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天然气水合物开采研究现状_吴传芝

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天然气 水合物 开采 研究 现状 吴传芝
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© 1994 ,赵 克 斌 1 ,孙 长 青 1 ,孙 冬 胜 2 ,徐 旭 辉 2 ,陈 昕 华 3 ,宣   玲 1(1. 中 国 石 油 化 工 股 份 有 限 公 司 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 无 锡 石 油 地 质 研 究 所 ,江 苏 无 锡 214151 ;2. 中 国 石 油 化 工 股 份 有 限 公 司 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 ,北 京 100083 ;3. 中 国 石 油 化 工 股 份 有 限 公 司 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 西 部 分 院 ,乌 鲁 木 齐 830011)摘   要 :随 着 天 然 气 水 合 物 基 础 研 究 的 不 断 深 入 ,天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 空 前 活 跃 。 在 技 术 方 法 方 面 ,传 统 的 热 激 发 开 采 法 、 减压 开 采 法 与 化 学 抑 制 剂 注 入 开 采 法 获 得 了 不 断 的 发 展 与 改 进 ;新 型 开 采 技 术 如 法 与 固 体 开 采 法 引 起 了 学 者 们 的 极 大 关注 ;最 近 我 国 还 研 制 出 适 合 于 海 洋 天 然 气 水 合 物 开 采 的 水 力 提 升 法 。 在 开 采 研 究 实 践 方 面 ,全 世 界 已 在 3 处 冻 土 区 进 行 了 天 然 气水 合 物 试 采 研 究 。 介 绍 了 天 然 气 水 合 物 开 采 技 术 的 研 究 进 展 与 冻 土 区 天 然 气 水 合 物 试 采 研 究 结 果 ,分 析 了 天 然 气 水 合 物 开 采 研究 中 可 能 涉 及 的 环 境 问 题 ,展 现 了 现 阶 段 天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 领 域 的 最 新 成 果 ,总 结 了 这 一 领 域 取 得 的 经 验 与 认 识 ,强 调 了 国际 天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 对 我 国 天 然 气 水 合 物 研 究 的 启 示 。关 键 词 :天 然 气 水 合 物 ;开 采 技 术 ;开 采 试 验 ;麦 索 亚 哈 气 田 ; 区中 图 分 类 号 :     文 献 标 识 码 :A             文 章 编 号 :100027849(2008) 0120047206天 然 气 水 合 物 具 有 巨 大 的 资 源 潜 能 ,但 只 有 解决 了 其 开 采 问 题 ,天 然 气 水 合 物 才 能 成 为 一 种 真 正的 能 源 。 近 10 年 来 ,对 天 然 气 水 合 物 研 究 起 步 较 早的 一 些 国 家 ,明 显 加 速 了 天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 的步 伐 ,在 开 采 技 术 、 开 采 工 艺 、 开 采 面 临 的 环 境 问 题等 方 面 做 了 大 量 工 作 ,并 在 冻 土 区 进 行 了 天 然 气 水合 物 开 采 试 验 。我 国 近 年 来 也 已 介 入 天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 领域 ,但 总 体 上 ,国 内 天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 才 刚 刚 开始 ,尚 没 有 进 行 试 采 研 究 。