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工欲善其事必先利其器_开发天然气水合物钻探设备工艺是

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工欲善其事必先利其器 开发 天然气 水合物 钻探 设备 工艺
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椰 黝 嚼〔 编 者 按 煤 、 石 油 、 天 然 气 是 当 今 世 界 各 国 的主 要 矿 物 能 源 。 然 而 , 据 专 家 估 计 , 再 有 余 年 ,人 类 就 要 面 临 这 些 矿 物 能 源 枯 竭 的 局 面 。 于 是 , 一种 被 称 为 “ 可 燃 冰 ” 的 可 持 续 发 展 绿 色 能 源 — 天然 气 水 合 物 的 开 发 和 利 用 , 开 始 纳 入 众 多 国 家 的 视线 。 专 家 们 认 为 , 在 地 球 上 矿 物 能 源 日 益 短 缺 的 今天 , 天 然 气 水 合 物 将 为 人 类 提 供 替 代 性 新 能 源 带 来新 的 希 望 。 最 近 中 国 工 程 院 刘 广 志 院 士 撰 文 指 出 ,目 前 , 国 际 上 对 天 然 气 水 合 物 的 科 研 范 畴 大 致 分 为两 大 领 域 一 个 领 域 是 以 地 质 学 、 物 理 、 化 学 为 基础 的 科 学 研 究 另 一 领 域 是 对 海 上 大 量 已 知 天 然 气水 合 物 矿 藏 的 钻 探 、 开 采 、 集 输 、 安 全 技 术 等 方 面的 研 究 。 其 中 , 后 者 比 前 者 难 度 高 、 投 资 大 。 刘 广志 院 士 认 为 , 开 发 天 然 气 水 合 物 , 钻 探 设 备 工 艺 是关 键 。工 欲 善 其 事必 先 利 其 器— 开 发 天 然 气 水 合 物钻 探 设 备 工 艺 是 关 键世 纪 。 年 代 初 , 国 内 外 科 学 技 术 界 对 天 然 气 水 合 物 的 化 学 成 分 、物 理 结 构 、 形 成 机 制 以 及 其 生 成 与 赋 存 环 境 与 条 件 都 知 之 甚 少 以 至 于对 一 些 突 发 事 件 无 法 解 释 , 例 如 第 二 次 世 界 大 战 胜 利 后 在 南 美 的 百 慕大 地 区 不 知 何 故 引 起 了 天 然 气 水 合 物 的 巨 量 分 解 , 造 成 严 重 的 海 水 汽 化和 海 啸 使 在 该 海 域 航 行 的 数 艘 船 只 沉 没 海 底 由 于 严 重 的 海 啸 产 生 的海 水 动 荡 和 气 流 负 压 卷 吸 作 用 , 竟 然 将 五 架 军 用 飞 机 吸 入 海 底 无 影 无踪 。 当 时 无 法 解 释 这 种 怪 现 象 于 是 有 人 将 百 慕 大 地 区 称 为 ‘ 魔 鬼 三 角 ’ ‘ 。那 时 欧 洲 一 带 海 上 石 油 钻 探 处 于 初 始 阶 段 在 钻 探 船 定 位 地 点 对 海 域天 然 气 水 合 物 未 经 勘 察 致 使 天 然 气 水 合 物 大 量 释 放 施 工 海 域 的 海 水严 重 汽 化 , 顿 时 数 艘 钻 井 平 台 相 继 倾 覆 。世 纪 年 代 以 后 由 于 海 洋 科 学 钻 探 和 户 的 大 开 展 , 海 上地 球 物 理 勘 察 技 术 迅 速 发 展 。 如 长 距 离 的 地 震 勘 查 海 床 模 拟 反 射 方 法的 应 用 , 在 全 世 界 范 围 的 陆 缘 地 区 、 海 湾 地 区 大 量 发 现 了 天 然 气 水 合 物 的赋 存 区 域 , 引 起 了 全 世 界 科 学 技 术 界 的 普 遍 关 注 , 各 发 达 国 家 政 府 大 量 投资 , 开 展 研 究 工 作 。 此 后 在 北 美 的 北 部 , 美 国 和 加 拿 大 接 壤 的 地 区 以 及俄 罗 斯 北 部 的 永 冻 层 地 区 也 陆 续 发 现 了 大 量 的 天 然 气 水 合 物 。天 然 气 水 合 物 是 一 种 可 持 续 发 展 的 绿 色 能 源 已 经 成 为 大 多 数 国 家在 能 源 战 略 平 衡 发 展 中 必 须 加 以 考 虑 的 重 要 因 素 。 在 地 球 上 矿 石 能 源 日益 短 缺 的 今 天 天 然 气 水 合 物 无 疑 给 人 类 带 来 了 一 种 新 的 希 望 。 