天然气水合物研究百年回顾与展望

天然气水合物研究百年回顾与展望

1气水合物的研究历程1810年，英国首先在实验室首次发现了气水合物和1888年的混合天然气（甲烷）水合物，人类停止了对气水合物的研究和探索。在这将近200年的时间内,全世界对天然气水合物的研究大致经历了3个阶段(表1)。第一阶段是从1810年Davy合成氯气水合物和次年对气水合物正式命名并著书立说到20世纪30年代初。在这120年中,对气水合物的研究仅停留在实验室,且争议颇多。自美国Hammerschmidt1934年发表了关于水合物造成输气管道堵塞的有关数据后,人们开始注意到气水合物的工业重要性,从负面加深了对气水合物及其性质的研究。这就是气水合物研究史上的第二个阶段。在这个阶段,研究主题是工业条件下水合物的预报和清除、水合物生成阻化剂的研究和应用。本世纪60年代特罗费姆克等发现了天然气的这样一个特性,即它可以以固态形式存在于地壳中。特罗费姆克等的研究工作为世界上第一座天然气水合物矿田——麦索雅哈气田的发现、勘探与开发前期的准备工作提供了重要的理论依据,大大拓宽了天然气地质学的研究领域。1971年前后,美国学者开始重视气水合物研究。1972年在阿拉斯加获得世界上首次确认的冰胶结永冻层中的气水合物实物。对气水合物藏成功的理论预测、气水合物形成带内样品的成功检出和测试,被认为是本世纪最重大发现之一。可以说,从60年代至今,全球气水合物研究跨入了一个崭新的阶段——第三个阶段(把气水合物作为一种能源进行全面研究和实践开发的阶段),世界各地科学家对气水合物的类型及物化性质、自然赋存和成藏条件、资源评价、勘探开发手段以及气水合物与全球变化和海洋地质灾害的关系等进行了广泛而卓有成效的研究。天然气水合物研究已经发展成为包括天然气水合物地质学(天然气水合物普通地质学、天然气水合物区域地质学、天然气水合物海洋地质学)、天然气水合物地球化学、天然气水合物区域工程地质学和天然气水合物地球物理调查以及天然气水合物与全球气候变化在内的一门新兴学科。可以预料,到不远的将来,天然气水合物在为人类提供能源方面将担任主角。2世界天然气水合物地质基础研究现状2.1天然气水合物的结构类型在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色的亚等轴状、层状、小针状结晶体或分散状。它可存在于零下,又可存在于零上温度环境。从所取得的岩心样品来看,气水合物可以以多种方式存在:①占据大的岩石粒间孔隙;②以球粒状散布于细粒岩石中;③以固体形式填充在裂缝中;④大块固态水合物伴随少量沉积物。气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性:①相同的组合状态的变化——流体转化为固体;②生成水合物和结冰时均属放热过程,并产生很大的热效应——0℃融冰时需用0.335kJ的热量,0～20℃分解天然气水合物时每克水需要0.5～0.6kJ的热量;③生成水合物和结冰时水体积均增大——前者增大26%～32%,后者增大9%;④水中溶有盐时,二者相平衡温度降低,只有淡水才能转化为冰或水合物;⑤气水合物与冰的密度都不大于水,含水合物层和冰冻结层密度都小于同类的水层;⑥含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层;⑦含水合物层和含冰层弹性波的传播速度均大于含水层。迄今,已经发现的天然气水合物结构类型有3种,即I型结构、II型结构和H型结构。I型结构气水合物为立方晶体结构,其在自然界分布最为广泛,其仅能容纳甲烷(C1)、乙烷(C2)这两种小分子的烃以及N2、CO2、H2S等非烃分子,这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成CH4·5.75H2O的几何格架。II型结构气水合物为菱型晶体结构,除包容C1、C2等小分子外,较大的“笼子”(水合物晶体中水分子间的空穴)还可容纳丙烷(C3)及异丁烷(i-C4)等烃类。