天然气水合物勘探概况及钻探取心技术探讨

1、天然气水合物勘探概况及钻探取心技术探讨 窦窦 斌斌 博士、副教授博士、副教授2007-11-27 濮阳濮阳窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG2二、世界能源的分布及消耗二、世界能源的分布及消耗三、研究天然气水合物的意义三、研究天然气水合物的意义四、天然气水合物勘探现状四、天然气水合物勘探现状五、天然气水合物开发五、天然气水合物开发六、水合物勘探面临的难题六、水合物勘探面临的难题七、取心关键技术及解决办法七、取心关键技术及解决办法目 录窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG3窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG4一、天然气水合物概况4 4 1 1、什么是天然气水合物、

2、什么是天然气水合物窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG5一、天然气水合物概况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG6天然气水合物在天然气水合物在自然界广泛分布在大自然界广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。陆湖的深水环境。一、天然气水合物概况2 2、天然气水合物的分布、天然气水合物的分布窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG7目前，全球已发现目前，全球已发现116处潜在的天然气水合物产地。其中，处潜在的天然气水合物产地。其中，美国和

3、加拿大沿海地区、危地马拉海岸、印度洋、日本海域美国和加拿大沿海地区、危地马拉海岸、印度洋、日本海域和俄罗斯的鄂霍茨克海等和俄罗斯的鄂霍茨克海等15处通过钻井取样确认。中国的东处通过钻井取样确认。中国的东海海域、南海海域和青藏高原也具有天然气水合物分布的广海海域、南海海域和青藏高原也具有天然气水合物分布的广阔前景。阔前景。2007年年5月月1日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气水日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气水合物实物样品，并经初步预测，其远景资源量可达上百亿吨合物实物样品，并经初步预测，其远景资源量可达上百亿吨油当量。油当量。 一、天然气水合物概况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUG

4、CUG8天然气水合物中水分子是主体分子，形成所谓空间点阵天然气水合物中水分子是主体分子，形成所谓空间点阵结构，气体分子充填于点阵间孔隙中，气体分子与水分子间结构，气体分子充填于点阵间孔隙中，气体分子与水分子间没有化学计量关系；点阵结构水分子间以较强的氢健结合，没有化学计量关系；点阵结构水分子间以较强的氢健结合，气体水分子间以范德华力结合。已经发现天然气水合物形成气体水分子间以范德华力结合。已经发现天然气水合物形成的的3 3种基本笼型晶体空间结构是立方体型结构，菱形立方体种基本笼型晶体空间结构是立方体型结构，菱形立方体型结构，六方体型结构，六方体H H型结构。型结构。一、天然气水合物概况3 3、

5、天然气水合物的分组成及结构、天然气水合物的分组成及结构窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG9一、天然气水合物概况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG10二、世界能源的分布及消耗窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG11据据8080年代国际天然气潜年代国际天然气潜力委员会力委员会(PGC)(PGC)的统计的统计, ,世界各世界各大洋中大洋中, ,天然气水合物的总量天然气水合物的总量换算为甲烷气体换算为甲烷气体, ,高达高达2 2 10101616m m3 3, ,其含碳量比迄今世其含碳量比迄今世界上所有已知石油、天然气、界上所有已知石油、天然气、煤炭矿产大煤炭矿产大2

6、 2倍倍, ,约占化石燃料约占化石燃料( (煤、石油、天然气煤、石油、天然气) )的的53%53%，右图给出了地球上的有机碳右图给出了地球上的有机碳分布。分布。二、世界资源的分布及消耗窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG12二、世界资源的分布及消耗煤、石油、天然气是当今世煤、石油、天然气是当今世界各国的主要矿物能源，已开采界各国的主要矿物能源，已开采使用近百年。据专家们估计，再使用近百年。据专家们估计，再有有3040年左右，就会面临能源年左右，就会面临能源枯竭的局面。国际能源机构曾指枯竭的局面。国际能源机构曾指出世界油气产量在出世界油气产量在20012020年年将达到顶峰，此后，就不

