天然气水合物的开采 *** (天然气水合物的开发)

由于可燃冰在常温常压下不稳定，因此开采可燃冰的方法设想有：①热解法。②降压法。③二氧化碳置换法。（技术仍不完善，由此泄露的甲烷可造成比二氧化碳严重十倍的温室效应）

(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。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。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特殊的要求，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。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，对这种方法投入的研究相对较少。 并且添加化学剂较加热法作用缓慢，但确有降低初始能源输入的优点。添加化学剂最大的缺点是费用太昂贵。 (1)CO2置换开采法。这种方法首先由日本研究者提出，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CO2水合物更高。因此在某一特定的压力范围内，天然气水合物会分解，而CO2水合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CO2气体，CO2气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2水合物。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。

(2)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。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。

天然气水合物开发技术

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。 麦肯齐三角洲地区天然气水合物试采集

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MallikL238 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 1998 年专为天然气水合物勘探钻探了Mallik 2L238 井，该井于897～952 m 井段发现了天然气水合物，并采出了天然气水合物岩心。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。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。 阿拉斯加北部斜坡区天然气水合物开采试验

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公司在普拉德霍湾油田钻探常规油气井时于664～667m层段采出了天然气水合物岩心。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。该项目由美国Anadarko石油公司、Noble公司、Mau2rer技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。

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。

(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 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。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，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。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。

(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。海洋天然气水合物的分解则可能导致海底滑塌事件]。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。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。

(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。

天然气水合物的勘探开发技术

从已经形成天然气水合物的地层中开发天然气，实际上是满足天然气水合物发生分解反应的过程。降低地层压力或者升高温度，均可使天然气水合物中的甲烷分子和水分子之间范德华力减弱，从而使固态的天然气水合物释放出大量的甲烷气体。天然气水合物的开发技术目前主要有3种：热激发技术、降压技术和化学抑制剂技术。

1.热激发技术

在天然气水合物稳定带中安装管道，对含天然气水合物的地层进行加热，提高局部储层温度，从而造成天然气水合物的分解。主要是将蒸汽、热水、热盐水或其他热流体从地面泵入水合物层，也可用开采重油时使用的火驱法或利用钻柱加热器。电磁加热法比上述常规方法更有效，并已在重油开发方面显示出它的有效性，其中最有效的方法是微波加热方法。热激发法主要的缺点是热损失大、效率很低，难点是生成气体不好收集。

2.降压技术

通过降低天然气水合物层的压力，促使天然气水合物分解。一般是通过钻井井眼的压力降或水合物层之下的游离气聚集层的平衡压力，形成一个天然气“囊”（由热激发法或化学试剂作用产生），与天然气接触的水合物变得不稳定，分解为水和天然气。降压开发特别适用于天然气水合物与常规天然气气藏相邻的情况，适合于开发渗透率高和深度大于700m的天然气水合物聚集。该技术的特点是经济，无需增加设备和昂贵的连续热激发作用，可行性较高；缺点是作用缓慢，不能用于储层原始温度接近或低于0℃的天然气水合物聚集，以免分解出的水结冰堵塞气层。

3.化学抑制剂技术

通过注入化学抑制剂（如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等），可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，改变天然气水合物稳定带的稳压条件，导致部分天然气水合物的分解。该方法十分简单，使用方便，但费用昂贵，作用缓慢，且不适合开采压力较高的海洋水合物。

从以上各方法的使用看，仅采用某一种方法难以开采水合物，只有综合不同方法的优点，才能实现对水合物的有效开发。降压法和热激法技术的联合使用是目前受推崇的方案，用热激发法分解气水合物，用减压法提取游离气体。从技术角度看，开发天然气水合物资源已具可行性，更科学有效的方法必将研发出来，实现天然气水合物商业开采指日可待。