H型结构气水合物为六方晶体结构,其大的“笼子”甚止可以容纳直径超过异丁烷(i-C4)的分子,如i-C5和其他直径在7.5～8.6·之间的分子。H型结构气水合物早期仅见于实验室,1993年才在墨西哥湾大陆斜坡发现其天然形态。II型和H型水合物比I型水合物更稳定。除墨西哥湾外,在格林大峡谷地区也发现了I、II、H型3种气水合物共存的现象。2.2深度和深度对甲烷碳同位素组成的影响研究证实,天然气水合物中甲烷的成因有三种:热成因、微生物成因和二者混合成因。在解释形成天然气水合物的气体来源时,以甲烷δ13C值≥-50‰为热成因气,以甲烷δ13C值≤-60‰为微生物成因气。同样,烃类湿度比值(C1/[C1+C2])≤100指示热成因气,≥100指示有微生物气存在。Galimov等通过对布莱克外海岭甲烷和CO2的δ13C值的研究发现,随深度增加甲烷的δ13C值从约-94‰加重到约-66‰,而CO2的δ13C值也随深度的增大而加重(从约-25‰增重到约-4‰),二者的变化呈现出惊人的一致性,从而证明甲烷是由微生物还原有机质的CO2后生成。Kvenvolden分析了采自世界各地的水下天然气水合物样品中的烃类气体成分和甲烷碳同位素组成后认为,进入水晶格中的甲烷分子主要是微生物还原沉积有机质的CO2而生成,其典型的测试结果为:甲烷含量占烃类气体的90%以上;甲烷碳同位素组成(δ13C,PDB标准)范围在-57‰～-73‰。仅在墨西哥和里海两处发现了主要由热成因甲烷形成的天然气水合物,烃类气体中甲烷含量为21%～97%,甲烷碳同位素值为-29‰～-57‰。少数地区天然气水合物中的甲烷为混合成因并以微生物成因为主。在阿拉斯加和俄罗斯的陆上气水合物中,甲烷含量亦大于烃类气体总量的99%,碳同位素组成则为-41‰～-49‰,这种甲烷也属混合成因,但以热成因的甲烷为主。2.3关于天然气水合物的参保性研究烃类气体水合物的一个最大困难是它在大气压力和温度接近0℃时的不稳定性,这一特性极大地限制了对天然气水合物进行综合研究。雅库谢夫等在实验中发现了天然气水合物在低温下的自保护效应。此效应是在天然气水合物表面形成冰膜造成的。当这层冰膜达到足够厚度时,就阻止了水合物的进一步分解。实验还确认,天然气水合物在去压后能保存很长时间。该效应可推广到多年冻土内的天然气水合物存储带中。在俄罗斯北方地区钻探时发现的来自多年冻土上层的天然气,证明了大部分天然气都与天然气水合物自保残留物有关。另一种情况是1992年在加拿大实地发现的。在气水合物稳定带内,气水合物可以稳定存在,如果脱离稳定带水合物就会分解。然而近年来,人们通过实验室研究和野外观察发现,在离开稳定带之外,气水合物仍具有一定的稳定性。Ershov等在实验过程中发现,在一定压力晶胞中生长的气水合物在大气压力和零度以下可以保存好几天。他们认为这也是由于水合物的初始分解导致在水合物的表面形成一层冰膜,它可以减缓或阻止水合物的进一步分解。Ershov等将这一现象称为水合物的自保性。加拿大西部马更些三角洲Taglu气田92GSCTAGLU钻孔中可见气水合物的分解在大气压下受阻,首次在野外证实了天然生成的水合物所具有的自保性。2.4关于天然气水合物形成的地质模式Гинсбург等将天然气水合物形成的地质学模式总结为两大系统,即静态系统和动态系统。2.4.1气水合物的形成模式在静态系统内,由于冷却、挤压或形成物质丰度的增加可形成水合物。按影响水合物形成的主导因素不同,静态系统可分为三种模式:①冷却作用——低温模式。在该模式中,气水合物可以在气藏(游离气+水)、含水层(饱和气)和冻结层内生成。低温模式中水溶气形成的水合物呈分散状存在于岩石中。②挤压作用——海侵模式。在系统受到挤压时,游离气+水系统内可达到气水合物形成的条件,其水合物的形成模式与低温模式相似。③气体丰度增大——成岩作用模式。这种模式中水合物的形成速度明显慢于甲烷的生成速度,不会在地层中形成大量的气水合物。2.4.2渗流气水合物控制型动态系统是指与反应带进行物质交换时形成气水合物的系统,可分为以下4种:(1)渗流模式:在气和含水渗流条件下,水合物可在储层内形成。在到达水合物稳定带后,渗流含气水呈气过饱和态并成为气水合物生成源。