7、可避免将达到顶峰，此后，就不可避免地持续下降。强烈的能源忧患意地持续下降。强烈的能源忧患意识产生寻找新的替代新能源的热识产生寻找新的替代新能源的热潮。潮。 窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG13 前天国际原油价格最新油价前天国际原油价格最新油价WTI 98.18 美元美元 0.89美元；美元； 布伦特布伦特 95.76美元美元 1.26美元；美元； 上升到上升到100美元不是不可能。美元不是不可能。 估计估计90%的海域和占陆地的海域和占陆地26%的高纬度长年永冻的高纬度长年永冻区所发现的天然气水合物，势必引起各国政府和企业区所发现的天然气水合物，势必引起各国政府和企业界的高度重视

8、，投巨资、强化研究、希冀尽快有新的界的高度重视，投巨资、强化研究、希冀尽快有新的突破。突破。二、世界资源的分布及消耗窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG14三、研究天然气水合物的意义窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG15Gas hydrate is an important topic for study for three reasons:1.It contains a great volume of methane, which indicates a potential as a future energy resource.三、研究天然气水合物的意义Why do

9、we study it? 窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG16由于独特的晶体结构与分子空间构型决定了天然气水合由于独特的晶体结构与分子空间构型决定了天然气水合物独特的高浓集气体的能力，表现特点为高浓度气体物独特的高浓集气体的能力，表现特点为高浓度气体= =高储高储量。在实验标准状态下，单位体积天然气水合物可释放出量。在实验标准状态下，单位体积天然气水合物可释放出160-180160-180倍体积甲烷气体。因而天然气水合物矿藏的发现、倍体积甲烷气体。因而天然气水合物矿藏的发现、勘探、开发与研究也就极具价值。原苏联科学院院士勘探、开发与研究也就极具价值。原苏联科学院院士A.A.A.A

10、.特特罗菲姆克认为，有利于天然气水合物形成条件的地区，如占罗菲姆克认为，有利于天然气水合物形成条件的地区，如占全球陆域面积全球陆域面积27%27%的永久冻土带地区，的永久冻土带地区，90%90%的海洋具备天然的海洋具备天然气水合物赋存条件；据此，目前估算全球天然气水合物含碳气水合物赋存条件；据此，目前估算全球天然气水合物含碳量为全球化石燃料量为全球化石燃料( (石油、天然气和煤石油、天然气和煤) )含碳量的两倍，从这含碳量的两倍，从这个意义上说，天然气水合物成为个意义上说，天然气水合物成为2121世纪清洁高效的替代能源世纪清洁高效的替代能源资源可望成为不争的事实。资源可望成为不争的事实。 三、

11、研究天然气水合物的意义窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG172.It may function as a source or sink for atmospheric methane, which may influence global climate Methane from the hydrate reservoir might significantly modify the global greenhouse, because methane is 20 times as effective a greenhouse gas as carbon dioxide, and

12、gas hydrate may contain three orders of magnitude more methane than exists in the present-day atmosphere. Because hydrate breakdown, causing release of methane to the atmosphere, can be related to pressure changes caused by glacial sea-level fluctuations, gas hydrate may play a role in controlling l

13、ong-term global climate change.三、研究天然气水合物的意义窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG183.It can affect sediment strength, which can initiate landslides on the slope and rise. Gas hydrate apparently cements sediment, and, therefore, it can have a significant effect on sediment strength; its formation and breakdown may

14、 influence the occurrence and location of submarine landslides. Such landslides may release methane into the atmosphere, which may affect global climate.三、研究天然气水合物的意义窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG19四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG20 19651965年前苏联在西伯利亚麦索亚哈气田，发现了天然年前苏联在西伯利亚麦索亚哈气田，发现了天然气水合物的矿层，引起许多国家科学家的重视。

15、气水合物的矿层，引起许多国家科学家的重视。2020世纪世纪7070年代世界各大陆边缘和高纬度极地永冻层发现年代世界各大陆边缘和高纬度极地永冻层发现天然气水合物，主要为甲烷水合物，为世界范围的广泛认可。天然气水合物，主要为甲烷水合物，为世界范围的广泛认可。在美国，新泽西州和乔治亚天然气水合物集中区已经绘在图在美国，新泽西州和乔治亚天然气水合物集中区已经绘在图上。上。四、天然气水合物勘探现状1 1、国际情况、国际情况窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG21美国东南部海外有一处美国东南部海外有一处( (仅仅30000 km2)30000 km2)处于快速沉积形成处于快速沉积形成山脊带，蕴藏

