PDF《天然气水合物钻探的关键技术》

30 姚彤宝:天然气水合物铭探的关键技术 第11卷第5期 天然气水合物钻探的关键技术 姚彤宝 (中国煤炭地质总局北京100039) 摘要:钻探取样技术因能直观、准确地揭露天然气水合物的赋存状态,成为国内外天然气水合物勘查与研究的必 要手段之一.

本文根据天然气水合物的热物理力学特性,通过计算机模拟了O℃以上甲烷水合物和二氧化 碳水合物在不同温度一压力条件下的分解过程,探讨了天然气水合物钻探的关键技术,针对青藏高原高寒 永冻地区,给出了天然气水合物钻探技术的初步建议. 关键词:天然气水合物 热物理力学钻探取样 1前言 我国在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获 天然气水合物实物样品的消息一经发布,立即引起 业界广泛兴趣.徐水师等学者合作完成的 青海木 里地区多能源资源综合研究 项目表明,仅木里煤田 天然气以水合物状态存在的资源量就达1.483946 *1012m3,即便考虑气体的逸散率和地层孔隙率等 因素,天然气水合物可释放的天然气总量也可达 (2.7lO 92~2.991 36)*10儿m3.该项目通过剖析、 研究高原冻土带地区水合物的成因和赋存状态,提 出了煤矿床、煤层气藏、 煤型气源 天然气水合物三 位一体的广义煤炭资源的概念,并针对木里煤田的 自然地理环境提出了煤炭、煤层气、天然气水合物科 学规划、统一开发的思路,对我国在高原地区开展环 境保护和寻找天然气水合物工作具有重大科学意义 和实践价值. 尽管通过地质研究和勘查能够圈定天然气水合 物异常区域,但从全球范围来看,国内外众多学者才 测算的地球上天然气水合物的资源总量或局部区域 的资源量的结果相差可达3个数量级以上.查明天 然气水合物的生成、运移及富集成藏的地质条件成 为准确估算天然气水合物资源量的关键点.由于能 直观、真实、有效地揭露水合物赋存状态,并为水合 物的生成、运移等研究提供通道,钻探技术成为国内 外天然气水合物勘查与研究的必要手段之一.本文 根据天然气水合物的热物理力学特性,通过计算机 模拟o℃以上甲烷水合物和二氧化碳水合物在不同 温度~压力条件下的分解过程,探讨了天然气水合 物钻探的关键技术,针对青藏高原高寒永冻地区,给 出了天然气水合物钻探技术的初步建议. 2天然气水合物钻探技术研究现状 现有成果表明,天然气水合物既可形成于天然 气富集处,低温、高压环境下的海底沉积物中,也可 形成于大陆上的永久冻土带内.目前已证实,在太 平洋、大西洋、印度洋的大陆坡、海盆、海槽、海底高 原,及俄罗斯西伯利亚冻土带、美国阿拉斯加永久冻 土带中均发现天然气(甲烷)水合物. 天然气水合物的形成和聚集受控于温度、压力、 孔隙水成分和气源等四个主要因素.自然界天然气 水合物只存在于低温、高压的条件下,且在常温常压 下,天然气水合物将会分解为水和气体.经测算,l 体积气水合物晶体在常温常压下可分解出164体积 的CH.和o.8体积的水.天然气水合物是水和天 然气(轻烃类,主要为甲烷CH.,也有少量的乙烷 QH.、C02及H:S等)的冰状结晶化合物,水合物 中的Hz0在天然气分子周围形成特殊的笼型结构, 典型的分子是CHt(H.O).,其中n的典型区间为 6~9.对研究者来说,常温常压条件下获取天然气 水合物的实物样品就显得十分珍贵. 天然气水合物作为一种清洁能源,且储量巨大, 对其相关技术的研究与开发引起全球很多国家的关 注.其中,美国、德国、日本、加拿大、俄罗斯、印度和 挪威等国均制定了天然气水合物相关的开发计划, 并纳入了国家能源战略.我国从20世纪80年代开 始,全面地研究了天然气水合物的勘探、开发及环境 等问题.国内外研究者们一致认为,钻探取样是了 解水合物储藏条件最直接的手段之一,也是计算储 量和制定开发方案的重要依据. 国际深海钻探计划(DsDP)及其后续的国际大 洋钻探计划(ODP)多航次钻探取样过程中,先后使 用了保压取样筒PCB、保压取心器PCS、活塞取样 万方数据 2010年10月 地质装备