天然氣水合物勘探及開發(fā)-終級版

天然氣水合物勘探及開發(fā)-終級版第一頁，共41頁。目錄1.天然氣水合物的介紹2.天然氣水合物的成藏條件3.截至2015年世界在天然氣水合物方面的勘探方法綜述4.截至2015年世界在天然氣水合物方面的開采方法綜述5.截至2015年國內(nèi)各大研發(fā)機構(gòu)的研發(fā)成果第二頁，共41頁。天然氣水合物的介紹天然氣水合物(Naturalgashydrate，簡稱NGH)是由水和天然氣在一定的溫度和壓力條件下組成的非化學計量的籠形晶體結(jié)構(gòu)化合物.其外觀像雪或松散的冰，遇火可燃燒，通常呈白色，俗稱可燃冰.研究結(jié)果表明，天然氣水合物廣泛分布于陸地永久凍土區(qū)和大陸邊緣的海底深層砂礫中.據(jù)估計，全球深度在2000m以內(nèi)的巖石圈淺部的天然氣水合物的碳儲量為2×10^16m3，相當于現(xiàn)已探明的常規(guī)化石能源(煤、石油和天然氣)總含碳量的2倍，被認為是最具開發(fā)前景和能源潛力的新能源之一.國外已在海底和永久凍土層發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物藏，我國也在神狐海域和祁連山凍土區(qū)鉆獲含天然氣水合物的巖芯，中國天然氣水合物總資源量約為83.66×10^12m3，其中南海海域、東海海域、青藏高原凍土區(qū)和東北凍土區(qū)分別約為64.97×10^12，3.38×10^12，12.5×101^2和2.8×10^12m3。第三頁，共41頁。天然氣水合物結(jié)構(gòu)圖第四頁，共41頁。1.天然氣水合物的成藏條件

天然氣水合物的形成與穩(wěn)定存在需要低溫和高壓的條件。而天然氣水合物形成區(qū)往往會有一個天然氣水合物穩(wěn)定帶（簡稱GHSZ）GHZS與水深、底層水溫度、壓力、地溫梯度、孔隙水鹽度、天然氣成分有關(guān)。第五頁，共41頁。天然氣水合物分布預測圖第六頁，共41頁。地層溫度與壓力在純水——甲烷體系中大陸極地地區(qū)（地表溫度低于0℃）甲烷水合物深度上限是150m大洋中（海底溫度約為0~3℃）甲烷水合物一般產(chǎn)于水深300m以下的沉積層中。第七頁，共41頁。地溫梯度地溫梯度是決定GHSZ厚度的一項重要參數(shù)高地溫梯度——GHSZ較薄低地溫梯度——GHSZ較厚同時地溫梯度是殼內(nèi)熱流（+）與巖石熱導率（—）的函數(shù)第八頁，共41頁。天然氣成分天然氣的主要成分是甲烷，但是當成分中含有少量其他氣體（如co?，乙烷等），水合物的穩(wěn)定將增強，GHSZ將變厚。第九頁，共41頁?？紫端}度孔隙水含鹽度變化會影響GHSZ厚度，孔隙水鹽度增加時,水合物一氣體相邊界將向左發(fā)生移動,GHSZ變薄，反之則變厚。第十頁，共41頁。天然氣水合物穩(wěn)定相圖第十一頁，共41頁。截至2015年世界在天然氣水合物方面的勘探方法綜述在勘探方面,地震資料似海底反射(BSR)是用來證明海底存在水合物的最常見證據(jù)然而,BSR只是由于上下沉積層速度差異形成,有BSR不一定代表存在水合物。因此人們嘗試了大量其它技術(shù)用于水合物的勘探測試，從而開發(fā)出了幾大類勘探方法分類如下：地球物理勘探法，地球化學勘探法，地貌勘測與水下成像勘測第十二頁，共41頁?？碧椒毞诸惖厍蛭锢砜碧椒ǖ厍蚧瘜W勘探法地貌勘測與水下成像勘測1.地震勘探法2.海底熱流勘探3.海底電磁、重力勘探4.測井技術(shù)1.氣體異常檢測法2.孔隙水Clˉ濃度異常3.穩(wěn)定同位素法第十三頁，共41頁。地球物理勘探法-地震勘探法物探法是現(xiàn)在普遍使用的天然氣水合物的勘探方法，準確度也比較高，尤其是地震勘探技術(shù)應用廣泛。單道和多道地震是勘探天然氣水合物中一直使用的傳統(tǒng)方法。細分為高辨率地震方法、深拖多道地震探測方法、海底地震儀方法、海底地震電纜等探測方法。第十四頁，共41頁。高分辨地震勘探——設備比傳統(tǒng)地震勘探設備簡單，震源頻率高，注重地層垂向分辨率，可清楚地顯示ＢＳＲ層。深拖多道地震勘探——將震源和數(shù)據(jù)接收電纜置于近海底，可分辨出水合物層詳細的地層結(jié)構(gòu)，但是ＢＳＲ層反射要弱一些。海底地震儀——放置于海底，進行定點長期觀測，與反射地震數(shù)據(jù)相配合，可以給出水合物區(qū)的沉積地層速度結(jié)構(gòu)模型。海底地震電纜是將電纜鋪設在海底來接收地震數(shù)據(jù)，它可以接收到海面拖纜無法記錄到的Ｓ波信號，利于ＢＳＲ之下的氣區(qū)成像第十五頁，共41頁。地球物理勘探法—海底熱流勘探