据 目 前一 些 专 家 们 估 计 全 世 界 天 然 气 水 合 物 的 资 源 量 约 为 立 方 米 , 相当 于 目 前 世 界 年 能 源 消 耗 的 倍 。 据 年 月 日 本 资 源 能 源 厅 调查 日 本 南 部 海 沟 的 。 平 方 公 里 范 围 内 其 蕴 藏 量 即 为 日 本 年 天 然气 消 耗 量 的 , 倍 。刘 广 志作 者 简 介 」 刘 广 志 中 国 工 程院 院 士 、 探 矿 工 程 专 家 。 广 东 省番 禺 市 人 。 国 土 资 源 部 高 级 工 程师 。 领 导 白 云 郑 博 、 铜 官 山 、 白银 厂 等 大 型 矿 区 的 钻 探 、 坑 探 工作 , 取 得 显 著 成 绩 。 年 提 出用 轻 便 深 尺 岩 芯 钻 机 代 替 笨 重 石油 钻 机 进 行 快 速 普 查 , 在 松 辽 平原 打 出 第 一 批 油 气 发 现 井 。年 用 小 型 地 质 钻 探 设 备 创 造 性 处 理 了 广 西 田 东 地 区 恶性 失 火 井 喷 事 故 。 。 年 指 导 上 海 设 计 施 工 监 测 地 面沉 降 量 的 全 国 第 一 批 高 精 度 基 岩 标 、 分 层 标 孔 , 监 测沉 降 量 , 提 出 回 灌 地 面 水 防 降 措 施 。 领 导 的 “ 人 造 金 刚石 钻 探 配 套 技 术 ” 获 才 年 国 家 科 技 进 步 奖 一 等 奖 ,此 项 成 果 使 我 国 钻 探 工 程 技 术 跻 身 于 国 际 先 进 行 列 ,成 为 世 界 土 全 部 采 用 人 造 金 刚 石 钻 探 的 第 一 大 国 。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 年 左 右 人 类 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 一 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 了 寻 找 新 的 替 代能 源 的 热 潮 。年 美 国 科 学 家 在 冬 季 低 温 情 况 下 首 次 发 现 长 距 离 输 气 管 道被 一 种 白 色 结 冰 即 天 然 气 水 合 物 所 堵 塞 , 不 仅 影 响 输 气 , 还 很 难 处 理 从而 引 发 了 对 堵 塞 管 道 的 天 然 气 水 合 物 的 研 究 。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 。年 世 界 各 大 陆 边 缘 和 高 纬 度 极 地 永 冻 层 发 现 天 然 气 水 合 物主 要 为 甲 烷 水 合 物 得 到 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 上 。 美 国 东 南 部 海 外 有 一 处 仅处 于 快 速 沉 积 形 成 山 脊 带 蕴 藏 着 美 国 年 消 耗 天 然 气 量 近 倍 的 天 然 气水 合 物 , 这 一 地 区 称 为 布 拉 克 山 脊 旧 。 与 此 同 时 在 许 多 其他 地 区 如 西 伯 利 亚 、 麦 肯 齐 河 三 角 洲 、 阿 拉 斯 加 的 北 坡 都 探 察 到 可 观 数量 的 天 然 气 水 合 物 , 北 坡 地 区 还 试 钻 了 两 口 开 发 井 取 得 了 可 喜 的 成 果 。年 深 海 钻 探 计 划 尸 第 、 航 次 和 此 后 的 大 洋 钻 探 计 划 , 都 取到 了 岩 心 发 现 了 天 然 气 水 合 物 。年 前 苏 联 在 黑 海 米 水 深 处 , 取 得 天 然 气 水 合 物 冰 状 样品 。 此 后 又 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 。年 末 德 国 用 “ 太 阳 号 ’ ‘ 调 查 船 与 其 他 国 家 合 作 , 先 后 在 东 太平 洋 、 西 太 平 洋 白 令 海 域 、 南 沙 海 槽 、 苏 拉 威 西 海 域 都 获 得 了 样 品 和 地科 学 中 国 人© 1994 。日 本 是 个 矿 物 能 源 缺 乏 的 国 家 。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 达 米 、 面 积 为 平 方 公 里 、 埋藏 可 燃 冰 约 等 于 日 本 年 天 然 气 数 量 的倍 、 埋 藏 量 约 亿 立 方 米 、 可供 年 使 用 的 天 然 气 水 合 物 。