笔 者 拟 介 绍 天 然 气 水 合 物 开 采 技 术 的 发 展 、 试采 研 究 结 果 与 开 采 涉 及 的 环 境 问 题 等 内 容 ,展 现 现阶 段 世 界 天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 领 域 的 最 新 成 果 ,总 结 这 一 研 究 领 域 已 取 得 的 经 验 与 认 识 ,强 调 国 际天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 对 我 国 天 然 气 水 合 物 开 采 研究 的 启 示 。1   开 采 方 法 的 改 进 与 发 展天 然 气 水 合 物 是 一 种 由 天 然 气 和 水 组 成 的 亚 稳定 态 矿 物 ,存 在 于 特 定 的 温 压 条 件 下 。 一 旦 赋 存 条件 发 生 变 化 ,天 然 气 水 合 物 藏 的 相 平 衡 就 会 被 破 坏 ,引 起 天 然 气 水 合 物 分 解 。 传 统 的 天 然 气 水 合 物 开 采技 术 就 是 根 据 天 然 气 水 合 物 的 这 种 性 质 而 设 计 的 ,主 要 包 括 热 激 发 开 采 法 、 减 压 开 采 法 与 化 学 试 剂 注入 开 采 法 [1215 ] 。 随 着 天 然 气 水 合 物 基 础 研 究 的 不 断深 入 ,近 些 年 又 涌 现 出 一 些 新 的 开 采 技 术 ,如 与 固 体 开 采 法 等 [8 ,12213 ,16220 ] 。1. 1 传 统 开 采 方 法 的 改 进 与 技 术 缺 陷(1)热 激 发 开 采 法   热 激 发 开 采 法 是 直 接 对 天然 气 水 合 物 层 进 行 加 热 ,使 天 然 气 水 合 物 层 的 温 度超 过 其 平 衡 温 度 ,从 而 促 使 天 然 气 水 合 物 分 解 为 水与 天 然 气 的 开 采 方 法 。 这 种 方 法 经 历 了 直 接 向 天 然气 水 合 物 层 中 注 入 热 流 体 加 热 、 火 驱 法 加 热 、 井 下 电磁 加 热 以 及 微 波 加 热 等 发 展 历 程 [426 ,8215 ] 。 热 激 发 开采 法 可 实 现 循 环 注 热 ,且 作 用 方 式 较 快 。 加 热 方 式 的不 断 改 进 ,促 进 了 热 激 发 开 采 法 的 发 展 。 但 这 种 方 法至 今 尚 未 很 好 地 解 决 热 利 用 效 率 较 低 的 问 题 ,而 且 只能 进 行 局 部 加 热 ,因 此 该 方 法 尚 有 待 进 一 步 完 善 。(2)减 压 开 采 法   减 压 开 采 法 是 一 种 通 过 降 低压 力 促 使 天 然 气 水 合 物 分 解 的 开 采 方 法 。 减 压 途 径主 要 有 两 种 : ① 采 用 低 密 度 泥 浆 钻 井 达 到 减 压 目 的 ;② 当 天 然 气 水 合 物 层 下 方 存 在 游 离 气 或 其 他 流 体时 ,通 过 泵 出 天 然 气 水 合 物 层 下 方 的 游 离 气 或 其 他流 体 来 降 低 天 然 气 水 合 物 层 的 压 力 [4 ,6 ,8210 ,12213 ,15 ] 。减 压 开 采 法 不 需 要 连 续 激 发 ,成 本 较 低 ,适 合 大 面 积开 采 ,尤 其 适 用 于 存 在 下 伏 游 离 气 层 的 天 然 气 水 合物 藏 的 开 采 ,是 天 然 气 水 合 物 传 统 开 采 方 法 中 最 有前 景 的 一 种 技 术 。 但 它 对 天 然 气 水 合 物 藏 的 性 质 有第 27 卷   第 1 期200 8年     1 月        地 质 科 技 情 报      27   1    20083 收 稿 日 期 :2007204228       编 辑 :禹 华 珍基 金 项 目 :中 国 石 油 化 工 股 份 有 限 公 司 项 目 “ 天 然 气 水 合 物 勘 探 与 开 发 现 状 调 研 ” ( 者 简 介 :吴 传 芝 (1966 —   ) ,女 ,工 程 师 ,主 要 从 事 油 气 地 球 化 学 勘 探 领 域 的 科 技 情 报 工 作 。