国外天然气水合物研究现状及发展趋势

以欧洲地球科学协会(EGU)2003年度联合学术大会中的天然气水合物讨论会文献资料为基础综述而成。此次会议共提交有关天然气水合物的文章100多篇。按调查技术创新、理论和实验研究以及资源评价技术等内容做一简述。     

全球天然气水合物勘查试采研究现状及发展趋势

天然气水合物是一种规模巨大且高效的新型清洁能源,其资源量是全球石油天然气和煤炭等化石能源资源量总和的2倍。日益增长的能源需求和对气候的重大影响,使人们对天然气水合物巨大资源潜力的兴趣倍增,因此,天然气水合物亦被科学家称为“未来全球能源发展的战略制高点”。近10多年来,美国、加拿大、日本、中国等均先后开展了陆地和海洋天然气水合物勘查与试采实验,印度和韩国亦准备近期开展海洋天然气水合物试采。总之,全球天然气水合物勘查试采的高潮正在蓬勃掀起。笔者分析阐述了世界天然气水合物研究的4个发展阶段,剖析了全球天然气水合物资源分布及主要国家天然气水合物资源潜力,并在此基础上,重点分析阐明了国内外天然气水合物勘查试采进展以及未来发展趋势,以期对我国天然气水合物勘查试采与研究工作有所裨益。     

海洋天然气水合物生成机制的实验研究

天然气水合物在海洋环境中与在纯水溶液中的生成条件有很大的不同。海洋天然气水合物的生成除了受温度和压力的影响外,还要受到孔隙水的化学组成、流体中气体的浓度及沉积物类型的影响。本文综述了国外海洋天然气水合物的实验研究成果及其进展,重点介绍了海洋天然气水合物生成与分解的热力学条件及各种影响因素,并探讨了今后该领域的研究方向和问题。     

天然气水合物开发模拟实验技术与方法

详细分析了国内外天然气水合物开发模拟实验技术,对不同作用(类型)的天然气水合物开发模拟实验装置进行的深入研究表明,模拟实验研究还处在初级阶段,基于不同的开发方式,以一维实验模型的定性实验分析为主。为了更真实地模拟天然气水合物藏钻探与开发的物理和工程环境,应基于相似理论设计二维、三维实验模型。模型的设计应更多关注实验数据的准确性、实验设备的可靠性和实验操作的便利性,不应盲目追求实验模型的低温、高压和大容量。给出的实验装置优化设计指标可供参考。     

天然气水合物相平衡研究的实验技术与方法

介绍了水溶液中天然气水合物相平衡研究的各种实验技术及测定方法 ;对于沉积物中水合物相平衡条件的研究 ,着重探讨了电阻法、超声法及 TDR法等探测技术。实验装置的发展完善和探测技术的提高 ,将极大地推动沉积物中天然气水合物的相平衡条件的研究。     

海洋天然气水合物合成的模拟实验研究

为了研究海洋天然气水合物生成过程中元素的地球化学行为,研制了一套天然气水合物实验装置和一套实验流程.利用这套实验装置,在天然海水-甲烷体系中合成天然气水合物.探讨了不同影响因素,包括温度、压力、振动、过滤方式等对天然气水合物合成实验结果的影响.     

未来的燃料——天然气水合物

未来的燃料——天然气水合物天然气水合物可能是地球上最丰富的碳燃料,但是直到现在几乎还未开发。海洋调查技术的发展使科学家们对这些诱人的化合物有更详细的研究,它们看起来象冰块,但烧起来象蜡烛。最近的评价表明在大陆岸外最深地区和极地冻土内至少有５０处大的...     

海洋天然气水合物实验分析技术

简要介绍了目前在实验室内采用的天然气水合物实验分析技术,包括样品的保存与处理方法、水合物含气量的测定、气体与同位素的分析、水合物稳定性的P-T条件等方面。简述了几种大型分析仪器（如X衍射、拉曼光谱、核磁共振）在水合物研究中的应用,包括水合物结构的确定、成分及水合物同种性的鉴定以及水合物的分解行为等。     

天然气水合物——二十一世纪的新能源

天然气水合物因其蕴含的巨大甲烷量,被认为是２１世纪最具开发前景的能源,从而引起了世界各海洋国家的重度重视。本文综合了各国近年的研究成果,概述了天然气水合物的特征和成藏过程,介绍了目前各国通常使用的勘探技术和可能的开采方式,预测了今后的开发前景及可能由此带来的问题。     

