最新油价前天国际原油价格最新油价WTI 98.18 美元美元 0.89美元；美元；布伦特布伦特 95.76美元美元 1.26美元；美元；上升到上升到100美元不是不可能。美元不是不可能。估计估计90%的海域和占陆地的海域和占陆地26%的高纬度长年永冻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、希冀尽快有新的界的高度重视，投巨资、强化研究、希冀尽快有新的突破。突破。二

13、、世界资源的分布及消耗窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG13三、研究天然气水合物的意义窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG14Gas hydrate is an important topic for study for three reasons:1.It contains a great volume of methane,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、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG15由于独特的晶体结构与分

14、子空间构型决定了天然气水合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物独特的高浓集气体的能力，表现特点为高浓度气体=高储高储量。在实验标准状态下，单位体积天然气水合物可释放出量。在实验标准状态下，单位体积天然气水合物可释放出160-180160-180倍体积甲烷气体。因而天然气水合物矿藏的发现、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。原苏联科学院院士勘探、开发与研究也就极具价值。原苏联科学院院士A.A.A.A.特特罗菲姆克认为，有利于天然气水合物形成条件的地区，如占罗菲姆克认为，有利于天然气水合物形成条件的地

15、区，如占全球陆域面积全球陆域面积27%27%的永久冻土带地区，的永久冻土带地区，90%90%的海洋具备天然的海洋具备天然气水合物赋存条件；据此，目前估算全球天然气水合物含碳气水合物赋存条件；据此，目前估算全球天然气水合物含碳量为全球化石燃料量为全球化石燃料(石油、天然气和煤石油、天然气和煤)含碳量的两倍，从这含碳量的两倍，从这个意义上说，天然气水合物成为个意义上说，天然气水合物成为2121世纪清洁高效的替代能源世纪清洁高效的替代能源资源可望成为不争的事实。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、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG162.It may function as

16、 a source or sink for atmospheric methane,which may influence global climate Methane from the hydrate reservoir might significantly modify the global greenhouse,because methane is 20 times as effective a greenhouse gas as carbon dioxide,and gas hydrate may contain three orders of magnitude more meth

17、ane than exists in the present-day atmosphere.Because hydrate breakdown,causing release of methane to the atmosphere,can be related to pressure changes caused 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、副教授窦斌博士、副教授 CU

18、GCUG173.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 significant effect on sediment strength;its formation and breakdown may influence the occurrence and location of submarine landslides.Such l

19、andslides 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、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG18四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG19从从从从1810181018101810年英国年英国年英国年英国DavyDavyDavyDavy在实验室首次发现气水合物。在实验室首次发现气水合物。在实验室首次发现气水合物。在实验室首次发现气水合物。1934 1934 1934 1934年，年，年，年，在输气管道内发现天然气水合物，给

20、天然气在输气管道内发现天然气水合物，给天然气在输气管道内发现天然气水合物，给天然气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 1965年前苏联在西伯利亚麦索亚哈气田，发现了天然气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。水合物的矿层，引起许多国家科学家的重视。2020世纪世纪7070年代世界各大陆边缘和高纬度极地永冻层发现年代世界各大陆边缘和

21、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。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。上。四、天然气水合物勘探现状1 1、国际情况、国际情况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG20美国东南部海外有一处美国东南部海外有一处(仅仅30000 km2)30000 km2)处于快速沉积形成处于快速沉积形成山脊带，蕴藏着美国年消耗天然气量近山脊带，蕴藏着美国年消耗天然气量近3030倍的天然气水合物，倍的天然气水合物，这一地区称为布拉克山脊这一地区

22、称为布拉克山脊(Black Ridge)(Black Ridge)。19741974年前苏联在黑海年前苏联在黑海1950m1950m水深处，取得天然气水合物水深处，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，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。纷纷发现天然气水合物。19791979年深海钻探计划年深海钻探计划(DSDP)(DSDP)第第6666、6767航次和此后的大洋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。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、副教授窦斌博士、副教授