水的渗流方式可以是向上的,也可以是侧向的和向下的。在该模式中,生成水合物的气可以是成岩作用成因的,也可以是深成作用成因的。这种模式形成的水合物赋存在空隙、裂隙和渗透率较大的层位。此类水合物可埋于各种级别正构造陆坡的气聚集带,和直接埋于区域和局部盖层之下的单斜内。若这种水合物直接赋存在气藏附近,其资源意义十分重要。由于冻结岩层的低渗透率,故渗流气-冰系统对气水合物的形成具有重要的地质意义。(2)流体化岩块运动模式:①水下泥火山作用模式,海底泥火山作用下的气水合物明显地赋存在经受过快速坳陷的含有巨厚年轻沉积层的区域,埋深不大,在黑海和墨西哥湾都发现了大量的此类水合物;②沉降模式,该模式是以崩塌沉降(包括将沉积物从第一整体沉积面——河—海界面搬运到第二沉积面——陆坡和陆基或第三沉积面——活动陆缘—深水海沟)的重力流理论为基础的。沉降模式的水合物形成在陡峭的毗邻宽广陆棚的重力构造发育的陆坡。(3)分子扩散模式。(4)岩块位移模式。总之,动态系统的水合物形成模式适于海底之下陆坡和陆基条件,所形成的气水合物均可成藏,具有资源意义,特别是渗流模式形成的气水合物藏具有实际开采价值。3地壳浅部存在大量甲烷从能源角度讲,气水合物的地位尤为突出。这是因为:①地壳浅部2000m以内存在着大量甲烷;②气水合物的分布是全球性的,在地壳内有一个气水合物形成稳定带。3.1土区典型贫困陆地上适合天然气水合物形成的温度和压力条件的地理环境是高纬度永久冻结层(包括永冻区浅海地带),而且,在冰点温度以上的永冻层之下也存在有气水合物。永久冻土区包括:格陵兰和南极冰川覆盖层下部;俄罗斯欧洲北部、西伯利亚和远东;加拿大马更些三角洲;美国阿拉斯加北部斜坡;中国青藏高原。冻结层的最大厚度可达1800～2000m,最常见的是700～1000m。对北冰洋地区气水合物研究综合信息表明:在永久冻土区,气水合物可以在地面以下约130～2000m的深度存在。陆地地温剖面表明,气水合物可能存在的深度是200m。S.R.Dallimore通过在西西伯利亚的考察,推测气水合物可能在90m这样的浅层生成。3.1.1气水合物藏地区的地球物理背景麦索雅哈气田位于西西伯利亚北端麦索雅哈河流域的永冻区。该气田是在永冻区利用气水合物进行天然气资源开发的已知唯一且成功的范例。90年代初,依据麦索雅哈的经验,一些地质学家对事先假设可能有气水合物藏地区的地球物理资料进行了分析,结果在30个同样的地区得到了验证。向验证后的气水合物藏加注甲醇(后者能促使气水合物分解产生游离气)后产气率大大提高。1991年,根据能够代表俄罗斯陆上含油气区地质剖面温压条件和水文化学、气体化学条件的实验资料,俄罗斯已划出了本土的气水合物稳定带,其分布面积约为1700万km2,厚度为300～1000m,其盖层实际上遍布于深达200～300m的冰岩层,其底部深达1000m或更深。其中,在俄罗斯北部4个含油气省和东北部4个独立含油气区内,气水合物形成带都很发育。3.1.2气水合物稳定分布带美国在阿拉斯加北部的普拉德霍湾油田和库帕勒克油田地区钻井445口。测井特征表明,普拉德霍湾存在气水合物/游离气的情况与麦索雅哈气田相似。1972年,美国阿科公司和埃克森公司在普拉德霍湾油田664～667m层段的岩心中取到了天然气水合物实物,从而揭开了在整个阿拉斯加北部斜坡普查气水合物的序幕。普查结果表明,该地区气水合物稳定带的上界大约为210～240m,在东部沿海平原区,气水合物稳定带厚度超过了500m,在普拉德霍湾最大厚度超过了1000m,平均深度范围为210～950m。地温梯度是影响气水合物稳定分布带的重要因素。在冰胶结层,地温梯度从普拉德霍湾地区的1.5℃/100m到阿拉斯加北部、东部地区的4.5℃/100m之间。在冰胶结层之下,其地温梯度大约在1.6℃/100m到5.2℃/100m之间。阿拉斯加北部斜坡区气水合物中甲烷的体积约为1.0×1012～1.2×1012m3。3.1.3甲烷水合物的地层加拿大地质调查局于1993年3、4月份在马更些三角洲西北部Taglu气田附近336m和354m深处钻到了冰状薄层,取到了可见气水合物和孔隙气水合物样品。