天然气水合物勘探概况及钻探取心技术探讨
天然气水合物开采技术研究进展
天然气水合物开采技术研究进展天然气水合物是指天然气和水分子在高压、低温下形成的结晶体，是天然气的一种新形式。
天然气水合物的丰富储量和广泛分布，在能源领域具有非常重要的战略意义。
目前，天然气水合物开采技术研究已经取得了一些进展，本文将从四个方面进行分析。
一、天然气水合物开采技术研究现状天然气水合物开采技术一直是石油天然气领域的研究焦点，当前主要包括以下方面：1、水合物钻探技术：研究水合物在钻探过程中的动力学行为和物理性质，并开发出适合于水合物探测的传感器、仪器等设备。
2、水合物开采技术：通过人工或自然措施改变温度、压力、浓度等环境因素，使水合物分解，达到开采目的。
3、水合物输送技术：在水合物开采后，需要将天然气输送到加工厂进行加工处理，目前研究正在进行中。
4、水合物加工技术：水合物加工技术是将开采的水合物转换成生产能用的商品气体，主要涉及水合物裂解、去除杂质、压缩储存等方面。
二、天然气水合物开采技术研究现状目前，世界各国均在加速水合物开采技术的探索，例如日本在2013年成功进行了深层水合物开采实验，韩国也在2016年成功进行了大规模天然气水合物探测试验。
而我国则于2017年成功进行了天然气水合物试采。
在这些实践中，研究者们不断探索优化开采技术，提高开采效率。
1、温度管理技术天然气水合物开采需要在压力较高的环境下进行，为使水合物分解，需要通过温度管理技术来控制水合物的热解温度。
目前，研究者们主要通过水淬、电热、压缩利用等方法来达到控制温度的目的。
2、压裂技术在水合物开采过程中，如果仅仅靠温度变化来改变水合物体积、压力，开采效率较低。
因此，需要依托压裂技术，通过向水合物区域注入压缩空气、水等物质来达到改变水合物体积的目的。
3、高效减阻剂技术在输送天然气的过程中，水合物会因发生极性相互作用而粘附在输送管道及設备表面，严重影响输送效率。
高效减阻剂技术可将水合物与管道表面分离，提高天然气输送效率。
三、天然气水合物开采技术成果目前，天然气水合物开采的有效储量还未被准确评估。
天然气水合物钻探取样技术现状与实施研究
Ｊ ＤＥ ＯＩ Ｓ航线钻 井 船 的密 封 是 由球 阀 实 现 的 ， 能 使 高 压 保 持 在 高 达 它
６ ０ ａ 。应 用 Ｐ Ｓ， 径 ４ ３ ｃ 岩 芯 容 积 １ ６ ｍＬ ９ ｂｒ Ｃ 直 ． ２ｍ， ４５ （ ｉ ｅｓ Ｄ ｃ ｎ 等人 ， ０ ３ Ｍｉ ｏ ｋ ２ ０ ； ｌ ｖ等 人 ， ０ ４ ， 既 能 由钻 ｋ ２０ ） 他 探 船 的顶驱 旋 转 回收 ， 能 像 一 个 推挤 取 芯器 一 样 回 也
天然气 水合 物 （ａ ｙ ｒｔ） 一 种 白色 固体 结 晶 ｇ ｓｈ ｄａｅ是 物质 ， 外形像 冰 ， 极 强 的燃 烧 力 ， 有 可作 为 上 等 能源 ， 俗
称 为“ 可燃 冰” 。据 理论计 算 ， ｍａ ｉ 的天然 气水合 物 可 释 放 出 １ ４ 的 甲烷 气和 ０ ８ 的水 ［ 。这 种 固体 水合 ６ ｍ３ ． ｍａ １ ］ 物 只能存在 于一定 的温度 和压 力条件 下 ， 般它要 求温 一
启动球 ， 然后 下降 Ｐ Ｓ使 之 回到 Ｂ Ｃ ＨＡ 固定 座 上 ， 重新
度低 于 ０Ｃ～ １℃ ， ￣ ０ 压力 高 于 １ＭＰ ， ０ ａ一旦 温 度 升 高或 压力 降低 ， 甲烷 气则 会 逸 出 ， 固体 水 合 物 便 趋 于 崩 解 。
由于天然气 水合物 的这一 特殊性 ， 若要 获得 其样 品具有
Ｐ Ｓ是一 种 自由下落 式展 开 、 Ｃ 液压 驱 动 、 缆 回收 钢
的保 压取芯 工具 。它 既采 用 了传 统 的 油 田压 力 取芯 技
术， 又采用 了 ＤＳ ＤＰ计 划 发 展 起 来 的取 芯 技 术 。研 制
收 。像 其他 保 压 取 芯设 备 （ 下 介 绍 ） 样 ， Ｃ 如 一 Ｐ Ｓ不 允
天然气水合物及其勘查研究
天然气水合物及其勘查研究Yuanzi16本文作者的话当今地球人类面临严重的能源、环境等危及人类生存和世界经济社会可持续发展的重大问题。
石油、天然气和煤等常规能源资源日益枯竭是一种必然趋势。
地球生态、大气、水以及地质环境恶化的势头尚未得到有效遏制。
天然气水合物是地球上一种储量十分丰富、高效、洁净、潜力巨大的新型绿色接替能源。
天然气水合物的勘查研究和开发利用，对于确保人类能源、环境安全，确保世界经济社会可持续发展，都具有极其重大而深远的意义。
本文拟根据现有的资料，综述天然气水合物及其勘查研究成果，供读者进一步了解和研究参考。
本文目录一、天然气水合物及其理化特性二、天然气水合物形成条件与分布规律三、天然气水合物识别标志四、天然气水合物资源评价五、天然气水合物勘查与研究的意义六、国际天然气水合物勘查研究现状七、中国天然气水合物勘查研究现状八、天然气水合物勘查技术手段九、天然气水合物未来可能的开采技术下面是正文一、天然气水合物及其理化特性1、天然气水合物及其产出状态天然气水合物，也叫做气体水合物（gas hydrate），是由天然气与水分子在高压（大于100个大气压或大于10MPa）和低温（0℃～10 ℃）条件下混合而成的一种固态结晶物质。