© 1994 ,只 有 当 天 然 气 水 合 物 藏 位 于 温 压 平 衡边 界 附 近 时 ,减 压 开 采 法 才 具 有 经 济 可 行 性 。(3)化 学 试 剂 注 入 开 采 法   化 学 试 剂 注 入 开 采法 通 过 向 天 然 气 水 合 物 层 中 注 入 某 些 化 学 试 剂 ,如盐 水 、 甲 醇 、 乙 醇 、 乙 二 醇 、 丙 三 醇 等 ,破 坏 天 然 气 水合 物 藏 的 相 平 衡 条 件 , 促 使 天 然 气 水 合 物 分解 [4 ,6 ,8210 ,12213 ,15 ] 。 这 种 方 法 虽 然 可 降 低 初 期 能 量 输入 ,但 缺 陷 却 很 明 显 ,它 所 需 的 化 学 试 剂 费 用 昂 贵 ,对天 然 气 水 合 物 层 的 作 用 缓 慢 ,而 且 还 会 带 来 一 些 环 境问 题 ,所 以 ,目 前 对 这 种 方 法 投 入 的 研 究 相 对 较 少 。1. 2 开 采 新 思 路 的 涌 现 与 发 展随 着 天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 的 深 入 ,近 10 年 来涌 现 出 一 些 新 的 天 然 气 水 合 物 开 采 思 路 。 开 采 法 是 近 期 比 较 热 门 的 研 究 对 象 。这 种 方 法 首 先 由 日 本 研 究 者 提 出 [16220 ] ,方 法 依 据 的仍 然 是 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 的 压 力 条 件 。 在 一 定 的温 度 条 件 下 ,天 然 气 水 合 物 保 持 稳 定 需 要 的 压 力 比 物 更 高 [ 13 ] 。 因 此 在 某 一 特 定 的 压 力 范 围内 ,天 然 气 水 合 物 会 分 解 ,而 物 则 易 于 形 成并 保 持 稳 定 。 如 果 此 时 向 天 然 气 水 合 物 藏 内 注 入 , 体 就 可 能 与 天 然 气 水 合 物 分 解 出的 水 生 成 物 [13 ] 。 这 种 作 用 释 放 出 的 热 量 可使 天 然 气 水 合 物 的 分 解 反 应 得 以 持 续 地 进 行 下 去 。 开 采 法 已 引 起 了 广 泛 关 注 。 美 国 能 源部 目 前 正 资 助 一 项 “ 开 采 法 ” 研 究 项 目 。 该项 目 已 于 2006 年 4 月 启 动 ,预 计 到 2008 年 6 月 完成 。 目 标 是 研 制 一 种 二 氧 化 碳 与 水 的 乳 化 装 置 ,从而 制 造 出 具 有 暂 时 稳 定 性 的 二 氧 化 碳 2水 微 乳 化 溶液 。 通 过 向 天 然 气 水 合 物 藏 中 注 入 这 种 微 乳 化 溶液 ,置 换 出 天 然 气 水 合 物 中 的 甲 烷 气 体 [21 ] 。另 一 种 开 采 新 思 路 是 固 体 开 采 法 。 固 体 开 采 法最 初 是 直 接 采 集 海 底 固 态 天 然 气 水 合 物 ,将 天 然 气水 合 物 拖 至 浅 水 区 进 行 控 制 性 分 解 [8 ,12213 ,19 ] 。 这 种方 法 进 而 演 化 为 混 合 开 采 法 或 称 矿 泥 浆 开 采 法 。 该方 法 的 具 体 步 骤 是 ,首 先 促 使 天 然 气 水 合 物 在 原 地分 解 为 气 液 混 合 相 ,采 集 混 有 气 、 液 、 固 体 水 合 物 的混 合 泥 浆 ,然 后 将 这 种 混 合 泥 浆 导 入 海 面 作 业 船 或生 产 平 台 进 行 处 理 ,促 使 天 然 气 水 合 物 彻 底 分 解 ,从而 获 取 天 然 气 [13 ,19 ,22 ] 。近 年 来 ,我 国 加 强 了 天 然 气 水 合 物 开 采 的 研 究力 度 ,以 中 国 科 学 院 广 州 能 源 研 究 所 为 代 表 的 一 些机 构 在 海 洋 天 然 气 水 合 物 开 采 装 置 、 开 采 技 术 方 面取 得 了 一 些 创 新 性 成 果 。 