23、CUGCUG211995年年,美国在美国在ODP164航次中率先在布莱克海脊布设了航次中率先在布莱克海脊布设了3口勘探井口勘探井,首次有计划地取得了水合物样品。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年美国又与日本、加拿大合作在阿拉斯加打了1口示范口示范井。而在井。而在2000年年,日本国家石油公司日本国家石油公司(JNOC)与日本国际贸与日本国际贸易和工业部易和工业部(METI)共同出资在日本东南的南海海槽共同出资在日本东南的南海海槽(Nankai Trough)钻了一系列水合物测试井。钻了一系列水合物测试井。2002年年1月加拿大、美国和日本在加拿大月

24、加拿大、美国和日本在加拿大Mackenzie三角洲三角洲开钻了水合物井开钻了水合物井Mallik 2L-8井井,证实在永久冻土带下面证实在永久冻土带下面存在水合物。存在水合物。2003年年3月，月，Andarko石油公司、石油公司、Maurer技术公司和美国技术公司和美国能源部在阿拉斯加北部斜坡开始钻第能源部在阿拉斯加北部斜坡开始钻第1 口水合物调查研究口水合物调查研究井井“Hot Ice No.1”。四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG2220052005年年3 3月月，美美国国能能源源部部和和石石油油巨巨头头雪雪佛佛龙龙德德士士古古公公司司(Chevron

25、(Chevron Texaco)Texaco)联联合合（JIPJIP计计划划）开开始始在在墨墨西西哥哥湾湾KeathleyKeathley峡峡谷谷和和AtwaterAtwater谷谷区区进进行行水水合合物物勘勘探探钻钻井井，计计划划在在8 8个个钻钻位位钻钻1616口口井井。每每个个钻钻位位钻钻2 2口口井井,相相距距131323m23m左左右右,一一口口井井取取心心,另另一一口口井井用用来来测测井井(随随钻钻测测井井),),水水深深在在1300m1300m左左右右，并并将将在井中安装长期的监控设备。在井中安装长期的监控设备。20072007年年5 5月月1 1日日凌凌晨晨，在在我我国国南南海

26、海北北部部成成功功钻钻获获天天然然气气水水合合物物实实物物样样品品，并并经经初初步步预预测测，其其远远景景资资源源量量可可达达上上百百亿吨油当量。亿吨油当量。四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG23日本是个矿物能源缺乏的国家，日本是个矿物能源缺乏的国家，1991年底，据日本资源年底，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，有厚达达30m、面积为、面积为42000km2的埋藏可燃冰，约等于日本年天的埋藏可燃冰，约等于日本年天然气产量的然气产量的1400倍，埋藏量约倍，埋藏量约74000亿亿m3

27、，可供，可供100年使用年使用的天然气水合物。的天然气水合物。四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG241999年国土资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局，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分辨率多道地震测线534.3km，至少在，至少在130km剖面上识别出剖面上识别出BSR标志，矿层厚标志，矿层厚80300m，拉开了我国天然气水合物资源，拉开了我国天然气水合物资源调查的序幕。调查的序幕。2000年该所又完成了高分辨率多道地

28、震测量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多波束海底地形测量703.5km及多种现代化取样措施，经综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，较大，是一个可观的远景区，2001年至今工作仍在继续。年至今工作仍在继续。四、天然气水合物勘探现状1 1、我国情况、我国情况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG25国家海洋局二所也传来捷报，预示已找到可燃冰大量存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在的BSR标志。经初步估算，勾画出分

29、布区域，计算出稳定标志。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，日俱增，1980年仅年仅9处，到处，到2000年已猛增到年已猛增到88处。处。2007年年5月月1日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气水日凌晨，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