由于天然气水合物中80%～90%或其以上的成分是甲烷，因而也有人把天然气水合物叫做甲烷水合物（Methane Hydrate或Methane Gas Hydrate）。
另外，由于天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体产出，外貌类似冰雪，可以像固体酒精块一样被火点燃，因而一般俗称“可燃冰”。
天然气水合物所赋存的沉积物多数是新生代沉积。
在沉积层中，天然气水合物可以呈分散状或分散浸染状（如中国获得的样品）赋存于沉积物中；也可以以胶结方式充填于沉积物的孔隙中（如中国获得的样品）；也可以呈结核状、团块状（如美国获得的样品）和薄层状（如中国获得的样品）等集合体形式赋存于沉积物中；还可以呈细脉状、网脉状等脉状（如美国获得的样品）充填于沉积物裂隙中产出。
天然气水合物勘探概况及钻探取心技术探讨 (2)
一、天然气水合物概况
3 窦斌博士、副教授 CUG
一、天然气水合物概况
1、什么是天然气水合物
天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）因 其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M·nH2O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）。
●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”。
4 窦斌博士、副教授 CUG
一、天然气水合物概况
5 窦斌博士、副教授 CUG
一、天然气水合物概况
2、天然气水合物的分布 天然气水合物在
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。
6 窦斌博士、副教授 CUG
一、天然气水合物概况
●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。
天然气水合物开采与利用的技术研究和前景分析
天然气水合物开采与利用的技术研究和前景分析天然气水合物是一种新兴的可再生能源，它是由天然气分子和水分子在高压、低温环境下结晶形成的。
天然气水合物储量巨大，被认为是未来能源革命的重要组成部分。
随着科技的进步和对能源安全的重视，天然气水合物的开采与利用将成为研究的重点之一。
一、天然气水合物开采技术天然气水合物分布于地球深海、海洋海底和北极等寒冷地带，因此开采难度大、成本高。
对于天然气水合物的开采，目前主要有以下几种技术：1.水下开采技术水下开采技术主要包括水下钻井、水下采样、水下生产等技术。
通过水下开采技术，可以实现对水合物的单独开采，同时也可以有效减少与海水混合的可能。
2.钻井模式开采技术钻井模式开采技术是利用井口周围的压差对水合物进行开采。
该技术需要在水合物储层进行井钻开洞，确保井眼与水合物储层的隔离，然后通过抽吸泵将矿物质和水合物从井眼排入井下。
3.膨胀法开采技术膨胀法开采技术是通过注入物质如液态二氧化碳使水合物脱离，在其结构中形成空气泡从而破坏水合物结构，实现开采。
二、天然气水合物利用技术天然气水合物的利用技术主要包括化学转化、物理加工、燃烧利用、液化气等技术。
其中，液化气技术是天然气水合物利用的一个重要方向。
通过液化气技术，可以降低天然气水合物的储存和运输成本，使其更便捷地运输和使用。
目前在日本、中国等国家已经开始建设天然气水合物的试验项目，尽管只是处于试验阶段，但天然气水合物开采与利用的前景是十分广阔的。
三、天然气水合物开采与利用的前景分析随着全球能源需求的不断增长，传统石油、天然气等能源的供应面临着日趋匮乏的困境。
而天然气水合物的储量巨大，可以为全球能源供应带来新的可能。
越来越多的国家开始加强天然气水合物的研究，推动技术的发展和应用。
在减少对传统石油、天然气等能源的依赖的同时，天然气水合物的开采与利用也为我们提供了更多的可再生能源资源。
值得注意的是，天然气水合物的开采和利用需要高端科技和先进设备的支持，同时也需要具备丰富的资金和技术积累，因此，在未来的发展中，需要各国政府和企业加强合作，共同推动天然气水合物的研究和利用，实现能源的可持续发展。
天然气水合物开采技术的研究与应用
天然气水合物开采技术的研究与应用随着能源需求的不断增加，天然气水合物被视为未来能源的重要替代品。
天然气水合物是一种在海洋底部或深层地质中形成的固态物质，它的燃烧产生的二氧化碳和氮氧化物等有害气体的排放量远远低于化石燃料。
因此，天然气水合物的开采技术的研究和应用对于人类的可持续发展至关重要。
目前，天然气水合物的开采技术尚处于发展阶段，主要有三种方法：单向井提取法、水下采矿法和钻孔静压裂解离法。
