1樓：中地數媒
天然氣水合物除少部分分佈在陸上寒冷的永久凍土帶外，絕大多數分佈在300～3000m水深的海底沉積物中，勘探開發非常困難。近十幾年來，天然氣水合物的勘探技術日趨成熟，對評價**全球天然氣水合物的資源潛力有重要的作用。
一、天然氣水合物評價**技術
目前天然氣水合物的評價**技術有**技術、測井技術、地球化學技術和標誌礦物法等。
1.**技術
**勘探是目前最常用、也是最為重要的天然氣水合物勘探手段。天然氣水合物沉積層具有較高的速度，而天然氣水合物沉積層下的地層一般為烴類氣體(遊離氣)聚集區，聲速較低，這樣水合物底界的強聲阻抗就會產生強反射，在**反射剖面上顯示出一個獨特的反射介面。此外，由於天然氣水合物穩定帶界線大致分佈在同一海底深度上，因此水合物穩定帶底面的反射也大致與海底平行，這種技術由此被命名為似海底反射層(bsr)技術(圖10-10)。
隨著多道反射**技術的普遍應用和**資料處理技術的提高，bsr在**剖面上所呈現的高振幅、負極性、平行於海底並與海底沉積構造相交的特徵，是很容易識別的。現已證實，bsr以上烴類氣體以固態天然氣水合物形式存在，bsr以下烴類以遊離氣形式存在。bsr是最早也是目前使用最多、最可靠、最直觀的確認天然氣水合物賦存的地球物理標誌，迄今所確認的海底天然氣水合物，絕大多數就是通過反射**剖面上bsr的識別發現的。
圖10-10 blake ridge地區的bsr(似海底反射)**剖面
2.測井技術
測井技術的作用主要有:①確定天然氣水合物、含天然氣水合物沉積物在深度上的分佈;②估算孔隙度與甲烷飽和度;③利用井孔資訊對**與其他地球物理資料作校正。同時，測井資料也是研究井點附近天然氣水合物主地層沉積環境及演化的有效手段。
在常規測井曲線上，天然氣水合物沉積層主要表現為以下異常現象(圖10-11):①電阻率較高;②聲波時差小;③自然電位幅度不大;④中子測井值較高;⑤高伽馬值;⑥井徑較大;⑦鑽井過程中有明顯的氣體排放現象，氣測值高。
圖10-11 天然氣水合物層的測井響應特徵
3.地球化學技術
地球化學技術是識別海底天然氣水合物賦存的有效手段。溫度-壓力的波動極易使天然氣水合物發生分解，因而海底淺部沉積物中常常有天然氣地球化學異常。這些異常可指示天然氣水合物可能存在的位置，進而可利用其烴類組分比值(如c1/c2)及碳同位素成分，判斷其天然氣的成因。
同時，應用海上甲烷現場探測技術可圈定甲烷高濃度區，確定天然氣水合物的遠景分佈。
在目前技術條件下，利用地球化學方法勘探天然氣水合物的主要標誌包括:天然氣水合物沉積中孔隙水氯度或鹽度的降低，水的氧化-還原電位、硫酸鹽含量較低，氧同位素的變化等。在分析地球化學資料時，應根據具體實際情況區別對待、綜合考慮。
4.標誌礦物法
能指示天然氣水合物存在的標型礦物，通常是具有特定組成和形態的碳酸鹽、硫酸鹽和硫化物，它們是成礦流體在沉積作用、成岩作用以及後生作用過程中與海水、孔隙水、沉積物相互作用所形成的一系列標型礦物。
來自海底之下的流體以噴溢或滲流形式進入海底附近時，產生一系列的物理、化學和生物作用。當含有飽和氣體的流體從深部運移到海底淺部時，快速冷卻形成天然氣水合物，並伴生有自生碳酸鹽巖和依賴於此流體的化學能自養生物群。這些流體由於其溫度較低，被稱為「冷泉」流體，以區別於地殼深部高溫流體，是尋找天然氣水合物的最有效的標誌礦物之一。
二、天然氣水合物開發技術
從已經形成天然氣水合物的地層中開發天然氣，實際上是滿足天然氣水合物發生分解反應的過程。降低地層壓力或者升高溫度，均可使天然氣水合物中的甲烷分子和水分子之間範德華力減弱，從而使固態的天然氣水合物釋放出大量的甲烷氣體。天然氣水合物的開發技術目前主要有3種:
熱激發技術、降壓技術和化學抑制劑技術。
1.熱激發技術
在天然氣水合物穩定帶中安裝管道，對含天然氣水合物的地層進行加熱，提高區域性儲層溫度，從而造成天然氣水合物的分解。主要是將蒸汽、熱水、熱鹽水或其他熱流體從地面泵入水合物層，也可用開採重油時使用的火驅法或利用鑽柱加熱器。電磁加熱法比上述常規方法更有效，並已在重油開發方面顯示出它的有效性，其中最有效的方法是微波加熱方法。