天然气水合物勘探开发前景

由于天然气水合物主要分布在永久冻土带和海洋深水区，艰苦的地理环境和复杂的地质条件首先给这种资源的开发蒙上了一层困难的阴影。天然气水合物的勘探开发技术是集天然气地质学、冻土区工程地质学、深海地质学和深海钻探技术等多学科、多门类技术于一身的综合性的天然气水合物工业，它也是当今地质界的前沿课题之一。

从20世纪60年代苏联发现梅索雅哈气田至今，天然气水合物的开发思路基本上都是首先考虑如何使蕴藏在沉积物中的天然气水合物分解，然后再将天然气采至地面。一般来说，人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件，造成其分解，是目前开发天然气水合物中甲烷资源的主要方法。现阶段提出的方法可以归为这么几类：加热法、降压法、添加化学剂法(图8.17)，以及气体提升法、CO2置换开采法等。

图8.17 三种天然气水合物开采方法的示意图

(1)加热法

将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入水合物地层，也可采用开采重油时使用的火驱法，总之只要能促使温度上升达到水合物分解的方法都可称为热激发法。热开采技术的主要不足是会造成大量的热损失，效率很低。特别是在永久冻土区，即使利用绝热管道，永冻层也会降低传递给储层的有效热量，在热***模型中，水合物产生的热传导控制技术有两种：①用热水或蒸汽循环注入预热井。通过数值模拟实验表明：水合物的储层最小应有15%的孔隙度，厚度应有7.5cm。如果注射液的温度为340～395K之间，则可满足其经济可行性的需要。②利用电磁或微波等直接加热。为了更有效利用热能，可在井下安装加热装置，设备较复杂，也可利用微波加热，通过波导将微波导入井底，直接加热水合物或水。

近年来，在用加热法开采稠油时，为了提高加热效率，采用井下装置加热技术，井下电磁加热方法就是其中之一，实践证明电磁加热法是一种比常规开采技术更为有效的方法。这种方法就是在垂直(或水平)井中沿井的延伸方向在紧邻天然气水合物带的上下层内(或天然气水合物层内)放入不同的电极，再通以交变电流直接对储层进行加热。电磁热还很好地降低了流体的黏度，促进了气体的流动。模拟计算结果表明，利用该方法分解水合物是可行的。

(2)降压法

通过降低压力而使天然气水合物稳定的相平衡曲线移动，从而达到促使水合物分解的目的。一般是在水合物层之下的游离气聚集层中“降低”天然气压力或形成一个天然气空腔(可由热激发或化学试剂作用人为形成)，使与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水。开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有效方法，另外通过调节天然气的提取速度可以达到控制储层压力的目的，进而达到控制水合物分解的效果。减压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发，因而其可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。但是，单使用减压法开采天然气是很慢的，是一种弱化被动式开采。

(3)添加化学剂法

某些化学剂，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定的温度。当将上述化学剂从井孔泵入后，就会引起天然气水合物的分解。添加化学剂法较加热法作用缓慢，但确有降低初始能源输入的优点，其最大缺点是费用太高。表8.6对各种天然气水合物生产方法进行了评论。

表8.6 天然气水合物开采方法评述表

(4)气体提升法

图8.18 气体提升系统开采海底水合物示意图

原理是将一根管子插入到海底含水合物层，气体从管子的中央吹入，气体抬升使管子内产生上升气流，固体水合物随着气流上升，当其接近海表面时，管道中的水合物因温度的升高和压力降低而分解(图8.18)。通过对上升管道中两相流体关系、水合物分解速度和提升管道入口参数3方面内容内容进行的实验与模拟，认为采用气体提升方法来进行海底水合物开采是经济可行的。对气-液-固三相流体进行了数学分析，结果与实验结果一致，说明在实际系统中预测三相流体关系是可行的；实验中利用HCFC141水合物获得分解速度，得到了决定流体中水合物分解速度的雷诺数(Reynolds number)与努塞尔数(Nusselt number)之间的关系式；对提升管道中水合物分解进行数学模拟分析，结果表明在气体提升系统中利用气体自身提升效果开采水合物是比较经济的开采办法；管道入口流体运动情况数学模拟结果与实验结果吻合。用离散单元法(Discrete Element Method，DEM)模拟水合物块体运动，得到了理想的入口形状——伞形。