在 2004 年 研 制 出 天 然 气水 合 物 一 维 开 采 实 验 模 拟 系 统 的 基 础 上 ,广 州 能 源研 究 所 又 研 制 出 国 内 第 一 套 天 然 气 水 合 物 二 维 开 采实 验 模 拟 系 统 [ 23224 ] 。 此 外 ,该 所 还 在 海 洋 天 然 气 水合 物 固 体 开 采 方 面 获 得 了 几 项 技 术 专 利 [25226 ] ,提 出了 海 洋 天 然 气 水 合 物 开 采 的 水 力 提 升 法 [ 27 ] 。 水 力提 升 法 是 利 用 海 底 集 矿 系 统 对 天 然 气 水 合 物 进 行 原地 粉 碎 ,采 集 含 有 固 、 液 、 气 三 相 的 混 合 物 质 ,由 水 力提 升 系 统 上 传 到 海 面 作 业 船 上 的 天 然 气 水 合 物 分 解 系统 ,再 导 入 海 面 高 温 海 水 对 天 然 气 水 合 物 进 行 分 解 。在 上 述 天 然 气 水 合 物 开 采 方 法 中 ,热 激 发 开 采法 与 减 压 开 采 法 投 入 的 研 究 较 多 ,也 较 为 成 熟 ; 开 采 法 正 处 于 积 极 的 研 究 之 中 ;随 着 开 采 装 置的 改 进 ,固 体 开 采 法 也 获 得 了 进 一 步 发 展 。 尽 管 如此 ,天 然 气 水 合 物 开 采 目 前 还 只 是 具 有 技 术 可 行 性 ,现 阶 段 天 然 气 水 合 物 开 采 面 临 的 最 大 挑 战 是 如 何 解决 经 济 可 行 性 问 题 。2   典 型 开 采 研 究 实 例天 然 气 水 合 物 试 采 研 究 是 天 然 气 水 合 物 走 向 商业 开 采 的 必 由 之 路 。 从 世 界 范 围 看 ,至 今 已 在 3 个地 区 进 行 了 天 然 气 水 合 物 试 采 研 究 ,包 括 前 苏 联 西西 伯 利 亚 的 麦 索 亚 哈 气 田 、 美 国 阿 拉 斯 加 北 部 斜 坡区 以 及 加 拿 大 西 北 部 麦 肯 齐 三 角 洲 地 区 。2. 1 麦 索 亚 哈 气 田 天 然 气 水 合 物 的 开 采麦 索 亚 哈 气 田 发 现 于 20 世 纪 60 年 代 末 ,是 第一 个 也 是 迄 今 为 止 唯 一 一 个 对 天 然 气 水 合 物 藏 进 行了 商 业 性 开 采 的 气 田 。该 气 田 位 于 前 苏 联 西 西 伯 利 亚 西 北 部 ,气 田 区常 年 冻 土 层 厚 度 大 于 500 m ,具 有 天 然 气 水 合 物 赋存 的 有 利 条 件 。 麦 索 亚 哈 气 田 为 常 规 气 田 ,气 田 中的 天 然 气 透 过 盖 层 发 生 运 移 ,在 有 利 的 环 境 条 件 下 ,在 气 田 上 方 形 成 了 天 然 气 水 合 物 层 。该 气 田 的 天 然 气 水 合 物 藏 首 先 是 经 由 减 压 途 径无 意 中 得 以 开 采 的 。 通 过 开 采 天 然 气 水 合 物 藏 之 下的 常 规 天 然 气 ,致 使 天 然 气 水 合 物 层 压 力 降 低 ,天 然气 水 合 物 发 生 分 解 。 后 来 ,为 了 促 使 天 然 气 水 合 物的 进 一 步 分 解 ,维 持 产 气 量 ,特 意 向 天 然 气 水 合 物 藏中 注 入 了 甲 醇 和 氯 化 钙 等 化 学 抑 制 剂 。对 麦 索 亚 哈 气 田 的 产 气 量 、 实 际 压 力 变 化 以 及理 论 压 力 变 化 曲 线 (图 1) 的 分 析 证 实 ,该 气 田 的 天然 气 水 合 物 藏 获 得 了 成 功 开 采 。 该 气 田 自 1970 年1 月 投 产 以 来 ,天 然 气 水 合 物 藏 的 平 均 压 力 从 7. 93 到 了 目 前 的 6. 07 如 果 天 然 气 水 合 物未 发 生 分 解 ,则 经 计 算 可 知 ,气 田 压 力 将 会 降 至 3. 658 ] 。 从 图 1 还 可 看 出 ,自 1982 年 以 来 ,虽 然 产气 量 有 所 变 化 ,但 气 田 压 力 基 本 保 持 恒 定 。 [28 ]认 为 这 是 由 于 产 气 量 与 天 然 气 水 合 物分 解 出 的 天 然 气 量 相 持 平 所 致 。 