天然气水合物钻探的关键技术

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1、30姚彤宝：天然气水合物钻探的关键技术第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~C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2天然气水合物钻探技术研究现状我国在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获现有成果表明，天然气水合物既可

2、形成于天然天然气水合物实物样品的消息一经发布，立即引起气富集处，低温、高压环境下的海底沉积物中，也可业界广泛兴趣。徐水师等学者合作完成的“青海木形成于大陆上的永久冻土带内。目前已证实，在太里地区多能源资源综合研究”项目表明，仅木里煤田平洋、大西洋、印度洋的大陆坡、海盆、海槽、海底高天然气以水合物状态存在的资源量就达1．483946原，及俄罗斯西伯利亚冻土带、美国阿拉斯加永久冻×10m。，即便考虑气体的逸散率和地层孔隙率等土带中均发现天然气(甲烷)水合物。因素，天然气水合物可释放的天然气总量也可达天然气水合物的形成和聚集受控于温度、压力、(2．71092～2．99136)×i0¨m。。该项目

3、通过剖析、孔隙水成分和气源等四个主要因素。自然界天然气研究高原冻土带地区水合物的成因和赋存状态，提水合物只存在于低温、高压的条件下，且在常温常压出了煤矿床、煤层气藏、“煤型气源”天然气水合物三下，天然气水合物将会分解为水和气体。经测算，1位一体的广义煤炭资源的概念，并针对木里煤田的体积气水合物晶体在常温常压下可分解出164体积自然地理环境提出了煤炭、煤层气、天然气水合物科的CH和0．8体积的水。天然气水合物是水和天学规划、统一开发的思路，对我国在高原地区开展环然气(轻烃类，主要为甲烷CH，也有少量的乙烷境保护和寻找天然气水合物工作具有重大科学意义C2H、CO及Hs等)的冰状结晶化合物，水合

4、物和实践价值。中的HO在天然气分子周围形成特殊的笼型结构，尽管通过地质研究和勘查能够圈定天然气水合典型的分子是CH(HzO)，其中n的典型区间为物异常区域，但从全球范围来看，国内外众多学者才6～9。对研究者来说，常温常压条件下获取天然气测算的地球上天然气水合物的资源总量或局部区域水合物的实物样品就显得十分珍贵。的资源量的结果相差可达3个数量级以上。查明天天然气水合物作为一种清洁能源，且储量巨大，然气水合物的生成、运移及富集成藏的地质条件成对其相关技术的研究与开发引起全球很多国家的关为准确估算天然气水合物资源量的关键点。由于能注。其中，美国、德国、日本、加拿大、俄罗斯、印度和直观、真实、有效

5、地揭露水合物赋存状态，并为水合挪威等国均制定了天然气水合物相关的开发计划，物的生成、运移等研究提供通道，钻探技术成为国内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，也是计算储模拟0℃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)及其后续的国际大物钻探的关键技术，针对青藏高原高寒永冻地区，给洋

6、钻探计划(ODP)多航次钻探取样过程中，先后使出了天然气水合物钻探技术的初步建议。用了保压取样筒PCB、保压取心器PCS、活塞取样2010年10月地质装备31器APC、日本研制的PTCS和欧盟研发的HYACE混合气体水合物的分解速率可以表述为：等设备来获取天然气水合物实物样品。国内研究者()一fadn,)在借鉴上述成功经验的基础上，广泛开展了针对海底天然气水合物取样技术研究，研制并完善了重力、一一ApK(厂田一)』(一1，2，⋯)静压、冲击和回转等工艺的钻探取样方法。此外，郭式中：H一，，即分解过程中存留在水合物中威等还研究应用冰冻取样工艺方法获取天然气水合物实物样品。大庆油田研制了MY一

7、215保压取心工的气体分子的量，mol；A为水合物粒子的表面积，具，四川海洋特种技术研究所与青岛海洋所联合研m；K卉为J组分分解速率常数，mol／(m·Pa·s)；制了天然气水合物深水浅孔保温保压取心钻具，这(厂田)为组分与实验温度平衡的逸度，Pa；为实些工具主要靠重力贯人海底沉积物来钻获样品。浙验温度、压力下J组分在气相中的逸度，Pa；(一江大学依托国家项目研究应用重力活塞取样器获取．)f为J组分分解的传质推动力，Pa