(5)CO2置换开采法

将CO2灌入气体水合物带，以CO2置换水合物中CH4的方法(图8.19)。它具有一些显著的特点：①CO2置换水合物中的CH4在热力学上有利；②形成CO2水合物的热量比分解甲烷水合物所需的热量大20%，因此，CO2水合物的形成抵消了CH4水合物分解造成的变冷；③CO2水合物重新充填的孔隙空间有望维持气体产生物的机械稳定性，从而保证了气体开采的安全；④这个过程对气候有利，因为CO2产生了一个下沉作用而离开大气，同时产生了干净燃烧的天然气。

早期的实验研究已经对CO2置换方法开采水合物进行了论述，这些研究强调热动力促进置换反应的进行，但是仍具有一定的局限性。早期的实验大多将甲烷水合物放置在液态或气态CO2环境中，限制了置换作用的有效接触面积。一些实验表明，当温压条件接近水合物平衡条件或CO2含量达到饱和时，沉积层中CH4产气率将会减慢。

图8.19 CO2置换开采法示意图

核磁共振成像是研究多孔介质中水合物形成和分解的有效方法，因为它可以探测游离水与甲烷气中的氢，而不能探测到固态的氢，信号强度减弱增强可以很好地反映水合物的生成与分解过程。Stevens＆Howard和Huseba等的实验研究成果表明当岩心内水合物中的CH4被释放时，CH4在缝隙中的聚集可引起核磁共振影像信号的增强，当置换反应达到平衡时，继续增加CO2量会促进水合物再释放出CH4气体。CO2置换CH4过程中可以保持水合物的结构，说明在水合物开采过程中几乎没有液态水排出，即开采过程中含水合物沉积层能保持完整，因此，CO2置换开采法是可行的。利用核磁共振成像技术监测CO2置换开采法的反应过程，得出开采过程中可以保持水合物的结构，几乎没有液态水排出，使含水合物的沉积层能保持完整，因而是很有潜力的方法。早期的试验研究令人鼓舞，但仍需要做进一步的工作来证实这一过程，特别是储量的规模，以便评价整个经济潜力。阿拉斯加北部陆坡由于已经发现了气体水合物沉积，附近有潜在的CO2气源，并有能将气体推向市场的基础设施，是进行这一试验的理想地区。

(6)氟气+微波开采技术

氟气+微波开采技术是一种新的水合物开采方法，使用一种微波天线，它放置在井筒中，用电线连接，可发射频率高达2450MHz的微波，在如此高能下，能够将水合物融化，变为水和甲烷基物质(这是一种类似于冰的物质)，这样能够打破水合物热力学平衡状态，然后注入氟气，使甲烷基物质与注入的氟气发生反应(卤化反应)，这是一个强放热反应，放出的热进一步促进了该卤化反应的进行，卤化反应所生成的产物甲基氟在水中的溶解度很大，可达到166cm3/100mL水，形成一种高含甲基氟的浓缩溶液，该浓缩液通过生产井被抽到地面，然后通过维尔茨反应、电解作用、裂解作用等一系列的步骤得到甲烷气体。使用该技术的主要优点是微波作用具有选择性，对于某些材料比较强，有些比较弱。能量的吸收主要取决于微波频率、样品组成、温度这几个因素。并且，氟气在自然界中含量丰富(0.00054)，而且甲基氟比较环保。在该技术中，降低了流体和水合物的压力，水合物处在相平衡点之下，可达到分解的目的。

从方法的使用来看，单单采用某一种方法来开采天然气水合物是不经济的，只有结合不同方法的优点才能达剑对水合物的有效开采。例如将降压法和热开采技术结合使用，即先用热激发法分解天然气水合物，后用降压法提取游离气体，这样取得的效果可能会更好一些。最近，减压法、热激发法和这些方法的联合方案被用来作为生产水合物中天然气可能的办法进行评估，减压法和热激发法已经在加拿大西北部的麦肯齐三角洲的Mallik SL-38研究井用来生产少量气体。可是这些方法用于商业性油气开采的经济价值仍有不确定因素。多种原理和方法联合开采是今后的发展趋势，也必将展现出诱人的前景。