年 国 土 资 源 部 中 国 地 质 调 查局 设 在 广 州 的 广 州 海 洋 地 质 调 查 局 , 拥有 海 洋 调 查 船 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 线多 波 束 海 底 地 形 测 量 一 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 较 大 是 一 个 可 观 的 远 景 区年 至 今 工 作 仍 在 继 续 。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 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 。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 打 响 , 发 现 矿 区 与 日 俱 增年 仅 处 到 年 已 猛 增 到 处 。碳 储 量 就 约 为 全 球 化 石 燃 料 含 碳 量 的倍 , 燃 烧 结 果 为 水 和 。 尽 管 预 测 总 量还 不 一 定 准 确 但 天 然 气 水 合 物 做 为 能源 重 要 载 体 和 作 为 未 来 可 替 代 新 能 源 的前 景 是 肯 定 的 。然 而 事 物 都 有 好 坏 两 个 侧 面 甲 烷是 一 种 反 应 、 影 响 明 显 的 温 室 气 体 , 其导 致 全 球 气 候 变 暖 作 用 要 比 二 氧 化 碳 大得 多 。 据 计 算 天 然 气 水 合 物 中 甲 烷 总量 约 为 大 气 中 甲 烷 总 量 的 倍 。 一 旦天 然 气 水 合 物 失 去 稳 定 , 大 大 加 剧 全 球气 候 变 暖 的 趋 势 将 不 可 小 视 。 此 夕 卜 还会 产 生 海 啸 , 滑 坡 油 气 管 道 堵 塞 爆 炸等 灾 害 对 此 是 要 有 足 够 的 安 全 预 防 措施 。 但 在 不 久 的 将 来 , 钻 井 、 开 采 天 然 气水 合 物 的 设 备 、 工 艺 过 关 , 在 高 科 技 控制 下 供 工 业 使 用 或 作 为 化 工 原 料 是 应该 有 市 场 的 。 可 以 肯 定 在 许 多 技 术 难题 未 曾 解 决 或 刚 刚 解 决 、 形 成 一 套 完 整钻 采 工 艺 的 初 期 天 然 气 水 合 物 的 商 业价 格 会 高 于 石 油 关 键 是 要 看 一年 各 国 钻 井 设 备 工 艺 科 研 成 果 如 何了 。勘 探 开 发 钻 探 计 划 的 思 路 , 我 认 为 制 定一 个 逐 步 渐 进 的 发 展 原 则 为 好先 钻 采 陆 地 永 冻 层 中 的 水 合 物 —海 边 从 陆 缘 钻 大 位 移 水 平 井 — 下 海 钻采 水 合 物这 个 原 则 体 现 了先 易 后 难 与 时 俱 进 , 逐 步 提 高赢 取 时 间 充 分 准 备 高 科 技 钻 探舟 合 的 设 计 建 造先 陆 路 练 兵 再 下 海 开 发 。我 国 这 方 面 研 究 勘 察 工 作 开 展 较 晚但 在 东 海 、 南 海 、 黄 海 海 域 都 发 现 了 大面 积 日 标 志 层 , 分 别 作 为 水 合 物 的 顶底 界 西 沙 海 槽 一 带 约 在 海 底 以 下 一米 。当 前 我 国 参 加 这 项 研 究 的 单 位 很多 投 资 分 散 , 基 础 研 究 过 于 重 复 分 散 。另 一 方 面 , 钻 探 、 开 采 、 安 全 等 方 面 的 研究 项 目 少 投 资 少 科 技 力 量 不 足 等 , 制约 了 水 合 物 的 深 入 勘 探 与 开 发 。五天 然 气 水 合 物 是 由 甲 烷 和 水 日 · 日在 不 同 的 低 温 一 ℃ 、 高 压的 条 件 下 构 成 的 。 成 固 体 状 态 外 观 像冰 或 固 体 酒 精 , 取 到 地 面 上 来 点 火 就 可以 燃 烧 , 所 以 又 叫 “ 可 燃 冰 ” 。 立 方 米的 ‘ 可 燃 冰 ‘ ’ 可 释 放 约 为 立 方 米 天 然气 释 放 的 能 量 。 专 家 们 乐 观 地 认 为 即使 在 世 界 矿 物 化 石 能 源 枯 竭 的 情 况 下“ 可 燃 冰 “ 将 为 人 类 提 供 可 持 续 性 、 替 代性 新 能 源 带 来 新 的 希 望 。 