墨西哥湾天然气水合物矿产资源预测模型及其应用

墨西哥湾是世界上研究天然气水合物较深入的海区,调查资料丰富,已在50多处采集到天然气水合物样品,具备建立天然气水合物矿产资源预测模型的条件。选择34处已知天然气水合物矿点和34处已知无矿点作为训练区,建立矿点存在与否的预测模型。模型的相关系数值表明墨西哥湾天然气水合物与盐底辟关系密切。将该模型应用于整个墨西哥湾北部,初步获得了天然气水合物存在可能性概率分布图;概率大于0.7的预测单元包含已知矿点中的30个,利用该阈值圈定了墨西哥湾天然气水合物潜在资源分布区。     

天然气水合物研究中的AVA方法分析

运用多相介质弹性模量理论并补充了不同情况下的密度计算公式,选取适当的参数,模拟了含水合物沉积物和含游离气体沉积物的地震波速度和泊松比随孔隙度和饱和度的变化规律,并进行了深入分析。通过与完整公式的对比,对AVA常用的反射系数近似计算式的精度进行了讨论,同时分析了地震波速度、泊松比、密度等参数对于BSR反射系数的不同贡献。     

海底水合物丘与泥火山的演化特征及其对天然气水合物聚集的影响

海底水合物丘与泥火山均属于不同相态流体向上运移排出至地表过程中的产物,与这2种特殊地质体相关的浅表层天然气水合物具有独特的成藏过程和赋存规律,同时,它们也都是富碳流体排放的重要途径。然而,由于对这2种地质体缺少系统的调查,加之对浅表层天然气水合物资源和碳泄漏过程的研究程度不高,当前在海底水合物丘与泥火山特征刻画及准确甄别上还存在障碍,导致难以科学地评价与其伴生的水合物资源的聚集过程及环境效应。通过总结已有海底水合物丘与泥火山的阶段性研究工作,对该2种特殊地质体从地貌特征、内部结构、形成机制等方面开展比较研究,系统分析了二者的演化过程以及对与之相关的天然气水合物聚集过程的影响,并讨论了2种地质体的区别与联系。本研究可为理解全球海底富碳流体的排放及其对海洋碳循环的贡献以及海底浅表层天然气水合物资源量的评价提供参考。     

天然气水合物降压开采过程中储层应力规律分析

为了研究天然气水合物降压开采过程的储层应力及其稳定性,运用线性多孔弹性力学和岩石力学知识,考虑水合物储层原始应力、孔隙压力、渗流附加应力及降压开采水合物过程中水合物饱和度的变化,建立了降压开采天然气水合物储层的力学模型,结合墨西哥湾某处水合物藏的基本参数,对降压开采水合物储层应力变化和开采过程的储层稳定性进行研究。结果表明:井底压力是影响水合物储层应力变化的关键因素之一;渗流附加应力在一定程度上减小了储层的应力;水合物分解储层应力发生变化,储层应力在井壁处的波动最大,井壁处是整个储层所受轴向偏应力最大的位置,因此井壁处是优先发生剪切破坏的位置;为了储层的稳定性,降压开采水合物生产压差应小于2.19 MPa。     

海洋天然气水合物开采方法及产量分析

海洋天然气水合物的巨大储量刺激了世界各国能源部门努力研究如何从天然气水合物储层生产天然气。根据水合物形成的条件,只有当水合物处在其相平衡条件以外,水合物才能分解。因此,水合物的开采方法只能为热熔法、抑制剂刺激法、减压法和地面分解法。为了对天然气水合物储层中气体的生产有个定量的评估,本文以水合物开采井为例,运用数学方法推导了水合物井中气体的产生量。结果表明,在天然气水合物储层中,天然气释放量是井内水合物分解温度、压力及水合物层气体渗透性的敏感函数。该函数可以用于天然气水合物井气体开采量的计算及对水合物储层可开采性评价。     

天然气水合物BSR的识别与地震勘探频率

地震勘探是调查天然气水合物广泛使用而有效的方法,而BSR是水合物赋存的主要标志.通过对实际调查资料的分析对比,结合国外的调查研究成果,探讨了地震勘探频率在BSR识别中的影响和作用,提出了在我国海洋天然气水合物的地震调查中有利于BSR识别的合适的频率范围.     