天然氣水合物形成和分解時，都會伴隨著吸熱和放熱的過程，因此海底熱流勘測也是研究水合物的重要方法之一。利用海底熱流探針可以直接測量海底熱流和海底溫度，利用測得的數(shù)據(jù)可以估算天然氣水合物穩(wěn)定帶的底界，也可以從宏觀上確定大陸邊緣水合物可能存在的分布范圍，高熱流點區(qū)或者高地熱梯度帶一般不利于天然氣水合物的保存第十六頁，共41頁。地球物理勘探法—海底電磁、重力勘探

海底電磁——天然氣水合物在電性上是絕緣的，通過人工源海底電磁探測來輔助地震勘探手段，可了解天然氣水合物厚度、孔隙度，從而利用電法資料輔助評價和計算天然氣水合物的資源重力勘探——通過重力儀記錄海底隨海洋波動的垂直起伏，進而計算近海底沉積地層的剪切模量，通過剪切模量異常估算沉積地層中天然氣水合物的含量

第十七頁，共41頁。地球物理勘探法—測井技術(shù)

測井技術(shù)——是進行天然氣水合物勘探的有效方法，測井方法能夠在原位地層壓力和溫度條件下測量地層物理特性，這種方法對發(fā)現(xiàn)和研究天然氣水合物來說是其他的勘探方法所不能替代的第十八頁，共41頁。地球化學勘探方法—氣體異常檢測法

第十九頁，共41頁。地球化學勘探方法—孔隙水

Clˉ濃度異常

孔隙水中Clˉ濃度異常是水合物礦區(qū)的重要標志之一，通常在水合物分布地區(qū)孔隙水Clˉ濃度隨深度急劇減小，目前收集到的各地許多含水合物鉆孔中測得的孔隙水氯度（０.５１‰～８.２%）都遠低于海水（約１９.８%）。因此，孔隙水濃度可以作為指示天然氣水合物的一個重要指標.第二十頁，共41頁。地球化學勘探方法—穩(wěn)定同位素法

第二十一頁，共41頁。地貌勘測和水下成像勘測

現(xiàn)在海底探測手段多樣，普遍是利用聲吶設備，如多波束、側(cè)掃聲吶、合成孔徑聲吶、淺地層剖面儀等進行海底地形地貌和地層結(jié)構(gòu)的探測。第二十二頁，共41頁。截至2015年世界在天然氣水合物方面的開采方法綜述

開采的基本原理是通過改變天然氣水合物的穩(wěn)定存在的溫壓條件,促使水合物分解,從而達到開采的目的。在目前國內(nèi)外常見幾種NGH開采技術(shù)主要包括:注熱開采法、降壓開采法、化學劑開采法、CO2置換開采法以及幾種開采方式相結(jié)合的開采方法。第二十三頁，共41頁。注熱開采法

注熱開采法簡稱注熱法,是將蒸汽、熱水或其他熱流體從地面強制注入到NGH地層,使溫度上升,水合物分解而形成天然氣的開采方法。缺點：注熱法的主要不足之處在于熱損失大、效率低。改進：Cranganu提出了一種新的開采方法,即條件性注熱法:該方法無需從地表注入其他熱流體,而是將氣體燃料混合物由解吸氣體排出的同一井筒中注入,燃料燃燒所放出的熱量足以滿足水合物分解所需的能量,達到節(jié)約能源的目的。（自產(chǎn)自銷）第二十四頁，共41頁。降壓開采法

降壓法:是指通過鉆探等方法降低NGH層下面的游離氣聚集層位的平衡壓力或形成一個天然氣/囊0(由注熱法或化學劑法作用人為形成),與天然氣接觸的水合物變得不穩(wěn)定并且分解為天然氣和水。優(yōu)點：不需要昂貴的連續(xù)激發(fā)當水合物層下面存在自由氣藏時,降壓開采是最有效的方法缺點：降壓過程本身就是有限的，水合物儲層下部不存在游離氣時，就不能使用第二十五頁，共41頁?；瘜W劑開采法