16、着美国年消耗天然气量近山脊带，蕴藏着美国年消耗天然气量近3030倍的天然气水合物，倍的天然气水合物，这一地区称为布拉克山脊这一地区称为布拉克山脊(Black Ridge)(Black Ridge)。19741974年前苏联在黑海年前苏联在黑海1950m1950m水深处，取得天然气水合物水深处，取得天然气水合物冻状样品。此后在黑海、贝加尔湖等地海底取样与地震探测，冻状样品。此后在黑海、贝加尔湖等地海底取样与地震探测，纷纷发现天然气水合物。纷纷发现天然气水合物。19791979年深海钻探计划年深海钻探计划(DSDP)(DSDP)第第6666、6767航次和此后的大洋航次和此后的大洋钻探计划，都取得

17、了岩心，发现了天然气水合物。钻探计划，都取得了岩心，发现了天然气水合物。 四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG221995年年,美国在美国在ODP164航次中率先在布莱克海脊布设了航次中率先在布莱克海脊布设了3口勘探井口勘探井, 首次有计划地取得了水合物样品。首次有计划地取得了水合物样品。1997年美国又与日本、加拿大合作在阿拉斯加打了年美国又与日本、加拿大合作在阿拉斯加打了1口示口示范井。而在范井。而在2000年年,日本国家石油公司日本国家石油公司(JNOC) 与日本国际与日本国际贸易和工业部贸易和工业部(METI) 共同出资在日本东南的南海海槽共同出资在日

18、本东南的南海海槽(Nankai Trough) 钻了一系列水合物测试井。钻了一系列水合物测试井。2002年年1月加拿大、美国和日本在加拿大月加拿大、美国和日本在加拿大Mackenzie三角三角洲开钻了水合物井洲开钻了水合物井Mallik 2L-8井井, 证实在永久冻土带下证实在永久冻土带下面存在水合物。面存在水合物。2003年年3月，月，Andarko石油公司、石油公司、Maurer技术公司和美国技术公司和美国能源部在阿拉斯加北部斜坡开始钻第能源部在阿拉斯加北部斜坡开始钻第1 口水合物调查研究口水合物调查研究井井“Hot Ice No.1”。四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副

19、教授 CUGCUG2320052005年年3 3月，美国能源部和石油巨头雪佛龙德士古公司月，美国能源部和石油巨头雪佛龙德士古公司(Chevron Texaco)(Chevron Texaco)联合（联合（JIPJIP计划）开始在墨西哥湾计划）开始在墨西哥湾KeathleyKeathley峡谷和峡谷和AtwaterAtwater谷区进行水合物勘探钻井，计划在谷区进行水合物勘探钻井，计划在8 8个钻位个钻位钻钻1616口井。每个钻位钻口井。每个钻位钻2 2口井口井, ,相距相距131323m23m左右左右, ,一口井取一口井取心心, ,另一口井用来测井另一口井用来测井( (随钻测井随钻测井), )

20、,水深在水深在1300m1300m左右，并左右，并将在井中安装长期的监控设备。将在井中安装长期的监控设备。20072007年年5 5月月1 1日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气水日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气水合物实物样品，并经初步预测，其远景资源量可达上百合物实物样品，并经初步预测，其远景资源量可达上百亿吨油当量。亿吨油当量。 四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG24日本是个矿物能源缺乏的国家，日本是个矿物能源缺乏的国家，1991年底，据日本资源年底，据日本资源能源厅公布勘查结果：在静岗至四国海域的南部海沟，有厚能源厅公布勘查结果：在静岗至四国海域的

21、南部海沟，有厚达达30m、面积为、面积为42000km2的埋藏可燃冰，约等于日本年天的埋藏可燃冰，约等于日本年天然气产量的然气产量的1400倍，埋藏量约倍，埋藏量约74000亿亿m3，可供，可供100年使用年使用的天然气水合物。的天然气水合物。 四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG251999年国土资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局，年国土资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局，拥有海洋调查船拥有海洋调查船4艘，在我国海域南海北部西沙海槽区采集高艘，在我国海域南海北部西沙海槽区采集高分辨率多道地震测线分辨率多道地震测线534.3km，至少在，至少在130k