而 且 据 广 州海 洋 地 质 调 查 局 金 庆 焕 院 士 提 供 的 “ 世界 各 大 洋 可 燃 冰 赋 存 区 域 图 “ 表 明 其总 能 量 约 为 煤 、 油 、 气 总 和 的 一 倍 。 天然 气 水 合 物 在 不 同 的 低 温 高 压 条 件 下 水分 子 的 氢 连 接 成 形 状 不 同 的 笼 式 、 空 洞 、孔 穴 , 其 间 充 满 以 甲 烷 为 主 的 气 体 。 其分 子 式 是 门 日 代 表 甲 烷代 表 水 分 子 数 。国 际 上 预 测 世 界 各 地 海 底 地 球 浅壳 层 海 底 约 一 普 遍 存 在 着 几 乎是 纯 甲 烷 的 天 然 气 水 合 物 仅 甲 烷 有 机近 年 来 天 然 气 水 合 物 的 科 研 工 作引 起 了 世 界 各 国 政 府 的 高 度 重 视 以 美 、俄 、 日 、 法 、 瑞 典 等 国 较 为 广 泛 、 深 入并 且 科 研 经 费 高 投 入 支 撑 此 项 工 作 , 其科 研 范 畴 大 致 分 为 两 大 领 域 一 为 以 地质 学 、 物 理 、 化 学 为 基 础 的 基 础 科 学 研究 另 一 领 域 是 海 上 大 量 已 知 天 然 气 水合 物 矿 藏 的 钻 探 、 开 采 、 集 输 、 安 全 技 术等 等 后 者 比 前 者 还 要 难 度 高 投 资 大 。我 国 开 发 海 域 油 气 钻 探 已 有 余 年的 历 史 , 也 积 累 了 许 多 施 工 经 验 但 我 国目 前 拥 有 的 钻 井 船 没 有 动 力 定 位 系 统丫 , 丫 即 井 口无 钻 具 重 返 井 孔 的 引 导 声 纳 装 置 对 取心 钻 探 过 程 中 起 下 钻 具 频 繁 作 业 难 于 完成 。 半 潜 式 钻 井 平 台 也 没 有 系 统 , 靠抛 锚 定 位 虽 然 隔 水 管 系 统 与 防 喷 气 组日 可 以 遥 控 但 隔 水 管 系 统 不 能 一 直 延伸 到 半 潜 式 钻 井 船 上 , 依 然 解 决 不 了 钻具 重 返 钻 孔 作 业 。 更 为 严 重 的 是 天 然 气水 合 物 用 低 温 热 水 溶 解 后 可 从 海 底 井口 四 周 溢 出 从 而 造 成 海 水 气 化 , 或 造 成海 底 井 口 周 围 地 基 下 沉 , 或 底 部 下沉 , 若 发 生 这 类 情 况 是 很 难 补 救 与 处 理的 。因 此 考 虑 适 合 我 国 国 情 的 水 合 物天 然 气 水 合 物 矿 藏 的 最 终 勘 探 与 开发 还 必 须 通 过 钻 探 工 程 。 对 于 海 上 施 工我 国 困 难 很 多 , 因 此 提 出 一 项 建 议藉 修 建 青 藏 铁 路 之 机 勘 探 开 发 沿线 永 冻 层 中 蕴 藏 的 天 然 气 水 合 物 资 源专 家 们 乐 观 地 认 为 即 使 在 世 界 矿物 能 源 枯 竭 的 情 况 下 “ 可 燃 冰 ’ ‘ 将 会 为人 类 提 供 一 种 可 持 续 性 替 代 性 新 能 源 。但 是 海 底 的 天 然 气 水 合 物 开 采 起 来 十 分困 难 目 前 还 没 有 成 熟 的 技 术 方 法 , 一旦 出 了 井 喷 事 件 , 就 会 造 成 海 水 气 化 , 发生 海 啸 翻 船 。 然 而 专 家 们 还 发 现 在 高寒 长 年 永 冻 层 中 也 赋 存 着 天 然 气 水 合 物 ,而 且 开 采 起 来 比 在 海 上 开 采 要 安 全 、 容易 的 多 。我 国 修 建 的 青 藏 铁 路 沿 线 正 好 处于 。 。 一 米 以 上 的 高 寒 地 区 , 广 泛分 布 着 长 年 永 冻 层 , 约 长 达 防 多 公 里是 形 成 天 然 气 水 合 物 的 良 好 环 境 。 这 一带 严 重 缺 乏 燃 料 , 建 议 调 几 支 地 质 钻 探队 去 , 用 我 国 探 矿 科 研 部 门 研 究 开 发 的 、沿 用 多 年 的 定 向 钻 探 技 术 和 钻 对 接 双 井的 技 术 , 在 修 铁 路 的 同 时 , 沿 铁 路 线 开展 “ 可 燃 冰 的 较 大 规 模 的 勘 探 工 作 。 一旦 得 到 证 实 有 资 源 并 求 得 一 定 储 量 即可 立 即 投 入 开 采 这 样 既 可 解 决 沿 线 燃料 紧 缺 问 题 又 可 对 支 援 西 部 大 开 发 做出 更 大 贡 献 。科 学 中 国 人© 1994
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