一、天然气水合物的资源潜能

目前，海底天然气水合物被看作是未来的非常规天然气资源，其分布和规模是目前研究中需要首先考虑的问题。与常规天然气资源研究相类似，要评价天然气水合物的资源量，必须了解其聚集特征，必须在研究其烃类天然气来源的基础上进行资源量的评价。

天然气是一种流体矿产，从“源控论”角度考虑，一个地区（盆地或区带）天然气藏的资源量取决于以下3类参数：第一是气源岩的分布面积、厚度和有机质含量；第二是单位质量有机质能够转化成天然气的数量；第三是天然气从离开气源岩到形成现今的天然气藏，其聚集程度，即聚集系数。常规天然气远景资源量的评价遵循这种方法，水合物也应当如此。资源量是一个客观的数量，评价结果的准确与否，取决于人们对这三类参数认识的准确程度。其中，第1类参数的认识主要受勘探程度的影响，勘探程度越高，认识越接近实际；而第2类和第3类参数虽然也受勘探实践的影响，但更主要取决于理论上的认识。

在理论上，海底天然气水合物具有4种可能的来源：①海水溶解的甲烷（来自海水溶解或悬浮有机质生成的甲烷以及由大气或海底进入海水的甲烷）；②海底天然气水合物层有机质自生自储的甲烷；③海底天然气水合物层下伏沉积物、沉积岩中有机质生成的甲烷；④地球深部非生物成因（无机成因）的甲烷。第3种成因的甲烷应当是海底天然气水合物中最主要的贡献者。

聚集系数是天然气资源评价中的重要参数。海底天然气水合物的聚集系数受一系列地质-地球化学及海底物理化学条件的控制，涉及若干动力学过程，尚需深入研究。

目前，国际上对天然气水合物资源量的计算主要有以下几种方法：①根据地震资料，将含水合物沉积所具有地震空白反射效应定量化并成图，但该法不能计算BSR下的游离气；②用波形反转法建立速度模型，计算水合物带及其下游离气的含量，但该法不适于用在气体饱和度大于2%的情况；③用地震反射系数或AVO计算水合物及与BSR有关的游离气。各种方法均具有一定的实用性，但也存在或多或少的缺陷和局限性。天然气水合物的赋存条件与油气的最大区别就在于天然气水合物必须具有严格的P-t条件，因此，模拟实验研究天然气水合物相平衡条件仍是研究的热点。通常认为，稳定带的边界是水合物的相平衡曲线和地热梯度的交点，并用这个交点的位置来预测稳定带的厚度。而实测的资料表明，稳定带的边界比预测的边界要高，如ODP146航次889/890站位实测的稳定带边界要比预测的高40～50m（Kastner等，1995），而ODP164航次布莱克海岭的稳定带边界比预测的高达100m（Ruppel等，1997）。

天然气水合物藏的资源量到底有多少？目前世界上尚无法准确计算。据原苏联科学家的初步估计，海域内天然气水合物有15×1015m3。根据美国地质学家的资料，天然气水合物中的天然气总资源量为1018m3，也就是说，超过了包括煤炭在内的所有已知的可燃矿产的储量。据第28届国际地质大会的资料，天然气水合物的储量极为巨大，据估计可能达到28×1013m3。而据原苏联科学院院士A.A.特罗菲姆克计算，甲烷藏密度为（1170～1384）×108m3/km2，当海洋沉积物中天然气水合物藏的产气率为0.7时，世界海洋天然气水合物生成带所产气的储量约为85×1015m3。这一数量与当时美国学者的计算结果大致吻合（1979）。1988年，Ian Ridley和Kathy Dominic在《Gas Hydrates Keep Energy on Ice》文中介绍：“苏联科学院的Makogan研究组估计，仅在海洋环境中的天然气水合物就含有5.6×1018m3天然气，而美国学者估计在美国大陆边缘的天然气水合物含有7.2×1014m3天然气”。