30、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。油当量。四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG26五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG27五、天然气水合物开发要从天然气水合物储层开采天然气必须具备以下条件：要从天然气水合物储层开采天然气必须具备以下条件：（1 1）能够将水合物颗粒暴露在水合物温度压力相平衡条）能够将水合物颗粒暴露在水合物温度压力相平衡条件以外；件以外；（2 2）水合物分解属于吸热反应，而且水合物分解具有自）水合物分解属于吸热反应，而且水合物分解具有自“保护保护”性，因此需要有可持续的能量供应；性，因此需要

31、有可持续的能量供应；（3 3）在水合物生产井，能够将分解的气体转移出来，防）在水合物生产井，能够将分解的气体转移出来，防止气体的大量集结阻止水合物的继续分解。止气体的大量集结阻止水合物的继续分解。1 1、天然气水合物开采理论、天然气水合物开采理论窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG28从天然气水合物的相平衡可以从天然气水合物的相平衡可以看出看出4 4，要想满足以上条件，只有以，要想满足以上条件，只有以下三种途径：下三种途径：（1 1）升高水合物的环境温度；）升高水合物的环境温度；（2 2）降低水合物所处的压力；）降低水合物所处的压力；（3 3）通过化学方法改变相平衡）通过化学方法改变

32、相平衡曲线，使相平衡曲线向左平移。曲线，使相平衡曲线向左平移。五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG29天然气水合物的热压力及其赋藏条件的特殊性决定了天天然气水合物的热压力及其赋藏条件的特殊性决定了天然气水合物勘探开发钻井与常规油气勘探钻井有很大的不同，然气水合物勘探开发钻井与常规油气勘探钻井有很大的不同，其最大难点在于钻开水合物地层过程中，由于井眼温度压力其最大难点在于钻开水合物地层过程中，由于井眼温度压力的改变会使水合物发生分解，由此引发取样困难、井壁易失的改变会使水合物发生分解，由此引发取样困难、井壁易失稳、井内安全事故易发甚至海底地质灾害乃至全球气候变迁稳、

33、井内安全事故易发甚至海底地质灾害乃至全球气候变迁等问题。等问题。因此必须在勘探钻井过程中对井内温度和压力实施控制，因此必须在勘探钻井过程中对井内温度和压力实施控制，而要进行控制首先就必须掌握井内的热压力特征规律以及相而要进行控制首先就必须掌握井内的热压力特征规律以及相应的钻进技术如钻进泥浆的循环护壁，钻进时的钻速、钻压应的钻进技术如钻进泥浆的循环护壁，钻进时的钻速、钻压等，其研究程度将是未来推动或制约我国和其他国家对天然等，其研究程度将是未来推动或制约我国和其他国家对天然气水合物勘探开发研究和实施进程的关键因素。气水合物勘探开发研究和实施进程的关键因素。五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌

34、博士、副教授 CUGCUG30要将天然气水合物转化为商业用天然气，实现要将天然气水合物转化为商业用天然气，实现途径不仅要经济而且要安全。由于天然气水合物的途径不仅要经济而且要安全。由于天然气水合物的物理化学特，传统的开采固体矿产的方法不适合开物理化学特，传统的开采固体矿产的方法不适合开采天然气水合物。根据水合物的形成原理，用于水采天然气水合物。根据水合物的形成原理，用于水合物分解开采的理论方法有以下三种。合物分解开采的理论方法有以下三种。（1 1）热熔法，该方法原理就是将热量注入水）热熔法，该方法原理就是将热量注入水合物沉积层，水合物吸收热量后温度升高引起水合合物沉积层，水合物吸收热量后温度升