22、m剖面上识别出剖面上识别出BSR标志，矿层厚标志，矿层厚80300m，拉开了我国天然气水合物资源，拉开了我国天然气水合物资源调查的序幕。调查的序幕。2000年该所又完成了高分辨率多道地震测量年该所又完成了高分辨率多道地震测量1523.3km，多波束海底地形测量多波束海底地形测量703.5km及多种现代化取样措施，经综及多种现代化取样措施，经综合分析表明，南海北部西沙海槽区的天然气水合物存在面积合分析表明，南海北部西沙海槽区的天然气水合物存在面积较大，是一个可观的远景区，较大，是一个可观的远景区，2001年至今工作仍在继续。年至今工作仍在继续。 四、天然气水合物勘探现状1 1、我国情况、我国情况

23、窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG26国家海洋局二所也传来捷报，预示已找到可燃冰大量存国家海洋局二所也传来捷报，预示已找到可燃冰大量存在的在的BSR标志。经初步估算，勾画出分布区域，计算出稳定标志。经初步估算，勾画出分布区域，计算出稳定带的厚度，对其资源量作出评估，约为中国石油总量的带的厚度，对其资源量作出评估，约为中国石油总量的1/2。经过世界各国政府和科学家的努力，一个世界范围勘查经过世界各国政府和科学家的努力，一个世界范围勘查海底天然气水合物的战役已经沸沸扬扬地展开，发现矿区与海底天然气水合物的战役已经沸沸扬扬地展开，发现矿区与日俱增，日俱增，1980年仅年仅9处，到处，到2

24、000年已猛增到年已猛增到88处。处。2007年年5月月1日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气日凌晨，在我国南海北部成功钻获天然气水合物实物样品，并经初步预测，其远景资源量可达上百亿水合物实物样品，并经初步预测，其远景资源量可达上百亿吨油当量。吨油当量。 四、天然气水合物勘探现状窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG27五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG28五、天然气水合物开发要从天然气水合物储层开采天然气必须具备以下条件：要从天然气水合物储层开采天然气必须具备以下条件：（1 1）能够将水合物颗粒暴露在水合物温度压力相平衡条）能够将水合物颗粒暴露在水合物

25、温度压力相平衡条件以外；件以外；（2 2）水合物分解属于吸热反应，而且水合物分解具有自）水合物分解属于吸热反应，而且水合物分解具有自“保护保护”性，因此需要有可持续的能量供应；性，因此需要有可持续的能量供应；（3 3）在水合物生产井，能够将分解的气体转移出来，防）在水合物生产井，能够将分解的气体转移出来，防止气体的大量集结阻止水合物的继续分解。止气体的大量集结阻止水合物的继续分解。1 1、天然气水合物开采理论、天然气水合物开采理论窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG29从天然气水合物的相平衡可以从天然气水合物的相平衡可以看出看出4 4，要想满足以上条件，只有以，要想满足以上条件，只有

26、以下三种途径：下三种途径：（1 1）升高水合物的环境温度；）升高水合物的环境温度；（2 2）降低水合物所处的压力；）降低水合物所处的压力；（3 3）通过化学方法改变相平衡）通过化学方法改变相平衡曲线，使相平衡曲线向左平移。曲线，使相平衡曲线向左平移。五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG30天然气水合物的热压力及其赋藏条件的特殊性决定了天天然气水合物的热压力及其赋藏条件的特殊性决定了天然气水合物勘探开发钻井与常规油气勘探钻井有很大的不同，然气水合物勘探开发钻井与常规油气勘探钻井有很大的不同，其最大难点在于钻开水合物地层过程中，由于井眼温度压力其最大难点在于钻开水合物

27、地层过程中，由于井眼温度压力的改变会使水合物发生分解，由此引发取样困难、井壁易失的改变会使水合物发生分解，由此引发取样困难、井壁易失稳、井内安全事故易发甚至海底地质灾害乃至全球气候变迁稳、井内安全事故易发甚至海底地质灾害乃至全球气候变迁等问题。等问题。因此必须在勘探钻井过程中对井内温度和压力实施控制，因此必须在勘探钻井过程中对井内温度和压力实施控制，而要进行控制首先就必须掌握井内的热压力特征规律以及相而要进行控制首先就必须掌握井内的热压力特征规律以及相应的钻进技术如钻进泥浆的循环护壁，钻进时的钻速、钻压应的钻进技术如钻进泥浆的循环护壁，钻进时的钻速、钻压等，其研究程度将是未来推动或制约我国和其