这种情况在该三角洲普遍存在。根据对该三角洲气水合物理论稳定区和钻井记录比较,甲烷水合物一般存在于200m深度以下。除马更些外,斯弗德鲁普盆地、北极地台和北极群岛均有气水合物。3.1.4油、天然气战略衔接区青藏高原永久冻土区占世界永冻区面积的7%。我国有关勘探部门的勘探结果表明,继塔里木盆地后,西藏地区很有可能成为我国21世纪第二个石油、天然气资源战略接替区。中国科学院兰州冰川冻土研究所60年代和70年代分别在祁连山海拔4000m多年冻土区和青藏高原4700m的五道梁永冻区钻探时发现了类似气水合物显示的大量征兆和现象。然而,青藏高原永冻区分布在中纬度带,与高纬度带的西西伯利亚、阿拉斯加和马更些三角洲永冻区的情况不尽相同,由此会引起气水合物赋存条件和基本特征的差异,例如羌塘盆地永冻区可能具备重烃类气水合物存在的温压条件。3.1.5在陆地上形成天然气水合物的资源量评估据前苏联和美国地质学家的估计,全世界永冻层内天然气水合物中甲烷的储量达1×1016m3。3.2温压合物的分布前苏联科学家发现,海洋底下是天然气水合物形成的最佳场所,海洋总面积的90%具有形成气水合物的温压条件。海底沉积物和成岩作用所形成的天然气主要不是分散在海水中,而是几乎全部以天然气水合物形式保存在沉积物中。3.2.1海底永冻区和海平面如加拿大波弗特海大陆架、西伯利亚大陆架均产有气水合物。Rogers等通过研究海底永冻区和海平面史,推断北极大陆架约从海水90m等深线一直向大陆方向全部为永冻区。海底永冻区的天然气水合物与陆地永冻区水合物的分布规律相似。3.2.2所获资料的测点对海相沉积物中气水合物的最早深入研究是对深海钻探计划(DSDP)11号测点上所获资料的研究。自1979年戈洛马挑战者号钻探船在大西洋布莱克角外海岭浅层沉积物中发现了少量白色天然气水合物碎块之后,相继发生在墨西哥湾、武灵角、黑海和北海的类似发现使人们对大西洋气水合物形成带深信不疑。3.2.3气水合物的发现在哥斯达黎加外的中美海沟内斜坡和危地马拉、尼加拉瓜、巴拿马外的中美海沟内斜坡都取到了气水合物样品,在日本海沟内斜坡、新西兰东部、鄂霍茨克海和白令海也发现了气水合物显示。3.2.4印度洋气水合物形成带在尼尔蒂汶、阿拉伯海和阿曼湾发现了气水合物或气水合物显示。3.2.5洋底气水合物的分布在黑海、里海、亚速海盆地都发现了丰富的天然气水合物。据估计,大西洋的85%、太平洋的95%、印度洋的96%的面积均含有气水合物,其主要分布在洋底之下200～600m深度范围。这个范围就是海洋气水合物的稳定形成带。3.2.6海底天然气水合物过去对海洋气水合物中甲烷资源量的估计带有很大的推测性,不同推测者的差异很大,资源量估计值的区间很宽。研究认为,气水合物中的天然气量主要取决于以下5个条件:①气水合物分布面积;②储层厚度;③孔隙度;④水合指数;⑤气水合物饱和度。因此,气水合物层段内天然气的体积=气水合物分布面积(m2)×气水合物层厚度(m)×气水合物储层孔隙度(%)×气水合物饱和度(%)×气水合物产气因子(水合指数为6.325时为164,水合指数为7.474时为139)。美国学者估计美国大陆边缘气水合物中含有7.2×1014m3甲烷气。俄罗斯学者估计,俄罗斯远东和南部海海底气水合物藏中的可开采天然气达(1～5)×1012m3,其中60%集中在鄂霍茨克海和日本海。日本地质调查局估计在日本海及周围有6×1012m3的甲烷水合物,其中所含的天然气相当于1995年日本国内天然气消费量(6.3×1010m3)的100倍。特罗费姆克计算了300m厚度以内海洋沉积物中甲烷的丰度。结果表明,海洋沉积物中甲烷的富集程度比陆地普通气藏甲烷丰度有过之而无不及。根据特罗费姆克等的计算,如果沉积物的孔隙(孔隙度达20%)全部被气水合物充填,则1m3的沉积物中可聚集30～36m3的天然气。在大陆斜坡和陆隆区,只有60%的地区(即3.22×107km2的地区)具有形成天然气水合物的条件(合适的温度和压力以及富集的天然气);在洋盆和深海沟地区,具有这种条件的地区约为5.67×107km2;在大陆架,具有这种条件的地区为1.1×106km2。