35、高引起水合物颗粒的分解。物颗粒的分解。KlamathKlamath认为，可以从地面将热的液认为，可以从地面将热的液体如水、盐水、蒸汽注入到水合物开采层，或者在体如水、盐水、蒸汽注入到水合物开采层，或者在水合物开采层燃烧高能量物质以及采用电磁加热等水合物开采层燃烧高能量物质以及采用电磁加热等方法。方法。五、天然气水合物开发2 2、天然气水合物开采常规方法、天然气水合物开采常规方法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG31（2 2）抑制剂刺激法，该方法原理是通）抑制剂刺激法，该方法原理是通过注入化学试剂使水合物热动力相平过注入化学试剂使水合物热动力相平衡发生改变从而引起水合物分解。但衡发生

36、改变从而引起水合物分解。但是，抑制剂刺激法只限于少量开发时是，抑制剂刺激法只限于少量开发时采用，因为这与抑制剂成本比较高相采用，因为这与抑制剂成本比较高相关。在某些石油开采井，当出现水合关。在某些石油开采井，当出现水合物阻塞现象时，通过注入甲醇和氯化物阻塞现象时，通过注入甲醇和氯化钙溶液可以成功的疏通水合物的阻塞。钙溶液可以成功的疏通水合物的阻塞。五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG32（3 3）减压法，在该方法中，通过减小液体）减压法，在该方法中，通过减小液体与水合物的接触面压力，促使水合物处在相与水合物的接触面压力，促使水合物处在相平衡稳定区域以外从而发生分解

37、。在该方法平衡稳定区域以外从而发生分解。在该方法中，由于没有额外的热量注入到水合物开采中，由于没有额外的热量注入到水合物开采层，分解所吸收的热量必须由周围物质提供，层，分解所吸收的热量必须由周围物质提供，但是当水合物分解吸收的热量达到一定程度，但是当水合物分解吸收的热量达到一定程度，水合物周围环境温度降低会抑制水合物的进水合物周围环境温度降低会抑制水合物的进一步分解。很多研究指出，这种方法在气体一步分解。很多研究指出，这种方法在气体全面分解过程中有利于控制开采气体的流量。全面分解过程中有利于控制开采气体的流量。对于减压法适合于那些储藏中存在大量自由对于减压法适合于那些储藏中存在大量自由气体的水

38、合物储层。气体的水合物储层。五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG33五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG34五、天然气水合物开发3 3、天然气水合物开采特殊方法、天然气水合物开采特殊方法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG35六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG36与国外相比我国天然气水合物研究还存在较大差距：与国外相比我国天然气水合物研究还存在较大差距：一一是是缺缺乏乏钻钻井井取取心心资资料料；水水合合物物气气资资源源量量评评价价参参数数条条件件不不充充分分；二二是是基基础础地地质质研

39、研究究程程度度较较低低；三三是是实实验验研研究究与与地地质质研研究究缺缺乏乏有有机结合；机结合；六、我国水合物勘探面临的难题1 1、我国与国外差距、我国与国外差距四四是是缺缺乏乏统统一一规规划划和和有有效效组组织织管管理理；五五是是对对天天然然气气水水合合物物有有利利区区缺缺乏乏详详查查；六六是是有有利利区区地地理位置不如上述试验区优越。理位置不如上述试验区优越。窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG372.2.钻钻进进过过程程中中天天然然气气水水合合物物的的分分解解会会对对钻钻井井安安全全、钻钻进进质质量量、设备等造成严重危害：设备等造成严重危害：（1 1）很很难难采采集集到到高高保

40、保真真的的天天然然气气水水合合物物岩岩样样或或岩岩样样采采取取率率很很低，造成对储层特征的错误判断；低，造成对储层特征的错误判断；（2 2）气气体体进进入入钻钻井井液液后后，与与钻钻井井液液一一起起循循环环，使使钻钻井井液液密密度度降降低低，导导致致井井底底静静水水压压力力降降低低，加加速速了了天天然然气气水水合合物物的的分分解解，并并表表现现为为恶恶性性循循环环，最最终终导导致致井井底底大大量量天天然然气气水水合合物物分分解解，造造成成井井径径严严重重扩扩大大、井井喷喷、井井塌塌、套套管管变变形形和和地地面面沉降等事故沉降等事故;六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授