28、他国家对天然等，其研究程度将是未来推动或制约我国和其他国家对天然气水合物勘探开发研究和实施进程的关键因素。气水合物勘探开发研究和实施进程的关键因素。 五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG31要将天然气水合物转化为商业用天然气，实现要将天然气水合物转化为商业用天然气，实现途径不仅要经济而且要安全。由于天然气水合物的途径不仅要经济而且要安全。由于天然气水合物的物理化学特，传统的开采固体矿产的方法不适合开物理化学特，传统的开采固体矿产的方法不适合开采天然气水合物。根据水合物的形成原理，用于水采天然气水合物。根据水合物的形成原理，用于水合物分解开采的理论方法有以下三种。合

29、物分解开采的理论方法有以下三种。（1 1）热熔法，该方法原理就是将热量注入水）热熔法，该方法原理就是将热量注入水合物沉积层，水合物吸收热量后温度升高引起水合合物沉积层，水合物吸收热量后温度升高引起水合物颗粒的分解。物颗粒的分解。KlamathKlamath认为，可以从地面将热的认为，可以从地面将热的液体如水、盐水、蒸汽注入到水合物开采层，或者液体如水、盐水、蒸汽注入到水合物开采层，或者在水合物开采层燃烧高能量物质以及采用电磁加热在水合物开采层燃烧高能量物质以及采用电磁加热等方法。等方法。五、天然气水合物开发2 2、天然气水合物开采常规方法、天然气水合物开采常规方法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教

30、授 CUGCUG32（2 2）抑制剂刺激法，该方法原理是）抑制剂刺激法，该方法原理是通过注入化学试剂使水合物热动力相通过注入化学试剂使水合物热动力相平衡发生改变从而引起水合物分解。平衡发生改变从而引起水合物分解。但是，抑制剂刺激法只限于少量开发但是，抑制剂刺激法只限于少量开发时采用，因为这与抑制剂成本比较高时采用，因为这与抑制剂成本比较高相关。在某些石油开采井，当出现水相关。在某些石油开采井，当出现水合物阻塞现象时，通过注入甲醇和氯合物阻塞现象时，通过注入甲醇和氯化钙溶液可以成功的疏通水合物的阻化钙溶液可以成功的疏通水合物的阻塞。塞。五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUG

31、CUG33（3 3）减压法，在该方法中，通过减小液体）减压法，在该方法中，通过减小液体与水合物的接触面压力，促使水合物处在相与水合物的接触面压力，促使水合物处在相平衡稳定区域以外从而发生分解。在该方法平衡稳定区域以外从而发生分解。在该方法中，由于没有额外的热量注入到水合物开采中，由于没有额外的热量注入到水合物开采层，分解所吸收的热量必须由周围物质提供，层，分解所吸收的热量必须由周围物质提供，但是当水合物分解吸收的热量达到一定程度，但是当水合物分解吸收的热量达到一定程度，水合物周围环境温度降低会抑制水合物的进水合物周围环境温度降低会抑制水合物的进一步分解。很多研究指出，这种方法在气体一步分解。很

32、多研究指出，这种方法在气体全面分解过程中有利于控制开采气体的流量。全面分解过程中有利于控制开采气体的流量。对于减压法适合于那些储藏中存在大量自由对于减压法适合于那些储藏中存在大量自由气体的水合物储层。气体的水合物储层。五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG34五、天然气水合物开发窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG35五、天然气水合物开发3 3、天然气水合物开采特殊方法、天然气水合物开采特殊方法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG36六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG37与国外相比我国天然气水合物研究还存在

33、较大差距：与国外相比我国天然气水合物研究还存在较大差距：一是缺乏钻井取心资料；水合物气资源量评价参数条件不充分；一是缺乏钻井取心资料；水合物气资源量评价参数条件不充分；二是基础地质研究程度较低；三是实验研究与地质研究缺乏有二是基础地质研究程度较低；三是实验研究与地质研究缺乏有机结合；机结合；六、我国水合物勘探面临的难题1 1、我国与国外差距、我国与国外差距四是缺乏统一规划和有效组织四是缺乏统一规划和有效组织管理；五是对天然气水合物有管理；五是对天然气水合物有利区缺乏详查；六是有利区地利区缺乏详查；六是有利区地理位置不如上述试验区优越。理位置不如上述试验区优越。 窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授