目前，世界上对天然气水合物资源量有以下几种典型计算。

1）1973～1975年，苏联学者A.A.Trofimuk等对世界海洋天然气水合物的资源量提出了评价方法，并进行了评价，对全球天然气水合物含碳量估算值约为（2.7～14）×103GT（1GT=1015g）。美国天然气远景委员会在1981年汇总全部的估计值后也曾提出过海洋外大陆边缘沉积物中甲烷水合物的含碳量的估算值。20世纪80年代末，国际地质勘探者工作协会对全球24个地区浅海天然气水合物的赋存控制因素和可采储量进行了研究。J.Krason等应用区域盆地分析方法评价了各种构造环境中的天然气水合物，指出天然气水合物较适宜生成的温度和压力条件一般出现于大陆斜坡、陆隆区以及深海平原的浅层沉积物中。

2）1988年，美国学者Kvenvolden和Claypool重新估算了全球水合物资源量，根据他们假定的全球海洋沉积物体积和沉积物有机质丰度，提出仅微生物作用形成的天然气水合物的含碳量就达16×103GT的估算值。考虑到多种因素的综合影响，Kvenvolden认为，甲烷水合物含碳量较为合理的估计值应为1×104GT；如果再考虑到热成因来源的甲烷，估计实际上应不小于1×104GT。1995年，Kvenvolden再次指出，目前天然气水合物中甲烷总量较为一致的估计值约为2.0×1016m3，并认为如果这一估计正确，天然气水合物中甲烷的总含碳量则是当前已探明的所有燃料矿产（煤、石油、天然气）总含碳量的2倍。

3）1995年，美国地质调查所利用类似于常规油气的勘探评价方法，对美国甲烷水合物资源进行了详细评价（Collett，1995），估计资源量有3169.6×1012m3，比原来估算大了几个数量级。1997年根据大洋钻探计划（ODP）提供的数据再次评价，估算甲烷水合物资源量为5660×1012m3，其中海域的资源占总量的99%，超过美国现有常规油气资源的100多倍。正是在这些资源评价的基础上，美国能源部、化石能源办公室和联邦政府能源技术中心于1999年6月制定了“美国甲烷水合物多年研究发展项目计划”。

表1-3 全球天然气水合物资源量

4）日本天然气水合物的海洋地质与地球物理研究主要由日本地质调查所、日本石油公团以及有关的公司（如日本石油勘探公司JAPEX）、东京大学等3个部分组成。基于1993年的实例研究，地质所估算了日本周围海域的甲烷水合物资源量大约为6×1012m3，是1992年日本全国天然气消耗量的100倍。日本出于资源短缺的严峻压力和对新能源的巨大期望，于1995年提出“气体水合物研究发展五年计划”。基于多年研究，Krason与Matsumoto估算了日本南海海槽天然气水合物的体积为（4.20～0.42）×1012m3和（0.8～8.0）×1012m3。Saton等估算了四国岸外南海海槽地区的天然气水合物与有关的游离气资源量，分别为2.71×1012m3与1.6×1012m3。

5）印度常规油气资源量预测为707×108m3。1995年12月的印度地球物理大会上气体水合物成为重要议题之一。印度科技界在原有工作基础上经深入评价，估计印度陆架区可能产出的天然气水合物资源量为2×1012m3，促使印度石油工业开发部迅速制定了国家勘探开发（1995～1999）计划。

6）大多数人认为，储存在天然气水合物中的碳至少有1×1013t，约是当前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然气）中碳含量总和的2倍。