41、CUGCUG38（3 3）在在深深海海和和温温度度很很低低冻冻土土地地区区钻钻进进时时，在在井井身身内内一一定定位位置置或或地地面面管管路路中中具具有有气气体体重重新新形形成成天天然然气气水水合合物物的的温温度度和和压压力力条条件件，钻钻井井液液中中天天然然气气水水合合物物一一旦旦形形成成影影响响钻钻井井液液循循环环或或钻钻井井系系统统的的其其他他管管路路的的堵堵塞塞，导导致致一一系系列列井井内内恶恶性性事事故故，且且由由于于形形成成天天然然气气水水合合物物所所需需水水来来自自钻钻井井液液自自身身，钻钻井井液液的的失失水水会会严严重重影影响响其其流流动动特特性性，钻钻井井液液中中的的固固相相会

42、会沉沉析，使井身中钻井液只有少量或没有钻井液。析，使井身中钻井液只有少量或没有钻井液。因因此此，钻钻井井过过程程中中天天然然气气水水合合物物的的抑抑制制分分解解是是基基于于高高保保真真取取样样、安安全全钻钻井井和和维维护护原原位位天天然然气气水水合合物物层层稳稳定定的的目目的的，通通过过温温度度和和压压力力的的控控制制，不不允允许许或或能能有有效效控控制制天天然然气气水合物的分解。水合物的分解。六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG39 3.3.天然气水合物诱发分解的目的主要体现在三个方面：天然气水合物诱发分解的目的主要体现在三个方面：一一是是可可作作为为一

43、一种种钻钻井井方方法法，即即采采用用低低密密度度泥泥浆浆，诱诱发发天天然然气气水水合合物物的的分分解解（这这种种分分解解是是可可控控制制的的，例例如如在在起起下下钻钻、换换钻钻头头、测测井井时时则则需需增增加加泥泥浆浆浓浓度度，抑抑制制天天然然气气水水合合物物的的分分解解），在在气气体体进进入入泥泥浆浆后后，随随泥泥浆浆循循环环到到地地面面并并被被分分离离出出来来。该该方方法法的的可可行行性性取取决决于于在在泥泥浆浆循循环环过过程程中中形形成成天天然然气气水水合合物物可可能能性性、泥泥浆浆循循环环速速度度、泥泥浆浆温温度度、发发生生井井喷喷和和井井涌涌的的可可能能性性、井井底底天天然然气气水水

44、合合物物分分解解的的可可控控制程度、地层特性等。制程度、地层特性等。六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG40二二是是为为了了对对钻钻井井系系统统中中再再生生成成的的水水合合物物堵堵塞塞进行消堵。进行消堵。三三是是作作为为开开采采天天然然气气水水合合物物的的一一种种方方法法，即即通通过过井井筒筒向向天天然然气气水水合合物物地地层层输输送送能能量量，激激发发天天然然气气水水合合物物分分解解成成自自由由气气体体或或地地层层岩岩石石破碎形成气、液、固三相矿浆进行开采。破碎形成气、液、固三相矿浆进行开采。六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授

45、CUGCUG41钻钻井井液液能能否否抑抑制制或或者者诱诱发发钻钻进进过过程程中中天天然然气气水水合合物物分分解解和和再再生生成成，关关系系到到天天然然气气水水合合物物取取心心质质量量、试试验验性性和和商商业业性性钻钻井井开开采采的的进进程程、钻钻井井作作业业能能否否顺顺利利实实施施和和钻钻井井污污染染等等关关键键性性问问题题。同同时时，对对天天然然气气水水合合物物抑抑制制分分解解和和诱诱发发分分解解机机理理、天天然然气气水水合合物物开开采采工工艺艺研研究究提提供理论和技术基础。供理论和技术基础。4 4、钻井液的作用、钻井液的作用、钻井液的作用、钻井液的作用六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、