据 估 算 [28 ] ,截 止 到2004 年 1 月 1 日 ,麦 索 亚 哈 气 田 累 计 产 气 量 的 一 半以 上 是 天 然 气 水 合 物 分 解 的 产 物 。84   地 质 科 技 情 报   2008 年© 1994   麦 索 亚 哈 气 田 产 气 量 、 储 层 压 力 随 时 间 的 变 化 [28 ]1   of 亚 哈 气 田 天 然 气 水 合 物 藏 的 发 现 与 开 采 ,使 人 们 首 次 认 识 到 天 然 气 水 合 物 可 成 为 一 种 天 然 能源 ,从 此 拉 开 了 天 然 气 水 合 物 作 为 能 源 研 究 的 序 幕 。2. 2 麦 肯 齐 三 角 洲 地 区 天 然 气 水 合 物 试 采麦 肯 齐 三 角 洲 地 区 位 于 加 拿 大 西 北 部 ,地 处 北极 寒 冷 环 境 ,具 有 天 然 气 水 合 物 生 成 与 保 存 的 有 利条 件 。 该 区 天 然 气 水 合 物 研 究 具 有 悠 久 的 历 史 。 早在 1971~ 1972 年 间 ,在 该 区 钻 探 常 规 勘 探 井 时 ,偶 然 于 永 冻 层 下 800~ 1 100 m 井 段 发现 了 天 然 气 水 合 物 存 在 的 证 据 [13 ,29 ] ;1998 年 专 为 天然 气 水 合 物 勘 探 钻 探 了 ,该 井 于897~ 952 m 井 段 发 现 了 天 然 气 水 合 物 [13 ,29230 ] ,并 采出 了 天 然 气 水 合 物 岩 心 [31 ] 。2002 年 ,在 麦 肯 齐 三 角 洲 地 区 实 施 了 一 项 举 世关 注 的 天 然 气 水 合 物 试 采 研 究 [32234 ] 。 该 项 目 由 加 拿大 地 质 调 查 局 、 日 本 石 油 公 团 、 德 国 地 球 科 学 研 究所 、 美 国 地 质 调 查 局 、 美 国 能 源 部 、 印 度 燃 气 供 给 公司 、 印 度 石 油 与 天 然 气 公 司 等 5 个 国 家 9 个 机 构 共同 参 与 投 资 ,是 该 区 有 史 以 来 的 首 次 天 然 气 水 合 物开 采 试 验 ,也 是 世 界 上 首 次 这 样 大 规 模 对 天 然 气 水合 物 进 行 的 国 际 性 合 作 试 采 研 究 。该 区 天 然 气 水 合 物 试 采 研 究 共 钻 了 3 口 探 井 ,试 采 研 究 井 为 ,观 察 井 为 和 。 3 口 井 均 按 计 划 钻 穿了 天 然 气 水 合 物 层 。 两 口 观 察 井 用 于 温 度 测 量 、 地震 测 量 与 常 规 泥 浆 气 测 量 ,以 便 弄 清 天 然 气 水 合 物发 生 分 解 的 位 置 ,确 定 产 气 层 段 的 部 位 。 采 井 按 计 划 从 井 口 至 天 然 气 水 合 物 层 基 底以 下 50 m 孔 段 全 孔 连 续 取 心 ,同 时 还 进 行 了 全 套裸 孔 测 井 。在 该 区 对 减 压 开 采 法 和 热 激 发 开 采 法 2 种 开 采方 法 进 行 了 试 验 与 评 价 。减 压 开 采 试 验 选 择 974. 0~ 1 106. 5 m 深 度 范围 的 6 个 层 段 进 行 ,采 用 了 一 种 具 有 快 速 降 压 与 增压 功 能 的 测 井 仪 (可 调 控 地 层 动 态 测 井 仪 ) 。在 这 6 个 层 段 中 ,天 然 气 水 合 物 稳 定 带 基 底 附 近 储层 、 高 饱 和 度 中 粒 砂 岩 储 层 、 低 饱 和 度 细 粒 砂 岩 2粉砂 岩 储 层 以 及 中 等 饱 和 度 细 粒 砂 岩 储 层 4 个 含 天 然气 水 合 物 层 的 试 采 均 取 得 了 成 功 ,减 压 措 施 成 功 地使 上 述 层 段 的 天 然 气 水 合 物 分 解 为 天 然 气 [29 ,35 ] 。对 所 采 天 然 气 的 来 源 用 如 下 原 则 进 行 区 分 :如 果 试验 层 的 压 力 高 于 该 处 天 然 气 水 合 物 的 平 衡 压 力 ,则将 所 采 天 然 气 视 为 原 地 固 有 气 ;如 果 压 力 低 于 该 处天 然 气 水 合 物 的 平 衡 压 力 ,则 将 所 采 天 然 气 视 为 天然 气 水 合 物 分 解 气 。