熱激發法主要的缺點是熱損失大、效率很低，難點是生成氣體不好收集。
2.降壓技術
通過降低天然氣水合物層的壓力，促使天然氣水合物分解。一般是通過鑽井井眼的壓力降或水合物層之下的遊離氣聚集層的平衡壓力，形成一個天然氣「囊」(由熱激發法或化學試劑作用)，與天然氣接觸的水合物變得不穩定，分解為水和天然氣。降壓開發特別適用於天然氣水合物與常規天然氣氣藏相鄰的情況，適合於開發滲透率高和深度大於700m的天然氣水合物聚集。
該技術的特點是經濟，無需增加裝置和昂貴的連續熱激發作用，可行性較高;缺點是作用緩慢，不能用於儲層原始溫度接近或低於0℃的天然氣水合物聚集，以免分解出的水結冰堵塞氣層。
3.化學抑制劑技術
通過注入化學抑制劑(如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等)，可以改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物穩定溫度，改變天然氣水合物穩定帶的溫壓條件，導致部分天然氣水合物的分解。該方法十分簡單，使用方便，但費用昂貴，作用緩慢，且不適合開採壓力較高的海洋水合物。
從以上各方法的使用來看，僅採用某一種方法來開採水合物是不明智的，只有綜合不同方法的優點，才能達到對水合物的有效開採。降壓法和熱激法技術的聯合使用是目前最受推崇的方案，用熱激發法分解氣水合物，而用減壓法提取遊離氣體。單從技術角度來看，開發天然氣水合物資源已具可行性，但尚未找到一種在當前的技術條件下比較經濟而合理的開採方案，天然氣水合物的開發現在基本上仍然處於**階段。
三、天然氣水合物資源潛力
1.極地-凍土帶天然氣水合物
在適宜的高壓低溫條件下，天然氣和水兩種常見物質就組合成像冰一樣的可燃物質。海洋和極地的廣大地區都滿足天然氣水合物生成的條件，大量的現場研究業已表明，天然氣水合物廣泛分佈於永久凍土帶和陸緣外圍的海底沉積物中(圖10-12)。全球儲存在水合物聚集中的天然氣資源量大，目前**的天然氣資源量跨度也很大，超過3個數量級，從2.
8×1015m3至8×1018m3(表10-3)。最新估算結果認為(江懷友等，2008)，全球天然氣水合物資源量約(0.1～2.
1)×1016m3。儘管各種估算都帶有推測性和不確定性，即使根據最保守的估算，天然氣水合物資源的勘探潛力也是巨大的。目前，較為公認的是3000×1012m3。
通常認為，全球98%的天然氣水合物資源分佈在海底沉積物中，只有2%分佈在陸地凍土層中。
表10-3 全球天然氣水合物中的天然氣資源量評價
續表注:天然氣資源量的單位為m，標準壓力和溫度條件:1atm和20℃。
圖10-12 永久凍土帶和陸緣外圍海洋沉積物中實際勘測和推測的天然氣水合物位置
全球極地-永久凍土帶地區(北極、南極和青藏高原)的陸地面積為1.1×107km2，天然氣水合物資源量在1.4×1013m3至3.
4×1016m3之間(meyer，1981;mciver，1981;trofimuk et al.，1977;macdonald，1990;dobrynin et al.，1981)。
青藏高原多年凍土帶面積廣闊，佔高原總面積的61%，世界多年凍土面積的7%，達1.588×106km2，陸相盆地和海相盆地都具有良好的生油氣條件，具有天然氣水合物形成的條件，有可能形成具有一定規模的水合物聚集，其中羌塘盆地、可可西里陸相盆地區、祁連多年凍土區等都是較好的勘探靶區(黃朋等，2002;陳多福等，2005;祝有海等，2006;盧振權等，2010)。
2.陸緣外圍天然氣水合物
陸緣外圍包括被動與活動大陸邊緣，全球海洋天然氣水合物的資源量在0.2×1015m3至7.6×1018m3之間(meyer，1981;milkov et al.