46、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG42七、取心关键技术及解决办法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG43地质取样技术包括抓斗取样、重力取样地质取样技术包括抓斗取样、重力取样(柱样柱样)、大型重、大型重力活塞密封取样等海底浅层取样技术力活塞密封取样等海底浅层取样技术(深度达深度达101012m)12m)和钻和钻井取芯技术，其中钻井取芯技术是识别天然气水合物的最直井取芯技术，其中钻井取芯技术是识别天然气水合物的最直接的方法接的方法 钻井取芯技术的关键在于研制能够取得高保真岩芯样品钻井取芯技术的关键在于研制能够取得高保真岩芯样品的保温保压取芯器，这种取芯器一般具有以下的特点：的保温保压取

47、芯器，这种取芯器一般具有以下的特点：1 1）具有耐高压且可以自动密封的取样系统；）具有耐高压且可以自动密封的取样系统；2 2）具有自动温度识别和降温系统；）具有自动温度识别和降温系统；3 3）人工智能系统。）人工智能系统。七、取心关键技术及解决办法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG44目前比较有影响的取芯器有目前比较有影响的取芯器有DSDPDSDP采用的保压取样筒采用的保压取样筒PCBPCB、ODPODP的的PCSPCS、活塞取样器、活塞取样器APCAPC、欧盟研制的、欧盟研制的HYACEHYACE、日本研制的、日本研制的PTCSPTCS等。等。天然气水合物整体钻井技术系统和钻井开

48、采设备的研制天然气水合物整体钻井技术系统和钻井开采设备的研制近些年来也取得了很大的发展，如半潜式钻井平台、载人或近些年来也取得了很大的发展，如半潜式钻井平台、载人或自治潜艇器、海洋钻探船等，目前最先进的综合钻探船为日自治潜艇器、海洋钻探船等，目前最先进的综合钻探船为日本在建的本在建的IODPIODP钻探船，海底钻探深度可达钻探船，海底钻探深度可达7000m7000m。七、取心关键技术及解决办法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG45七、取心关键技术及解决办法 要要要要想想想想准准准准确确确确地地地地查查查查明明明明天天天天然然然然气气气气水水水水合合合合物物物物的的的的储储储储量量量

49、量、埋埋埋埋藏藏藏藏深深深深度度度度、物物物物化化化化特特特特性性性性等等等等技技技技术术术术参参参参数数数数，而而而而获获获获取取取取地地地地下下下下深深深深部部部部实实实实物物物物资资资资料料料料的的的的唯唯唯唯一一一一手手手手段段段段只只只只能能能能是是是是钻钻钻钻探探探探。对对对对于于于于天天天天然然然然气气气气水水水水合合合合物物物物取取取取心心心心钻钻钻钻探探探探来来来来讲讲讲讲，其其其其难难难难度度度度在在在在于于于于如如如如何何何何获获获获取取取取原原原原状状状状样样样样品品品品，而而而而根根根根据据据据现现现现有有有有钻钻钻钻探探探探技技技技术术术术条条条条件件件件，获获获获

50、取取取取原原原原状状状状样样样样品品品品的的的的最最最最佳佳佳佳途途途途径径径径只只只只能能能能是是是是采采采采用用用用适适适适合合合合天天天天然然然然气气气气水水水水合合合合物物物物物物物物性性性性特特特特点点点点的的的的保保保保温温温温保保保保压压压压取取取取心心心心装装装装置置置置并并并并应应应应用用用用绳绳绳绳索索索索取取取取心心心心钻钻钻钻探探探探技技技技术术术术，才才才才有有有有可可可可能能能能在在在在最最最最短短短短的的的的时时时时间间间间之之之之内内内内将将将将储储储储存存存存了了了了原原原原状状状状地地地地层层层层样样样样品品品品的的的的取取取取心心心心装装装装置置置置提提提