其中，单向井提取法是一种在海洋底部采集天然气水合物的方法。
这种方法的原理是通过在海底钻取单向钻孔，将水合物开采至井口，利用压缩机将其气体化。
水下采矿法则是利用深海的机械臂挖掘水合物层，再利用劣质的油气作为燃料抽取天然气水合物。
而钻孔静压裂解离法是通过钻孔将水合物层压缩，使其失去稳定性后获得天然气。
它们各有优势和适用范围。
单向井提取法具有采集速度快、成本低、效率高的特点，适用于海域浅、水合物含量高的地区。
WaterBock 则是一家专注于海洋技术研发的公司，该公司提出的水下采矿法在对比单向井提取法的情况下颇具优势。
这种方法适用于水深1000~2000米的深海沉积。
而钻孔静压裂解离法则更适用于水深3000米以上的深水领域。
开采天然气水合物有其独有的挑战，如水合物的形成和稳定性等问题。
水合物的形成在海洋底部是相对困难的。
因为这需要特定的温度和压力条件。
而水合物的稳定性问题则是在开采过程中极为重要的。
因为更改温度或压力可能会破坏水合物结构，导致气体的离析和海洋底部地质的坍塌。
解决这些挑战的关键在于对现有技术的改进和创新。
如伦敦大学国王学院的专家们通过实验室实施水合物结构的研究和模拟，希望找到在开采过程中避免气体离析的解决方案。
此外，另一个关键问题是保持可持续开采。
天然气水合物是有限资源，每年国际能源机构的数据显示仅有不到3000亿立方米的储量，如过度开采将会耗费该能源的资源。
不过，切实可行的开采方案可以确保水合物资源的可持续开采。
天然气水合物勘探开发技术研究
天然气水合物勘探开发技术研究天然气水合物勘探开发技术研究摘要：天然气水合物广泛分布于陆域的永久冻土与深海沉积物内，是人类十分理想的替代能源。
本文重点探讨了我国天然水合物资源在勘探开发技术方面的进展，并以此为基础，对我国天然气水合物的开发技术提出几点建议。
关键词：天然水合物;开发技术;勘探技术;进展天然气水合物又被称作可燃冰，具体指低温高压环境下，水与天然气所形成的笼形、冰态化合物，其实质是天然气在自然界中特殊的存在形式，广泛分布于水深300米以下的海洋与陆地中的永久冻土中，其显著特点为储量大、分布广。
本文将对我国天然水合物资源的勘探开发技术展开探讨。
1 天然水合物资源的勘探开发技术进展1.1 成藏机理的研究我国于2008年9月，正式开始研究南海天然气水合物资源的开采基础和富集规律，将此项研究命名为“973”项目，分别从地质条件、热力学条件以及气源条件等不同的角度，对我国天然气水合物的成藏机理进行了分析与探讨，以便对其成藏规律展开更详尽的研究。
最后通过汇集研究成果，形成了一本详明的专集，并获得国内外一致好评与认可。
1.2 勘探技术的研究我国于1999年在南海的北部陆坡区域对天然气水合物进行了深度调查与研究，其工作量相当庞大，主要包括对4470千米的近海区域进行高分辨率多道地震的采集与处理，在海底浅表层设置138个站位进行地质取样，设置59个站位进行海底摄影，其中，浅层剖面的厚度达到2100千米。
此项调查与研究取得了一定的成果，终于发现天然气水合物资源所存在的一些地球化学、物理以及地质方面的异常标志，并初步证实：在我国海域中有天然气水合物资源的存在。
我国于2002年正式启动了被命名为“118专项”的天然气水合物的调查与研究项目，专门对其关键技术展开深入研究。
2006年，我国启动“”计划，再次对如何勘探与开发天然气水合物资源的一些关键技术展开研究，此计划被定义为重大专项，并设置了7个相关课题，主要包括如何勘探、取心、成藏以及开采天然气水合物等方面的内容。
地球天然气水合物资源勘探监测技术研究
地球天然气水合物资源勘探监测技术研究地球天然气水合物是一种富含甲烷的天然气水合物，存在于深海和寒冷地区的沉积物中。
由于其庞大的储量和潜在的能源价值，地球天然气水合物资源的勘探监测技术研究具有重要的意义。
为了有效地开发和利用地球天然气水合物资源，必须首先开展勘探和监测工作。
在地球天然气水合物资源的勘探中，需要利用多种技术手段来确定水合物的存在和储量。
其中，地震勘探是目前最主要和常用的勘探技术之一。
通过地震波在地下不同介质中的传播和反射，可以探测到地下水合物的分布情况和储量估计。
地震勘探通常包括声波勘探、电波勘探和重力勘探等。
此外，还可以利用地球物理探测手段，如电磁法、震源勘探等，来获得更详细的地质信息。
在地球天然气水合物资源的监测中，需要建立长期稳定的监测体系。
通过监测沉积物中甲烷的含量和水合物的稳定性，可以评估地下水合物资源的分布和演化。
目前，常用的监测方法包括钻孔取样、海洋采样和航空遥感等。
钻孔取样是最直接的方法，可以获取地下水合物样本进行实验室分析。
海洋采样可以通过测量水体中甲烷浓度来间接评估水合物资源的存在与分布。
航空遥感则利用航空器或卫星所获取的图像数据，通过对地表特征的分析来识别潜在的水合物区域。
除了传统的勘探监测技术，近年来还出现了一些新的技术手段。