热 激 发 开 采 法 试 验 采 用 热 流 体 循 环 得 以 实 现 。80 ℃ 左 右 的 热 流 体 沿 注 入 管 输 送 到 试 采 层 段 下 部 ,对 试 采 层 段 加 热 后 返 回 地 表 ,经 再 次 加 热 后 循 环 利用 。 混 有 试 采 层 溶 解 气 和 水 的 返 浆 经 回 流 管 汇 入 气水 分 离 器 ,分 离 出 气 体 。 经 过 5 天 多 的 加 热 开 采 试验 ,共 采 出 468 气 (图 2) [ 35 ] 。 这 样 采 出 的 天然 气 在 火 炬 塔 上 点 燃 后 形 成 了 历 史 性 的 天 然 气 水 合物 气 燃 烧 火 焰 ,象 征 着 麦 肯 齐 三 角 洲 然 气 水 合 物 开 采 试 验 获 得 了 成 功 [29 ] 。图 2   天 然 气 水 合 物 加 热 试 采 结 果 [35 ]2   of 然 气 水 合 物 试 采 研 究 项 目 的 成 功 再 次说 明 ,天 然 气 水 合 物 开 采 在 技 术 上 是 可 行 的 ,而 如 何完 善 天 然 气 水 合 物 开 采 技 术 、 减 少 开 采 成 本 ,则 是 天然 气 水 合 物 开 采 领 域 今 后 的 研 究 目 标 。2. 3 阿 拉 斯 加 北 部 斜 坡 区 天 然 气 水 合 物 开 采 试 验另 一 个 天 然 气 水 合 物 试 采 区 是 美 国 阿 拉 斯 加 北部 普 拉 德 霍 湾 — 库 帕 勒 克 河 地 区 ,位 于 阿 拉 斯 加 北部 斜 坡 地 带 。 1972 年 阿 科 石 油 公 司 和 埃 克 森 石 油94第 1 期                 吴 传 芝 等 :天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 现 状                        © 1994 ~667 m 层 段 采 出 了 天 然 气 水 合 物 岩 心 [2 ,6 ,36237 ] 。其 后 在 阿 拉 斯 加 北 部 斜 坡 区 进 行 了 大 量 天 然 气水 合 物 研 究 。 在 此 基 础 上 ,2003 年 在 该 区 实 施 了 一项 引 人 注 目 的 天 然 气 水 合 物 试 采 研 究 项 目 [37 ] 。 该项 目 由 美 国 油 公 司 、 司 、 术 公 司 以 及 美 国 能 源 部 甲 烷 水 合 物 研 究 与 开发 计 划 处 联 合 发 起 ,目 标 是 钻 探 天 然 气 水 合 物 研 究与 试 采 井 — — — 热 冰 1 井 。 这 是 阿 拉 斯 加 北 部 斜 坡 区专 为 天 然 气 水 合 物 研 究 和 试 采 而 钻 的 第 一 口 探 井 。热 冰 1 井 选 在 库 帕 勒 克 河 油 田 以 南 近 32. 2 0 英 里 ) 、 普 拉 德 霍 湾 西 南 6416 40 英 里 ) 处 布钻 ,预 期 于 永 冻 层 底 部 砂 岩 层 中 钻 遇 天 然 气 水 合 物稳 定 带 。 该 井 于 2003 年 3 月 31 日 开 钻 ,中 途 因 季节 性 升 温 ,于 2003 年 4 月 21 日 停 钻 ,2004 年 1 月重 新 开 钻 ,2 月 7 日 封 井 。热 冰 1 井 天 然 气 水 合 物 试 采 研 究 充 分 利 用 了 最新 科 技 成 果 : ① 采 用 了 油 公 司 的 新 型极 地 陆 上 平 台 。 这 种 平 台 不 仅 适 用 于 坡 度 很 陡 的 无通 路 冻 土 区 ,而 且 因 其 着 地 面 积 很 小 对 环 境 的 影 响也 很 小 。 ② 配 备 了 现 场 实 验 室 ,实 现 了 岩 心 样 品 的保 温 现 场 分 析 ;采 用 了 连 续 取 心 钻 机 ;进 行 了 先 进 的三 维 震 测 量 ;数 据 与 成 果 图 件 采 用 网 络 传输 ,使 科 研 人 员 能 够 对 项 目 进 行 远 程 实 时 监 控 ;能 源部 国 家 能 源 技 术 实 验 室 还 专 门 创 立 了 一 个 网 站 ,及时 发 布 热 冰 1 井 试 采 研 究 的 最 新 信 息 。 