假若1m3的沉积物可聚集10～30m3的天然气,每平方米的海底则含气2×103～5×103m3,若假设天然气排出系数为0.7,大陆斜坡和陆隆区的排气潜量约为2.97×1016m3,洋盆和深海地区的排气潜量约为5.49×1016m3,这样,整个海底天然气水合物形成带的甲烷潜量则多达8.5×1016m3。日本文献认为,全世界陆上气水合物中的天然气为数十万亿m3,海洋中的为数千万亿m3。以上两项之和是世界常规天然气探明储量(1.19×1014m3)的几十倍。美国Kvenvolden认为,目前对全球气水合物中甲烷资源量较为一致的评价是约2.0×1016m3。如果这个估计正确,气水合物中甲烷的总碳量则是当前已探明所有化石燃料矿产(煤、石油、天然气)总含碳量的两倍。4开发气水合物的困难天然气水合物是一种非常规天然气资源。天然气水合物中甲烷的巨大储量不论是对能源政策的制定者,还是对商业公司讲,都是有巨大诱惑力的。由于气水合物分布在永冻区和深水区,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采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气水合物工业,它也是当今地质界的前沿课题之一。4.1海底钻进计划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。几十年来全球对气水合物的普查、勘探和试验性开发一刻也未停顿过。美国、法国、日本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洋气水合物的分布取得举世瞩目的成就,为今后开发气水合物资源打下了基础,为能源与环境问题困扰的人类社会带来了新的希望。深海钻探的气水合物目标是DSDP66航次(太平洋大陆边缘、南墨西哥滨海带、中美洲海槽)、DSDP67航次(太平洋大陆边缘、危地马拉滨海带、中美洲海槽)、DSDP76航次(大西洋大陆边缘、布莱克外海岭、美国东南滨海带)、DSDP84航次和DSDP96航次(墨西哥湾等)。1995年制订的大洋钻探计划第164期的钻探区是布莱克海岭—卡罗琳隆起含气水合物带,其研究水合物的目标包括:①进一步查明含水合物沉积层中气体的量;②了解气水合物发育范围内的侧向变异性;③查清沉积物内气水合物的分布与组构;④确认大陆边缘沉积物中气水合物形成与分解过程中所伴随的物理性质变化情况;⑤确认气水合物中捕获的气体是原地产生的还是从其他地方运移来的;⑥弄清气水合物胶结沉积物的孔隙度(和渗透率)变化情况;⑦确定气水合物在激发或调节流体循环中的作用;⑧确认卡罗琳隆起底辟对气水合物的影响,以及底辟自身的成因。俄罗斯巴尔坎等认为:“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,大规模开采气水合物中的甲烷在下个世纪的某些时候将成为现实。4.2勘探和科学研究的进步4.2.1地震剖面中的bsrBSR是海底地震反射剖面中存在的一种异常地震反射层,其位于海底之下几百米处的海洋沉积物中且与海底地形近于平行。随着多道反射地震技术的普遍采用和地震数据处理技术的提高,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,极易识别。另外,人们在研究中还发现BSR随水深的增加而增加,随地热梯度的变化而变化。现已证实BSR代表海底沉积物中天然气水合物稳定带基底,BSR以上天然气以固态气水合物的形式存在,BSR以下天然气以游离气形式存在。BSR在识别海底沉积物中的气水合物非常有效,许多专家认为,凡是有BSR存在的地方,就一定有气水合物存在。由于在冰胶结永冻层地震波传播速度与水合物层相当,气水合物层在地震剖面上就不会有明显的异常出现,因而BSR技术不能用于永久冻土区气水合物的勘探。