34、 CUGCUG382. 2.钻进过程中天然气水合物的分解会对钻井安全、钻进质量、钻进过程中天然气水合物的分解会对钻井安全、钻进质量、设备等造成严重危害：设备等造成严重危害：（1 1）很难采集到高保真的天然气水合物岩样或岩样采取率很）很难采集到高保真的天然气水合物岩样或岩样采取率很低，造成对储层特征的错误判断；低，造成对储层特征的错误判断；（2 2）气体进入钻井液后，与钻井液一起循环，使钻井液密度）气体进入钻井液后，与钻井液一起循环，使钻井液密度降低，导致井底静水压力降低，加速了天然气水合物的分降低，导致井底静水压力降低，加速了天然气水合物的分解，并表现为恶性循环，最终导致井底大量天然气水合物解

35、，并表现为恶性循环，最终导致井底大量天然气水合物分解，造成井径严重扩大、井喷、井塌、套管变形和地面分解，造成井径严重扩大、井喷、井塌、套管变形和地面沉降等事故沉降等事故; ;六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG39（3 3）在深海和温度很低冻土地区钻进时，在井身内一定位）在深海和温度很低冻土地区钻进时，在井身内一定位置或地面管路中具有气体重新形成天然气水合物的温度和置或地面管路中具有气体重新形成天然气水合物的温度和压力条件，钻井液中天然气水合物一旦形成影响钻井液循压力条件，钻井液中天然气水合物一旦形成影响钻井液循环或钻井系统的其他管路的堵塞，导致一系列井内

36、恶性事环或钻井系统的其他管路的堵塞，导致一系列井内恶性事故，且由于形成天然气水合物所需水来自钻井液自身，钻故，且由于形成天然气水合物所需水来自钻井液自身，钻井液的失水会严重影响其流动特性，钻井液中的固相会沉井液的失水会严重影响其流动特性，钻井液中的固相会沉析，使井身中钻井液只有少量或没有钻井液。析，使井身中钻井液只有少量或没有钻井液。 因此，钻井过程中天然气水合物的抑制分解是基于高因此，钻井过程中天然气水合物的抑制分解是基于高保真取样、安全钻井和维护原位天然气水合物层稳定的目保真取样、安全钻井和维护原位天然气水合物层稳定的目的，通过温度和压力的控制，不允许或能有效控制天然气的，通过温度和压力的

37、控制，不允许或能有效控制天然气水合物的分解。水合物的分解。 六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG40 3. 3.天然气水合物诱发分解的目的主要体现在三个方面：天然气水合物诱发分解的目的主要体现在三个方面：一是可作为一种钻井方法，即采用低密度泥浆，诱发天一是可作为一种钻井方法，即采用低密度泥浆，诱发天然气水合物的分解（这种分解是可控制的，例如在起下然气水合物的分解（这种分解是可控制的，例如在起下钻、换钻头、测井时则需增加泥浆浓度，抑制天然气水钻、换钻头、测井时则需增加泥浆浓度，抑制天然气水合物的分解），在气体进入泥浆后，随泥浆循环到地面合物的分解），在气体进

38、入泥浆后，随泥浆循环到地面并被分离出来。该方法的可行性取决于在泥浆循环过程并被分离出来。该方法的可行性取决于在泥浆循环过程中形成天然气水合物可能性、泥浆循环速度、泥浆温度、中形成天然气水合物可能性、泥浆循环速度、泥浆温度、发生井喷和井涌的可能性、井底天然气水合物分解的可发生井喷和井涌的可能性、井底天然气水合物分解的可控制程度、地层特性等。控制程度、地层特性等。 六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG41二是为了对钻井系统中再生成的水合物堵二是为了对钻井系统中再生成的水合物堵塞进行消堵。塞进行消堵。三是作为开采天然气水合物的一种方法，三是作为开采天然气水合物的