腰英台气田天然气水合物防治

松辽盆地南部长岭断陷腰英台深层构造腰深1井井筒及输气管线发生水合物堵塞现象,分析认为天然气水合物是导致堵塞的原因。天然气水合物是在一定温度和压力条件下由天然气中烃分子与游离水结合而形成。计算出腰深1井水合物添加甲醇的合理量,通过从油管和套管添加甲醇,使该井恢复了正常生产,日产气量（6～12）×10^4m^3。防堵的关键是注入甲醇和连续平稳生产。     

多孔介质中不同饱和度天然气水合物的分解特性研究

开采天然气水合物对缓解世界能源危机、解决中国天然气资源短缺问题具有重要现实意义。降压法是开采天然气水合物一种较为简单、安全、有效的方法,但是目前对水合物饱和度较高条件下的降压分解特性缺乏深入认识。在多孔介质（石英砂）体系开展了天然气水合物的生成与分解实验,研究了3种不同水合物饱和度（38.1%、42.1%、46.4%）条件下的水合物降压分解特性,分解压力分别为2 MPa和3 MPa。实验结果表明：2 MPa对应的产气速率较高,但是模拟储层温度会降至冰点以下,在实际水合物开采中会引起冰堵,阻碍水合物进一步分解。当分解压力为3 MPa时,在0～2 h内,随着水合物饱和度增加,产气速率减小;从2 h到水合物分解结束,水合物饱和度越高,产气速率越高;在降压阶段,不同饱和度水合物的储层温度（T1、T2、T3）快速下降且最低温度相似;在恒压阶段,不同饱和度水合物的储层温度开始回升,水合物饱和度越高,储层温度波动越大,并且恢复至实验设定温度需要的时间越长。研究结果将为水合物试采过程防止冰堵现象发生、提高气体回收率提供重要的理论参考。     

多波束水体数据对台西南盆地天然气水合物的揭示

在台西南盆地陆坡上进行了多波束测量,获取了海底地形数据和水体数据。对多波束数据进行处理,展示了多波束水体数据形成的声学水柱影像。研究表明：在台西南盆地天然气水合物富集区,多波束水柱影像异常,呈现羽状流特点,揭示了台西南盆地的天然气资源,多波束声呐系统为探测海底天然气水合物提供了精确高效的方法。     

天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应特征

综述了天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应指标的研究进展,分析了应用单一指标识别甲烷渗漏活动各自所存在的问题,包括浅表层沉积物孔隙水中CH_4、SO_4~(2–)、Cl~–等离子浓度随深度的变化;浅层沉积物全岩W_(TOC)(W表示质量分数,TOC表示总有机碳)和W_(TS)(TS表示总硫)之间的相关性及比值;自生碳酸盐岩δ~(13)C和δ~(18)O;自生矿物重晶石、黄铁矿、自生石膏的δ~(34)S;有孔虫壳体和生物标志化合物的δ~(13)C等。结果表明孔隙水中的CH_4、SO4_~(2–)浓度及溶解无机碳的碳同位素组成可以用来识别目前正在发生的甲烷渗漏活动;而沉积物中的WTS、自生矿物的δ~(34)S、钡含量及其异常峰值和生物标志化合物的δ~(13)C等指标的联合使用可以更真实准确地反映地质历史时期天然气水合物赋存区的甲烷渗漏活动。因此,在实际研究过程中,可将孔隙水和沉积物两种介质的多种指标相结合。随着非传统稳定同位素(Fe、Ca、Mg等)和沉积物氧化还原敏感元素(Mo、V、U等)等研究的发展,甲烷渗漏活动地球化学响应指标的研究也将得到拓展,而多种地球化学指标的联合使用将为天然气水合物勘探及其形成分解过程识别研究提供重要的科学依据。     

南海神狐海域天然气水合物饱和度的数值模拟分析

珠江口盆地神狐海域是天然气水合物钻探和试验开采的重点区域,大量钻探取心、测井与地震等综合分析表明不同站位水合物的饱和度、厚度与气源条件存在差异。本文利用天然气水合物调查及深水油气勘探所采集的测井和地震资料建立地质模型,利用PetroMod软件模拟地层的温度场、有机质成熟度、烃源岩生烃量、流体运移路径以及不同烃源岩影响下的水合物饱和度,结果表明：生物成因气分布在海底以下1 500 m范围内的有机质未成熟地层,而热成因气分布在深度超过2 300 m的成熟、过成熟地层。水合物稳定带内生烃量难以形成水合物,形成水合物气源主要来自于稳定带下方向上运移的生物与热成因气。模拟结果与测井结果对比分析表明,稳定带下部生物成因气能形成的水合物饱和度约为10%,在峡谷脊部的局部区域饱和度较高;相对高饱和度（＞40%）水合物形成与文昌组、恩平组的热成因气沿断裂、气烟囱等流体运移通道幕式释放密切相关,W19井形成较高饱和度水合物的甲烷气体中热成因气占比达80%,W17井热成因气占比为73%,而SH2井主要以生物成因为主,因此,不同站位甲烷气体来源占比不同。