总之，尽管说法不一，或这些评估过于乐观，但与常规油气资源相比，天然气水合物中潜在的天然气资源量仍然是极其巨大的（表1-3）。

二、天然气水合物的开发前景

人类开发利用能源的发展趋势是：煤（固体）→石油（液体）→天然气（气体）。不仅天然气水合物层本身存在巨大无比的甲烷资源，而且往往在含天然气水合物层之下同时还蕴藏了巨大的常规天然气资源。如果说永冻区的水合物离世界上大多数国家太遥远的话，那么海洋水合物则就在他们面前。大陆斜坡、陆隆和世界洋底下有没有那么多天然气水合物，能不能开发出来，都是人们十分关心的问题。几十年来全球对天然气水合物的普查、勘探和试验性开发一刻也未停顿过。美国、日本、印度和德国已着手安排了实际上是整个世界海洋沉积物上部的研究计划。DSDP和ODP钻探计划有目标和持续性的工作为调查世界海洋水合物的分布取得了举世瞩目的成就，为今后开发天然气水合物资源打下了基础，为被能源与环境问题困扰的人类社会带来了新的希望。

虽然目前国际的天然气水合物热持续高涨，但是在天然气水合物开发利用的问题上一直有两种呼声。有人提倡大刀阔斧地进入实用阶段，也有人呼吁三思而后行，甚至有少数人反对开发利用天然气水合物。从全局来看，有一些技术确实还没有达到实用开发天然气水合物的水平，但只要全球科学家和各国政府抱着负责任的态度，大力投资科技攻关项目，我们深信，人类在21世纪是可以做到安全利用天然气水合物的。俄罗斯的巴尔坎和日本的专家也认为：“在开采技术发生根本变化后，开发水合物资源不仅完全可能，而且指日可待”。Sloan指出，大规模开采天然气水合物中的甲烷在21世纪的某些时候将成为现实。

1.识别BSR技术的进步

随着高分辨率多道反射地震技术的普遍采用和地震数据特殊处理技术的提高，BSR现象在地震剖面上更为明显。在地震剖面中，BSR一般呈现出高振幅、负极性、平行于海底和与海底沉积构造相交的特征，容易识别，效率较高。

2.钻孔取样技术

目前采用的钻孔取样技术有4种：①活塞式岩心取样器；②恒温岩心取样器；③恒压岩心取样器（PSC）；④水温探测仪。通过测量采样处海水温度来确定海水含盐度，进而计算岩心中水合物的分解量。

3.测井技术

测井技术是天然气水合物勘探中除地震反射法和钻孔取心法之后又一有效手段。当然仅凭某一种或两种方法来判断天然气水合物的存在是不可靠的，有时其他偶然因素也会引起测井曲线表现出类似天然气水合物层段的特征，所以在实际工作中应视具体情况采用多种测井方法并结合应用其他方法来判识天然气水合物。

4.开发技术

常用的开发技术有：①热激发法；②化学试剂法；③减压法。单采用某一种方法来开采天然气水合物是不经济的，只有结合不同方法的优点才能达到对水合物的有效开采。若将降压法和热开采技术结合使用将会展现出诱人的前景，即：用热激发法分解气/水合物，而用降压法提取游离气体。虽然从技术角度来看，开发天然气水合物资源已具可行性，但是目前人们仍未找到一种在当前的科技条件下比较经济合理的开采方法。

5.全球瞩目的日本、美国和印度的开发计划

近年来，许多国家成立了专门的机构，投入巨资，旨在探明本国的天然气水合物资源和进行开采准备。美国成立了天然气水合物研究中心，日本成立了甲烷水合物开发促进委员会，加拿大于1998年组织了包括美国和日本等国25位科学家参加的陆地天然气水合物钻探和开发的技术研究，印度也制订了自己的天然气水合物开发计划。

6.全球天然气水合物开发前景

海洋天然气水合物是全球天然气水合物资源开发的重点，不仅因为海洋天然气水合物占总资源量的大半以上，而且分布广泛，对那些滨海而又缺乏能源的国家来说，天然气水合物则带来了莫大的希望和寄托。