4.2.2psc沉积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),在实地压力下可采取1320cm2的沉积样;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。4.2.3水合物层段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。Collett在普拉德霍湾和库帕勒克河地区确定水合物存在的过程中,总结出了利用测井技术鉴定气水合物层的4个条件:①具有高的电阻率(大约是水电阻率的50倍以上);②短的声波传播时间(约比水低131μs/m);③在钻探过程中有明显的气体排放(气体的体积浓度为50‰～100‰);④以上现象必须在两口或多口钻井中存在(仅在布井密度高的地区)。另外人们还发现,由于形成天然气水合物的水为纯水,因而在γ射线测井时,水合物层段的API值要比相邻层段明显增高。含水合物层还具有自然电场异常不大的特点。与气水饱和层相比,含水合物层的自然电位差幅度很低,这是因为水合物堵塞了孔隙,降低了扩散和渗滤作用的强度而造成的。在钻井过程中,钻遇气水合物层段后另一明显的变化是气水合物分解后引起含气水合物层段的井壁滑塌,反映在测井曲线上就是井径比相邻层位增大。含气水合物层段孔隙度相对较低,其中子测井曲线值则相对较高。当然仅靠其中的某一种或两种方法来判断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气水合物。4.2.4分散技术(1)井下电磁加热此方法主要是将蒸气、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或利用钻柱加热器,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。热开采技术主要的不足之处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集层的有效热量。近年来,为了提高热激发法的效率,人们采用井下加热技术,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,其在开采重油方面已显示出它的有效性。(2)提高水合物稳定温度某些化学试剂,诸如盐水、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。当将上述化学试剂从井孔泵入后,就会引起水合物的分解。化学试剂法较热激发法作用缓慢,但确有降低能源消耗的优点。化学试剂法最大的缺点是费用太昂贵。由于大洋中水合物的压力较高,因而不宜采用此方法。(3)降压法与热开采技术的组合通过降低压力能达到水合物分解的目的。一般是通过在一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“囊”(由热激发或化学试剂作用人为形成),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。其实,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,因而可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。从以上各方法的使用来看,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。虽然单从技术角度来看,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。4.3资源和开采准备近年来,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年组织有美国和日本等国25位科学家参加的陆地气水合物钻探和开发的技术研究,印度也制订了自己的气水合物开发计划。4.3.1完成对气水合物的地质勘探计划为缓解依赖进口石油和天然气的矛盾,日本对开发本国近海的气水合物资源期望值很高,为此计划:①1996年完成对气水合物的地球物理勘探;②1997年完成示范井(阿拉斯加);③1999年打勘探井(南海道海沟和鄂霍茨克海);④2000年开始开采天然气。