尽 管 采 用 了大 量 先 进 的 技 术 与 设 备 ,但 热 冰 1 井 天 然 气 水 合 物试 采 研 究 却 没 有 达 到 预 期 的 目 标 。 该 井 设 计 井 深 为700 m (2 300 英 尺 ) ,但 直 至 钻 井 结 束 也 未 发 现 天 然气 水 合 物 层 。 在 约 380 m (1 250 英 尺 ) 处 钻 遇 永 冻层 底 部 ,钻 至 设 计 深 度 时 已 超 过 预 期 天 然 气 水 合 物稳 定 带 基 底 90 m (300 英 尺 ) ,在 预 期 存 在 天 然 气 水合 物 的 多 孔 砂 岩 层 中 发 现 了 游 离 气 [37 ] 。麦 索 亚 哈 气 田 天 然 气 水 合 物 藏 是 截 至 目 前 进 行天 然 气 水 合 物 商 业 性 开 采 的 唯 一 特 例 ,这 是 由 该 气田 天 然 气 水 合 物 藏 的 特 殊 性 质 所 决 定 的 。 首 先 该 气田 中 的 天 然 气 水 合 物 藏 位 于 天 然 气 水 合 物 温 压 平 衡带 边 界 附 近 ,只 需 要 较 小 的 压 降 就 可 打 破 天 然 气 水合 物 藏 的 压 力 平 衡 ,从 而 保 证 了 天 然 气 水 合 物 藏 的减 压 开 采 具 有 经 济 可 行 性 ;其 次 该 气 田 是 一 常 规 气田 ,天 然 气 水 合 物 藏 下 方 存 在 大 量 天 然 气 ,能 够 通 过直 接 开 采 常 规 天 然 气 来 降 低 天 然 气 水 合 物 藏 的 压力 ,促 使 天 然 气 水 合 物 的 分 解 。 区 天 然 气水 合 物 试 采 研 究 项 目 虽 然 成 功 地 从 天 然 气 水 合 物 层中 采 出 了 天 然 气 ,但 远 没 有 证 明 其 天 然 气 水 合 物 开采 的 可 持 续 性 、 最 终 产 气 量 以 及 经 济 可 行 性 。 阿 拉斯 加 北 部 斜 坡 区 的 开 采 试 验 更 是 因 没 有 发 现 天 然 气水 合 物 层 而 以 失 败 告 终 。 因 此 ,天 然 气 水 合 物 的 开采 目 前 还 只 处 于 实 验 与 探 讨 阶 段 。 对 天 然 气 水 合 物藏 进 行 大 规 模 商 业 开 采 ,还 有 待 于 开 采 理 论 的 进 一步 完 善 与 开 采 技 术 的 提 高 ;此 外 ,还 要 解 决 开 采 所 面临 的 环 境 问 题 。3   天 然 气 水 合 物 开 采 中 的 环 境 问 题天 然 气 水 合 物 藏 的 开 采 会 改 变 天 然 气 水 合 物 赖以 赋 存 的 温 压 条 件 ,引 起 天 然 气 水 合 物 的 分 解 。 在天 然 气 水 合 物 藏 的 开 采 过 程 中 如 果 不 能 有 效 地 实 现对 温 压 条 件 的 控 制 ,就 可 能 产 生 一 系 列 环 境 问 题 ,如温 室 效 应 的 加 剧 、 海 洋 生 态 的 变 化 以 及 海 底 滑 塌 事件 等 [38240 ] 。(1)甲 烷 作 为 强 温 室 气 体 ,它 对 大 气 辐 射 平 衡 的贡 献 仅 次 于 二 氧 化 碳 。 一 方 面 ,全 球 天 然 气 水 合 物中 蕴 含 的 甲 烷 量 约 是 大 气 圈 中 甲 烷 量 的 3 000倍 [38 ] ;另 一 方 面 ,天 然 气 水 合 物 分 解 产 生 的 甲 烷 进入 大 气 的 量 即 使 只 有 大 气 甲 烷 总 量 的 0. 5 % ,也 会明 显 加 速 全 球 变 暖 的 进 程 [41 ] 。 因 此 ,天 然 气 水 合 物开 采 过 程 中 如 果 不 能 很 好 地 对 甲 烷 气 体 进 行 控 制 ,就 必 然 会 加 剧 全 球 温 室 效 应 。 除 温 室 效 应 之 外 ,海洋 环 境 中 的 天 然 气 水 合 物 开 采 还 会 带 来 更 多 问 题 。① 进 入 海 水 中 的 甲 烷 会 影 响 海 洋 生 态 。 