其中，声波水合物探测技术是一项非侵入性的监测方法，通过测量水合物产生的声波信号来判断水合物的分布和稳定性。
此外，还可以利用地下电磁法和地震电阻率成像等技术，来探测地下水合物的分布和储量。
这些新技术的出现极大地推动了地球天然气水合物资源勘探监测技术的发展。
随着勘探监测技术的不断发展与完善，我们对地球天然气水合物资源的认识也在不断深化。
然而，还存在一些技术难题亟待解决。
例如，水下勘探工作面临着水深大、水面波浪和沉积物等复杂环境条件影响；水合物在采取过程中可能会解离，给勘探带来困难；同时，水合物分布的不均匀性也给勘探带来一定难度。
因此，我们还需进一步研究和开发更加精确和高效的勘探监测技术，以更好地探明地球天然气水合物资源的分布和储量。
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窦 斌 博士、副教授 2007-11-27 濮阳
1 窦斌博士、副教授 CUG
目录
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
15 2021/3/2
三、研究天然气水合物的意义
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。
4 2021/3/2
一、天然气水合物概况
5 2021/3/2
一、天然气水合物概况
2、天然气水合物的分布 天然气水合物在
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。
6 2021/3/2
一、天然气水合物概况
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。
16 2021/3/2
三、研究天然气水合物的意义
2.It may function as 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 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 by glacial sea-level fluctuations, gas hydrate may play a role in controlling long-term global climate change.
13 2021/3/2
三、研究天然气水合物的意义
14 2021/3/2
三、研究天然气水合物的意义
Why do we study it? Gas 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.
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。
7 2021/3/2
一、天然气水合物概况
3、天然气水合物的分组成及结构 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 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。
8 2021/3/2
一、天然气水合物概况
I型为立方晶体结构、Ⅱ型为菱型晶体结构、H型为六方 晶体结构。Ⅰ型天然气水合物在自然界颁最广，而Ⅱ及H型 水合物更为稳定。
9 2021/3/2
二、世界能源的分布及消耗
10 2021/3/2
二、世界资源ห้องสมุดไป่ตู้分布及消耗
据80年代国际天然气潜 力委员会(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 2×1016m3,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。
12 2021/3/2
二、世界资源的分布及消耗
前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。
2 2021/3/2
一、天然气水合物概况
3 2021/3/2
一、天然气水合物概况
1、什么是天然气水合物
天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）因 其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M·nH2O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）。
11 2021/3/2
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30~40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2001~2020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。