39、一种方法，即通过井筒向天然气水合物地层输送能量，即通过井筒向天然气水合物地层输送能量，激发天然气水合物分解成自由气体或地层岩激发天然气水合物分解成自由气体或地层岩石破碎形成气、液、固三相矿浆进行开采。石破碎形成气、液、固三相矿浆进行开采。 六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG42钻井液钻井液能否抑制或者诱发钻进过程中天然气水合物分能否抑制或者诱发钻进过程中天然气水合物分解和再生成，关系到天然气水合物取心质量、试验性解和再生成，关系到天然气水合物取心质量、试验性和商业性钻井开采的进程、钻井作业能否顺利实施和和商业性钻井开采的进程、钻井作业能否顺利实施和钻井污

40、染等关键性问题。同时，对天然气水合物抑制钻井污染等关键性问题。同时，对天然气水合物抑制分解和诱发分解机理、天然气水合物开采工艺研究提分解和诱发分解机理、天然气水合物开采工艺研究提供理论和技术基础。供理论和技术基础。 六、我国水合物勘探面临的难题窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG43七、取心关键技术及解决办法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG44地质取样技术包括抓斗取样、重力取样地质取样技术包括抓斗取样、重力取样( (柱样柱样) )、大型重、大型重力活塞密封取样等海底浅层取样技术力活塞密封取样等海底浅层取样技术( (深度达深度达101012m) 12m) 和钻和钻井取芯技

41、术，其中钻井取芯技术是识别天然气水合物的最直井取芯技术，其中钻井取芯技术是识别天然气水合物的最直接的方法接的方法 钻井取芯技术的关键在于研制能够取得高保真岩芯样品钻井取芯技术的关键在于研制能够取得高保真岩芯样品的保温保压取芯器，这种取芯器一般具有以下的特点：的保温保压取芯器，这种取芯器一般具有以下的特点：1 1）具有耐高压且可以自动密封的取样系统；）具有耐高压且可以自动密封的取样系统；2 2）具有自动温度识别和降温系统；）具有自动温度识别和降温系统；3 3）人工智能系统。）人工智能系统。七、取心关键技术及解决办法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG45目前比较有影响的取芯器有目前比较

42、有影响的取芯器有DSDPDSDP采用的保压取样筒采用的保压取样筒PCBPCB、ODPODP的的PCSPCS、活塞取样器、活塞取样器APCAPC、欧盟研制的、欧盟研制的HYACEHYACE、日本研制的、日本研制的PTCSPTCS等。等。天然气水合物整体钻井技术系统和钻井开采设备的研制天然气水合物整体钻井技术系统和钻井开采设备的研制近些年来也取得了很大的发展，如半潜式钻井平台、载人或近些年来也取得了很大的发展，如半潜式钻井平台、载人或自治潜艇器、海洋钻探船等，目前最先进的综合钻探船为日自治潜艇器、海洋钻探船等，目前最先进的综合钻探船为日本在建的本在建的IODPIODP钻探船，海底钻探深度可达钻探船

43、，海底钻探深度可达7000m7000m。 七、取心关键技术及解决办法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG46七、取心关键技术及解决办法 1 1、目的、目的窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG47七、取心关键技术及解决办法 天然气水合物钻探取心的关键是如何在钻进进尺过程中、天然气水合物钻探取心的关键是如何在钻进进尺过程中、在岩心提取过程中和在地表（包括钻井平台和陆上实验室）在岩心提取过程中和在地表（包括钻井平台和陆上实验室）保持岩心的原位性状，获得高保真岩心，并有较高的安全钻保持岩心的原位性状，获得高保真岩心，并有较高的安全钻进效率，因此，可以将天然气水合物取心钻探的关键技术

44、归进效率，因此，可以将天然气水合物取心钻探的关键技术归纳为以下三点：纳为以下三点： 钻进过程中 岩心提取过程中 地表处理窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG48海上作业的特殊性海上作业的特殊性安全安全钻头重入钻头重入船的运动船的运动钻进的连续性钻进的连续性窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG49七、取心关键技术及解决办法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG50七、取心关键技术及解决办法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG52七、取心关键技术及解决办法窦斌博士、副教授窦斌博士、副教授 CUGCUG53 在打捞岩心的提升过程中，主要是取心器的外部环境在打捞岩心的提升过程中，主要是取心器的外部环境压力和温度的变化，且压力变化更为剧烈，