全球天然气水合物勘探开发方兴未艾

  [中国石化报2017-06-06]
  50年的天然气水合物勘探开发，随着近年的历史性突破而掀起新的研究热潮
  编者按：5月18日，由中国地质调查局组织实施的中国海域天然气水合物试采在神狐海域实现连续8天稳定产气，试采成功。这标志着我国天然气水合物勘探开发实现了历史性突破，对推动天然气水合物开发利用具有重要而深远的影响。
  天然气水合物又称“可燃冰”，其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，因而成为油气工业界长期研究热点。自上世纪60年代起，以美国、日本、德国、我国、韩国、印度为代表的一些国家都制订了天然气水合物勘探开发研究计划。迄今，人们已在近海海域与冻土区发现水合物矿点超过230处，涌现出一大批天然气水合物热点研究区。
  近年来，在一些研究比较深入的水合物热点区，如美国阿拉斯加北坡区、加拿大马更些三角洲、中国南海神狐海域和日本南海海槽区，已进行了多次天然气水合物开采试验，成功地从自然界水合物藏中采出了水合物分解气，全球掀起了天然气水合物勘探开发热潮。
  天然气水合物商业化开采任重道远
  我国是继日本之后，全球第二个成功开展海域水合物试采研究的国家。
  迄今，全球在陆地冻土区与海域深水区都已成功开展了多次天然气水合物试采研究，对加热法、降压法与二氧化碳置换法等水合物主要开采方法的技术可行性进行了初步探索，在阿拉斯加北坡、加拿大马更些三角洲、日本南海海槽与中国南海北部都获得了试采研究的成功。但这些试采研究的成功，也只是证实了现有技术可以从自然界水合物藏采出天然气。整体上看，水合物开采研究仍处于探索阶段，迄今为止尚没有形成能够经济有效地开采天然气水合物的技术方法或方法组合，距离水合物商业开发对技术的要求还相差很远。
  从现有开采研究结果看，一方面，水合物开采过程中的采气持续性与采气规模问题一直没有能够很好地解决；另一方面，水合物开采过程中，海域水合物原地分解会导致地层滑塌风险，从而对钻井平台与海底油气设施的安全性造成不利影响；同时，水合物开采过程中还可能存在甲烷无序释放问题，从而影响海洋生态与大气环境。天然气水合物的商业开发，必须同时解决技术可行性、经济可行性与安全开采等问题。目前投入水合物研究的一些主要国家，正在通过技术改进积极探索上述问题，并已取得初步成效。
  美国墨西哥湾与阿拉斯加北坡区：启动多个大型水合物研究项目
  作为美国最大的常规油气产区之一，墨西哥湾天然气水合物勘探研究始于20世纪80年代。2001年，美国能源部启动了为期10多年、由多个国家众多机构共同参与的专门针对墨西哥湾天然气水合物研究的“联合工业项目”，开展了钻探取芯与随钻测井研究，证实了墨西哥湾存在高饱和度、高品质含水合物砂层，同时还在细粒沉积层中发现了裂隙填充型水合物。
  继墨西哥湾“联合工业项目”结束之后，2014年年底，美国能源部下属国家能源技术实验室设立了“深水甲烷水合物描述与科学评价”大型项目。该项目计划分为目标站位优选、研究计划制订、野外研究3个实施阶段。至2015年9月底已完成第一阶段的工作，完成了墨西哥湾某些水合物研究站位的初步评价，重新审视了目标研究站位的地震与测井资料，并向综合大洋钻探计划组织提交了初步研究成果，为将来申请海洋调查船做好沟通准备。目前，第二阶段的研究工作正在进行，截至2016年年底，已向综合大洋钻探计划提交了水合物钻探航次的计划编制工作，完成了保压取芯工具研制，并通过了陆上环境水合物取芯效果测试，现正在海上深水区开展测试，检验其在深水环境下水合物取芯效果。
  2016年10月，美国在墨西哥湾又启动了一项为期3年的水合物研究项目，采用电磁法研究不同沉积类型、不同流体含量环境中水合物系统的导电性及水合物因开采而导致的导电性变化特征。通过在2～3个水合物远景站位开展研究，建立地层导电性与测井资料之间的关系，提高水合物原地资源量评价准确度。
  此外，阿拉斯加冻土区也是美国天然气水合物研究的主战场。根据美国2015年新颁布的《甲烷水合物研究与开发修正案》，自2017年起，将在阿拉斯加冻土区开展为期两年的天然气水合物中长期试采研究。为了配合这次水合物试采研究，现正在开展选区准备工作，一方面致力于更全面地了解水合物藏的地质情况，选择该区已确定的水合物藏开展地质与工程评价研究；另一方面努力改进水合物开采技术，同时积极寻求合作者，目前已与日本石油天然气和金属矿产公司接洽并达成合作研究事宜。
  印度近海：蕴藏高饱和度天然气水合物，获得可供未来试采研究的理想站位
  印度于1995年制订国家级天然气水合物研究计划。2006年在其近海海域开展了国家水合物研究计划第一阶段研究，以克里希纳-戈达瓦里盆地、喀-孔盆地、默哈纳迪盆地，以及安达曼岛近海为研究区，开展了为期113天的天然气水合物钻探航次，在上述4个研究区的21个站位共钻孔39个，进行了取芯与测井研究，采出约140个水合物岩芯样品，取得了印度天然气水合物勘探的重大突破。