，2003;trofimuk et al.，1977;klauda et al.，2005;kvenvolden，1988;macdonald，1990;kvenvolden et al.
，1988;dobrynin et al.，1981)，主要分佈在:①分隔的大洋外部，包括主動大陸邊緣或被動大陸邊緣地區;②深水湖泊之中;③大洋板塊的內部地區。
例如西太平洋海域的白令海、鄂霍次克海、千島海溝、日本海、日本四國海槽、南海海槽、沖繩海槽、臺灣西南部海域、臺灣東部海域、環南中國海的東沙海槽、西沙海槽、南沙海槽與南沙海域、蘇拉威西海、澳大利亞西北海域及紐西蘭北島外海;東太平洋海域的中美海槽、美國北加利福尼亞-俄勒岡岸外海域、祕魯海槽;大西洋西部海域，即美國東南部大陸邊緣的布萊克海臺、墨西哥灣、加勒比海及南美東部岸外陸緣海;非洲西海岸岸外海域、印度洋的阿曼灣、孟加拉灣、北極的巴倫支海和波弗特海、南極的羅斯海和威德爾海、內陸的黑海和裡海等。
3.中國海域天然氣水合物
我國海域蘊藏有豐富的水合物資源，具有水合物形成所需溫壓條件的主要是南海(南海陸坡面積大於120×104km2)和東海(東海陸坡即沖繩海槽西坡面積約為6×104km2)。
根據bsr的出現，將南海海域劃分為11個水合物資源遠景區，統計各區的水合物有效分佈面積，最後得出整個南海海域bsr有效分佈面積為125833.2km2，水合物穩定帶的厚度介於47～389m之間(楊木壯等，2008)。姚伯初等(2006)、楊木壯等(2008)**南海海域的水合物資源量分別為6.
435×1013m3、6.9305×1013m3和7.632×1012m3。
對於東海海域，楊木壯等根據該海域的海底溫度、地溫梯度、海水深度和鹽度引數，計算水合物穩定帶的分佈面積為5250km2，穩定帶厚度介於50～491.7m，最終**東海海域的水合物資源量約為3.53×1011m3。
估算海底天然氣水合物中甲烷資源量，一般考慮天然氣水合物分佈範圍、水合物穩定帶厚度、沉積層的孔隙度、水合物在空隙中的濃度，以及水合物分解甲烷的膨脹係數等因子，其中水合物穩定帶厚度在天然氣水合物資源評價中具有重要意義(xu et al.，1999)。天然氣水合物穩定帶是指在特定的溫度-壓力條件下，天然氣與水合物可以達到相平衡，結合形成天然氣水合物地區帶。
根據水深、海底溫度和地溫梯度這3個重要引數，即可計算確定特定區域天然氣水合物穩定帶的厚度。在此基礎上，根據天然氣水合物烴氣系統的綜合特徵，再進一步確定可形成高丰度天然氣水合物聚集的可能勘探靶區。最有利的現實勘探方向是處於水合物穩定帶中的極地砂岩儲層和海洋砂岩儲層，當然還要具體分析天然氣的源巖品質、天然氣的**量是否充足、運移通道是否發育等因素，最後確定勘探目標。
天然氣水合物的能量密度高、雜質少、儲量規模大，是一種潔淨型能源資源。勘探開發天然氣水合物，增加天然氣產量，可以逐步改變我國能源結構現狀，同時也可以減少大量燃煤造成的環境汙染，具有廣闊的勘探前景。
天然氣水合物的定義，天然氣水合物的概念及特徵
天然氣水合物因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱做 可燃冰 它是在一定條件 合適的溫度 壓力 氣體飽和度 水的鹽度 ph值等 下由水和天然氣組成的類冰的 非化學計量的 籠形結晶化合物。它可用m?nh2o來表示，m代表水合物中的氣體分子，n為水合指數 也就是水分子數 組成天然氣的成分如ch4 ...
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