甲 烷 进 入 海水 中 后 会 发 生 较 快 的 微 生 物 氧 化 作 用 [41244 ] ,影 响 海水 的 化 学 性 质 。 甲 烷 气 体 如 果 大 量 排 入 海 水 中 ,其氧 化 作 用 会 消 耗 海 水 中 大 量 的 氧 气 ,使 海 洋 形 成 缺氧 环 境 , 从 而 对 海 洋 微 生 物 的 生 长 发 育 带 来 危害 [41243 ] 。 ② 进 入 海 水 中 的 甲 烷 量 如 果 特 别 大 ,则 还可 能 造 成 海 水 汽 化 和 海 啸 ,甚 至 会 产 生 海 水 动 荡 和气 流 负 压 卷 吸 作 用 ,严 重 危 害 海 面 作 业 甚 至 海 域 航空 作 业 [ 45 ] 。(2)开 采 过 程 中 天 然 气 水 合 物 的 分 解 还 会 产 生 大量 的 水 ,释 放 岩 层 孔 隙 空 间 ,使 天 然 气 水 合 物 赋 存 区地 层 的 固 结 性 变 差 ,引 发 地 质 灾 变 [41242 ] 。 海 洋 天 然 气水 合 物 的 分 解 则 可 能 导 致 海 底 滑 塌 事 件 [38239 ] 。 近 年的 研 究 发 现 ,因 海 底 天 然 气 水 合 物 分 解 而 导 致 陆 坡 区稳 定 性 降 低 是 海 底 滑 塌 事 件 产 生 的 重 要 原 因 [40241 ,46 ] 。钻 井 过 程 中 如 果 引 起 天 然 气 水 合 物 大 量 分 解 ,还 可 能导 致 钻 井 变 形 ,加 大 海 上 钻 井 平 台 的 风 险 [10 ] 。(3)如 何 在 天 然 气 水 合 物 开 采 中 对 天 然 气 水 合物 分 解 所 产 生 的 水 进 行 处 理 ,也 是 一 个 应 该 引 起 重视 的 问 题 。4   结 论 与 启 示作 为 一 种 极 具 潜 力 的 未 来 清 洁 能 源 ,天 然 气 水05   地 质 科 技 情 报   2008 年© 1994 ,因 此 ,天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 获 得 了 空 前重 视 。 在 开 采 技 术 方 面 ,传 统 的 热 激 发 开 采 法 与 减压 开 采 法 得 到 了 不 断 完 善 ,一 些 新 的 开 采 思 路 如 法 与 固 体 开 采 法 正 处 于 积 极 研 究 之 中 ;在开 采 研 究 实 践 方 面 ,已 开 展 了 冻 土 区 天 然 气 水 合 物试 采 研 究 ,积 累 了 一 些 经 验 性 的 认 识 。试 采 研 究 是 天 然 气 水 合 物 走 向 商 业 开 采 的 关 键环 节 。 已 进 行 的 试 采 研 究 集 中 于 陆 上 冻 土 区 ,与 海域 环 境 相 比 ,冻 土 区 的 天 然 气 水 合 物 赋 存 于 较 低 的温 压 条 件 下 ,在 开 采 工 艺 与 作 业 施 工 方 面 都 更 适 于开 采 研 究 。 我 国 青 藏 高 原 等 地 的 多 年 冻 土 层 具 有 天然 气 水 合 物 成 藏 条 件 [47248 ] ,应 积 极 加 强 冻 土 区 天 然气 水 合 物 的 勘 探 ,掌 握 天 然 气 水 合 物 的 分 布 规 律 、 赋存 状 态 、 资 源 潜 量 等 相 关 信 息 ,为 实 施 我 国 天 然 气 水合 物 试 采 研 究 创 造 条 件 。天 然 气 水 合 物 开 采 研 究 需 要 多 学 科 高 端 科 学 技术 和 巨 大 的 资 金 投 入 作 为 后 盾 ,需 要 多 机 构 联 合 攻关 。 我 国 在 天 然 气 水 合 物 研 究 方 面 起 步 较 晚 ,对 天然 气 水 合 物 进 行 试 采 研 究 更 应 充 分 考 虑 多 机 构 合作 ,利 用 多 渠 道 资 金 ,吸 收 国 外 天 然 气 水 合 物 开 采 的技 术 与 经 验 ,进 行 联 合 攻 关 。环 境
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本文标题:天然气水合物开采研究现状_吴传芝
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