  2015年，印度正式启动了国家级水合物研究计划第二阶段的研究工作，主要目标是优选天然气水合物富集区。工区主要集中于前期勘探研究所识别出的水合物赋存区，包括克里希纳-戈达瓦里盆地和默哈纳迪盆地，开展了一项150天的天然气水合物调查研究。在近5个月的时间里，钻孔42个。在克里希纳-戈达瓦里盆地和默哈纳迪盆地4个区域，对25个钻孔进行了随钻测井，并对最有利的10个钻孔进行了取芯研究，在16个钻孔进行了常规电缆测井与保压取芯。
  这些研究在克里希纳-戈达瓦里盆地的3个富含粗砂沉积系统中，发现了高饱和度天然气水合物藏，其中两个富砂系统水合物高饱和度极高，可达80%以上，可作为今后开展水合物试采研究的理想站位。这是首次在印度洋发现的具有开采前景的天然气水合物矿藏，是迄今为止所发现的规模最大、储量最为丰富的天然气水合物矿藏之一。
  我国南海北部：水合物类型多样，资源丰富，试采取得历史性突破
  我国南海北部海域天然气水合物实质性勘探研究始于1999年，集中在东沙、神狐、西沙、琼东南4个海域开展了大量的天然气水合物综合调查。2004年，在东沙群岛以东海域发现世界最大冷泉喷溢区“九龙甲烷礁”，初步获得南海北部陆坡天然气水合物存在证据；2007年，在神狐海域实施天然气水合物钻探研究航次，钻孔8个，在其中3个钻孔采出分散态水合物样品。
  2011年，以加快南海北部水合物资源远景区勘查评价、选择重点靶区实施水合物试验性开采为目标的水合物钻探专项启动；2013年，在珠江口盆地东部海域开展钻探研究，首次发现肉眼可见的高纯度水合物，水合物呈块状、瘤状、层状、脉状和分散状等多种赋存方式产出。23口钻井获得控制资源量达1000亿立方米至1500亿立方米。
  2015年，我国在神狐海域2007年钻探区附近再次开展钻探研究，所有20多口钻井均发现天然气水合物存在证据，证实神狐海域天然气水合物广泛存在，发现超千亿方级水合物矿藏。通过钻探取芯落实了两个大型矿体，为海域天然气水合物试采研究提供了重要参考靶区。神狐海域的此次钻探取芯研究，还发现水合物分解气中存在少量乙烷和丙烷，证实该区存在Ⅱ型水合物。此外，2015年，还在神狐海域西南陆坡区，利用海马号潜水器，首次发现海底“冷泉”现象，并通过重力取芯器采出肉眼可见水合物样品。
  2017年5月18日，神狐海域水合物试采成功，实现了连续8天稳定产气，累计产气超12万立方米，最高产量每日产气达3.5万立方米，平均日产气1.6万立方米，其中甲烷含量最高达99.5%。这次试采不仅在海域水合物试采研究中第一次实现了连续稳定产气，而且也是世界首次成功实施泥质粉砂型天然气水合物藏安全可控开采试验，取得了海域天然气水合物试采研究的历史性突破。
  日本南海海槽、日本海东部大陆边缘：水合物资源丰富，实施两次试采
  日本于2017年5月开始了南海海槽区第二次海洋天然气水合物试采研究。日本国内油气资源贫乏，因此对天然气水合物寄予厚望。其国内水合物勘探研究始于20世纪90年代早期，水合物研究区重点集中于其周边近海海域，经过大量勘探研究，至2009年，已初步在日本近海识别出一批天然气水合物远景区，确定了南海海槽区为最具远景的水合物分布区。在此基础上，2013年3月在南海海槽区实施了世界首次海域水合物试采研究。采用降压法，在6天的时间内累计产气量达12万立方米，远远超出了此前陆地冻土区天然气水合物试采研究获得的产气量。
  近年，日本加快了其近海天然气水合物勘探开发研究步伐。2015年，日本制订了新的海洋天然气水合物试采计划，打算在2016～2017年间，开展为期1个月的海洋天然气水合物试采研究。为此目标，已针对2013年水合物试采研究中出现的因水合物分解而致的含砂流体堵塞井筒等问题，加强了对水合物开采过程井筒堵塞防治研究，为水合物持续试采研究提供了技术支撑。
  2017年，日本按计划在南海海槽区开展新一轮水合物中长期降压试采研究。这次天然气水合物试采研究区位于2013年水合物试采研究同一区域，即日本爱知县渥美半岛以南80千米处的南海海槽第二渥美海丘区，水深约1000米，水合物藏位于海底以下约300米。这次南海海槽区天然气水合物试采研究目标，一是在更长的时间内实现连续产气；二是解决水合物原地分解出砂造成的井眼堵塞问题。5月8日，日本经产省宣布，南海海槽区的水合物降压试采研究已于5月4日正式开始，并已成功采出天然气。
  此外，日本近年还加强了日本海东部大陆边缘天然气水合物勘探研究，现已发现水合物有利构造900多个，确定了近海底浅部气烟囱型与较深部砂层孔隙填充型两种水合物赋存模式。研究表明，日本不仅在南海海槽区富含天然气水合物，而且日本海东部大陆边缘天然气水合物资源量也十分引人注目。
  链接：天然气水合物是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。
  天然气水合物储量丰富，据联合国环境规划署最新保守估计，全球水合物中含碳量在1万亿吨至10万亿吨之间，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油、天然气的替代能源，是目前地球上尚未开发的最大能源库。
  自20世纪60年代在西西伯利亚麦索雅哈气田发现天然气水合物藏以来，天然气水合物的资源价值引起了油气工业界广泛的关注。