海底浅层沉积物中的天然气水合物和周围的沉积物可以形成一种封闭性极好的盖层，为大陆斜坡和陆隆区形成的天然气提供了良好的聚集条件。已经证实天然气水合物的胶结层具有很强的封闭性，含水合物岩层可对常规油、气藏起到屏蔽作用，天然气水合物层之下往往有大型常规气藏。圈闭于天然气水合物带的常规天然气或石油比包含于天然气水合物中的非常规天然气在目前更具有经济价值。

天然气水合物的存在为勘探常规气藏提供了有用的信息。天然气水合物反映出沉积物正在进行着的烃类生成作用。而天然气水合物对估计一个地区现今的热流及其热历史是有价值的，因为天然气水合物仅存在于非常有限的温度-压力范围内，其出现形式的变化是与孔隙水化学变化、烃类成分的变化或温度-压力梯度异常密切相关的。

前苏联开发麦索雅哈气田的实践经验证明，在永冻区开发常规天然气不可避免地会遇到天然气水合物问题。一般来说，永冻区的天然气水合物形成深度总是浅于常规气藏的深度，它像盖层一样封闭了其下的常规天然气。当人们没有发现和认识水合物之前，实际上已经遇到天然气水合物，如天然气水合物分解造成的井喷等。所以说，开发天然气水合物不是单一的资源开发，而是一种综合开发。

天然气水合物是天然气的一种载体，从能源角度上看，天然气水合物属于天然气这个范畴。人类发现了天然气水合物，评价了它可能对人类的贡献，但不能将天然气水合物孤立起来进行研究。天然气水合物藏的形成首先要有气源，所以天然气水合物地质学同石油天然气地质学是不可分割的，其开发也要同常规气藏联合开发。天然气水合物的开发前景广阔。

小结

1）在充分了解世界各国水合物调查研究计划及进展的基础上，重点介绍了4个国家的天然气水合物研究开发计划、10个国家的部门计划，以及30多个国家和地区天然气水合物的调查和研究情况。

2）通过对信息资料的综合分析，认为目前天然气水合物调查研究主要围绕天然气水合物资源特征、商业性的生产与开发、全球碳循环、安全及海底稳定性和天然气运输方法等5个方面开展工作。当前急需解决的重点是：利用获得的测井、岩心和钻井记录等有效信息，不断地改进地质模型和地球物理勘探方法，以便尽早实现商业性开采。

3）为积极配合生产与开发的需要，指出了目前研究工作已由过去的水合物热力学转向动力学研究。水合物动力学包括形成动力学和分解动力学，涉及水合物的形成、储存与开采、动力学抑制剂的开发，以及石油和天然气输送管线的设计等。强调通过对动力学的研究，将有助于开展天然气水合物多方面的应用研究。

4）通过对天然气水合物的物理化学性质、赋存特征、成矿条件、分布规律及矿藏成因等相关资料的深入分析，系统整理了天然气水合物成矿的有关地质理论。重点探讨了天然气水合物的热解、微生物和混合等3种气源成因，天然气水合物的成矿模式，以及资源评价与开发前景。

5）全面总结了天然气水合物调查的地质、地球物理和地球化学等多种技术方法，主要包括微地貌及其可视化勘查技术、高分辨率多道地震勘查技术、电磁法探测技术和卫星遥感勘查技术等。通过对比分析，认为多道地震反射法是海洋天然气水合物主要的勘探方法，该方法可以揭示天然气水合物沉积层速度的精细结构，进行储层描述，有利于寻找勘探目标和地质储量评价，并强调同时应结合其他非地震勘探手段。

6）系统归纳了天然气水合物的多种保压保温取心技术、钻井技术及测井技术，结合钻探实例进行了利弊因素分析。在了解国外天然气水合物开发方法和现状的基础上，介绍了天然气水合物的3种主要开采方法，并结合水合物试验开采实例，讨论了开发生产技术问题及对策。

7）从天然气水合物与全球碳循环及温室效应、天然气水合物与全球气候变化的关系，以及天然气水合物的地质灾害因素等多方面分析，探讨了天然气水合物的环境效应。

以上就是关于天然气水合物的开采方法全部的内容，如果了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！