化學開采法：是以某些化學試劑(如甲醇、乙醇、乙二醇、鹽水、氯化鈣等)改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物的穩(wěn)定溫度，促進水合物分解。缺點：該方法最大的缺點是速度慢,費用高,且由于海洋中水合物的壓力較高,回采氣體較困難。第二十六頁，共41頁。

CO?置換法的原理是:甲烷水合物所需的穩(wěn)定壓力較CO

?高,在某一壓力條件下,甲烷水合物不穩(wěn)定,而CO?水合物卻是穩(wěn)定的,這時CO?進入到天然氣中,與水形成水合物,同時所釋放的熱量可用于分解NGH。第二十七頁，共41頁。開采示意圖目前天然氣水合物開采主要以降壓法為主，配合注熱法、注化學試劑法聯(lián)用第二十八頁，共41頁。天然氣水合物降壓熱激法模擬開采方案優(yōu)化研究——吉林大學（1）

1.模型建立水合物儲層的頂?shù)装鍨轱査耐杆畮r層，透水巖層允許頂?shù)装暹吔缣幇l(fā)生流體運移和熱量交換。第二十九頁，共41頁。模型解釋（2）

降壓是保持生產(chǎn)井的底孔壓力(低于原始地層壓力)恒定不變；熱激法是通過井下電磁加熱、微波加熱等方式將熱以某一功率均勻地分配到生產(chǎn)井過濾器，而不是注入熱水，從而避免了次生水合物的生成。第三十頁，共41頁。雙層分支水平井注熱海水開采海底

天然氣水合物經(jīng)濟性評價——西南石油大學（1）

模型解釋：開采初期，熱水在兩水平井中獨立循環(huán)，井眼周圍天然氣水合物被預熱并且逐漸分解，隨時間推移，兩水平井中間夾層被溝通并形成高滲透率多孔介質(zhì)通道，最終得到由兩水平井及連通區(qū)域組成的“熱水腔”；向下層水平井中注入熱水不斷擴大“熱水腔”作用范圍促使更多天然氣水合物分解，在上層水平井中采出水和天然氣的混合物，如此循環(huán)進而達到天然氣水合物開采的目的。第三十一頁，共41頁。開采簡圖（2）第三十二頁，共41頁。模型優(yōu)缺點（3）模型優(yōu)缺點：最為突出的是該開采方法能很好地保證天然氣水合物的安全開采，而且方法簡便，是天然氣水合物開采方法的創(chuàng)新和進步，但緩慢的采氣速率和年僅0.87%的采收率卻極大地限制了該開采法的商業(yè)化運行。第三十三頁，共41頁。

CO?置換天然氣水合物中CH?

的研究進展——蘭州理工大學(1)

反應原理：發(fā)生在CO?與CH?水合物之間的置換反應方程式為：該反應已經(jīng)被證實存在熱力學與動力學的可行性第三十四頁，共41頁。CO?置換天然氣水合物中CH?

的研究進展——蘭州理工大學(2)優(yōu)缺點：研究表明，置換反應在動力學上是可行的，且置換效率較高，但置換速率較慢。溫度和壓力越高越有利于置換反應進行；溫度在冰點以下，置換效率較低；壓力的影響比溫度小第三十五頁，共41頁。海水提升法試采南海天然氣水合物的可行性分析——廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局（1）

系統(tǒng)工作原理及流程:海水提升法的工作原理是在海底用采礦車把天然氣水合物以固體的形式采出，再利用海底集礦系統(tǒng)對淺層的水合物進行初步分離，然后利用海水提升系統(tǒng)將先前收集的水合物提升至海面采礦船.水合物在提升過程中由于外界溫壓條件的變化，將會發(fā)生部分分解，但是整個系統(tǒng)是密閉的.因此，在這個過程中務必要采取氣-液-固三相混合輸送技術(shù).礦藏經(jīng)過充分研磨后進入分解器，并向其中加入適量海水，海水溫度（約20℃）相對于水合物而言是高的，后者會被分解.待其充分分解后，氣體、海水、砂石三者分離，氣體沿頂部出口管道排出.海水提升技術(shù)早先應用于煤炭開采，且技術(shù)已經(jīng)成熟第三十六頁，共41頁。南海陸坡區(qū)水合物資源遠景區(qū)分布圖（2）

第三十七頁，共41頁。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（3）四大功能模塊組成：1.海底集礦模塊、2