4.3.2室内深水探井计划1997～1998年每年投资750亿卢比(约4.2亿美元)用于勘探气水合物,计划分两个阶段:①打一口600m以上的深水探井;②打两口或更多的勘探井。4.4气水合物的意义不仅含气水合物层本身存在巨大无比的甲烷资源,而且往往在含气水合物层之下同时还蕴藏了巨大的常规天然气资源。这类气藏被称之为天然气—天然气水合物藏。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,不可避免地会遇到气水合物问题。一般来说,永冻区的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,实际上已经遇到气水合物,如气水合物分解造成的井喷等。所以说,开发气水合物不是单一的资源开发,而是一种综合开发。海洋气水合物是全球气水合物资源开发的重头戏,不仅因为海洋气水合物占总资源量的大半以上,而且分布广泛,它不像陆上气水合物仅局限在少数的几个高纬度国家的永冻带或鞭长莫及的北极或南极,对那些滨海而又缺乏能源的国家来说,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,它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。已经证实气水合物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,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气水合物中的非常规天然气在目前更具经济价值。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。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用的,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。天然气水合物是天然气的一种载体,从能源角度上,天然气水合物属于天然气这个范畴。人类发现了气水合物,评价了它可能对人类的贡献,但不能把气水合物孤立起来研究。气水合物藏的形成首先要有气源,所以气水合物地质学同石油天然气地质学是不可分割的。气水合物的开发也要同常规气藏的开发联系起来。5气水合物的未来研究工作需要系统研究我国对气水合物的研究起步较晚。1990年中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室人工合成了甲烷水合物并对其性质进行了分析。1992年以后,我国陆续出现了系统介绍气水合物方面的文献。在此期间,中国科学院兰州冰川冻土研究所、中国科学院兰州地质研究所对我国陆上和海洋是否存在气水合物的问题进行过深入的理论探讨。1997年末,中国科学院兰州冰川冻土研究所申请开展“青藏高原永久冻土层天然气水合物”的研究工作。1998年6月,中国科学院科技政策局组织召开了“我国21世纪能源科学发展战略思考研讨会”。会上,冰川所就开展青藏高原气水合物研究问题发表了看法和建议,受到了与会专家和有关方面的肯定和支持。当月,中国海洋石油天然气总公司也将气水合物作为一次海洋能源资源开发研讨会的议题之一。至此,可以说,在我国,天然气水合物至少对广大地学工作者来说已不在是陌生的东西了。也可以说,我国对气水合物的认识,已由对国外文献的消化和实验阶段走向实地的野外勘查阶段。目前,人们最关心的问题是:在我国的陆上或海区到底有没有气水合物藏?目前的答案只能是:理论研究工作和陆海实地勘查工作。理论研究工作包括理论预测等方面,勘查工作包括实地地震勘探和钻探等方面。纵观国外发现气水合物藏的成功经验,理论预测和实地勘探缺一不可。为此,我国的天然气水合物研究宜采取以下策略。5.1气水合物稳定存在的条件更科学和准确地通过投资方向来进行预测关于我国陆上和海域是否有气水合物藏问题,在地质学家内部尚有