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         12月17日,在国土资源部机关召开了2013年海域天然气水合物勘探成果新闻发布会,宣布在我国珠江口盆地东部海域首次探获了高纯度新类型天然气水合物。

         据悉,2013年6月至9月,我国海洋地质科技人员在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物样品,并通过钻探获得可观的控制储量。此次发现的天然气水合物样品具有埋藏浅、厚度大、类型多、纯度高四个主要特点。天然气水合物赋存于水深600-1100米的海底以下220米以内的两个矿层中,上层厚度15米,下层厚度30米,自然产状呈层状、块状、结核状、脉状等多种类型,肉眼可辨。岩芯中天然气水合物含矿率平均为45%—55%;其中天然气水合物样品中甲烷含量最高达到99%。通过实施23口钻探井,控制天然气水合物分布面积55平方公里,将天然气水合物折算成天然气,控制储量1000-1500亿立方米,相当于特大型常规天然气规模。

         我国天然气水合物资源调查与评价工作起步晚、起点低,经历了艰苦的探索历程。1995年起原地质矿产部开始天然气水合物前期研究,1999年在国家发展改革委、财政部等部门的大力支持下,国土资源部正式启动天然气水合物资源调查,整合了国内各方面优势力量,做了大量的基础性、探索性工作。截至目前,国土资源部中国地质调查局在珠江口盆地开展天然气水合物综合调查40个航次,完成高分辨率多道地震测量45800公里、多波束测量36800公里、浅地层剖面测量7100公里、海底地质取样1480个站位、海底热流测量222个站位等调查工作。

         经过十多年的艰苦调查和研究工作,逐步探索出一套适合我国海域特点的天然气水合物资源综合勘查技术体系,自主研发了高分辨率多道地震与海底地震联合目标探测、海底微地貌和热流探测、海底原位孔隙水取样等关键技术,系统总结了天然气水合物控制因素与成藏模式,创建了准被动大陆边缘天然气水合物复式成藏理论。在综合研究成果的支撑下,发现了大量的天然气水合物赋存的地质、地球物理、地球化学及生物等异常标志,圈定了天然气水合物资源远景区、成矿有利区,确定了钻探目标,为我国海域天然气水合物资源勘查与评价提供了有力的理论指导和技术保障。

         2013年,中国地质调查局所属广州海洋地质调查局在珠江口盆地东部海域首次实施三个航段的钻探,共计102天。我国有5个单位26位科技人员部署现场作业、制定取芯计划、检测分析样品等工作。期间克服多次台风袭击等恶劣海况,通过利用世界先进的深潜器、随钻测井、保压取芯、现场测试等技术,实现了600-1100米水深条件下的钻孔精确定位、随钻监控、锁定目标、获取样品。

         第一航段,完成了10个站位10口先导孔的随钻测井,测井进尺2198米,获取了温度、电阻率等综合测井数据。其中4口测井存在明显的天然气水合物异常特征,为后续钻探取芯确定了目标站位与目的层位。

         第二航段,完成了4个站位8口井的取芯任务,获取了多种类型的天然气水合物可视实物样品,确定了天然气水合物矿体的分布范围,获得天然气水合物折算成天然气的控制储量。

         此次发现的最大特点是,在同一矿区具有多种类型、多层位富集的天然气水合物,且矿层厚度大、含矿率高、甲烷纯度高,目前在国际上实属罕见。

         第三航段,完成了3个站位电缆测井、2个孔的全取芯工作,为深入开展天然气水合物成藏机理研究和资源评价提供了丰富的资料。

    我国首次钻获高纯度新类型天然气水合物

    一、可燃冰的概念是什么?

    可燃冰,学名“天然气水合物”,是一种气体分子和水分子在低温高压下形成的结晶物质,分解为气体后,甲烷含量一般在80%以上,最高可达99.9%。

    可燃冰外貌极像冰雪,遇火可以燃烧,又称“气冰”、“固体瓦斯”等。自然界中多呈块状、层状、透镜状、结核状、脉状、浸染状、分散状等形态。2007年起,在我国海域陆续发现了多种形态的可燃冰,2009年我国祁连山冻土区发现的可燃冰则以裂隙充填型为主(图1)。

    图1 我国可燃冰产状特征

    二、可燃冰的结构是怎么样的?

    可燃冰主要有三种结构类型。I型由甲烷、乙烷、二氧化碳、硫化氢等较小直径的气体分子和水分子结合而成;Ⅱ型由甲烷、乙烷等小分子,丙烷及异丁烷等较大分子和水分子结合而成;H型由气体组分中有异戊烷等较大气体分子和水分子结合而成(图2)。

    图2 I型、II型和H型水合物结构类型示意图

     

    在自然界,Ⅰ型可燃冰最常见,Ⅱ型次之,H型较为罕见。我国南海北部的可燃冰以I型为主,甲烷含量最高达99.5%。祁连山冻土区的可燃冰以II型为主,甲烷含量为54%~76%,除甲烷外,还有乙烷、丙烷等其他烃类气体。

    三、形成可燃冰的气体来源有哪些?

    可燃冰的形成需要大量的烃类气体,这些烃类气体有的来自于微生物的分解,也有一些来自于深部油气田的热降解,当然也有两者混合形成的。相应的可以分为三种类型,分别是微生物气型、热解气型、混合气型。

    在海域发现的可燃冰绝大多数为微生物气型,我国南海北部海域发现的主要属于这种类型。在陆域发现的可燃冰以混合气型、热解气型为主,如我国祁连山冻土区发现的可燃冰。可以利用碳同位素的比例关系,来判断可燃冰的气体来源(图3)。

    图3 可燃冰气体来源判别图

     

    (中国地质调查局油气资源调查中心,“青南藏北冻土区天然气水合物调查”项目供稿)

    可燃冰是什么?

    日前,自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所自主研发的“基于温海水-砾石吞吐置换开采I类水合物系统的方法” “海底浅层块状水合物采矿机及吞吐式开采方法” “海底浅表层水合物开采装置及开采方法”等3项发明专利技术获得国家知识产权局批复,标志着青岛海洋所在海域浅表层天然气水合物高效开采研究领域取得新的进展。 

    “基于温海水-砾石吞吐置换开采I类水合物系统的方法(专利号:ZL2018 1 1514174.4)”通过采用主井加多分支孔的方法来增大块状水合物的分解表面积,并结合表层海水吞吐法、流体抽取降压法相结合的开采技术,使块状水合物逐步分解;同时,通过间歇式向地层中注入一定粒径的砂砾,不断填补由块状水合物分解造成的地层亏空空间,维持地层稳定的同时提高近井渗透率,促进水合物的有效分解;最终,通过循环往复执行,达到了安全、持续地开采浅层块状水合物的目的,既实现了天然气水合物的持续性、规模性开采,又维护了海底环境及生态系统的稳定,体现了绿色环保开发理念。

    “海底浅层块状水合物采矿机及吞吐式开采方法(专利号:ZL2018 1501016.5)”提供一种智能吞吐式海底采矿机及开采方法,采矿机底部设置行走装置,通过方向控制器往指定方向行走,利用掘冰器破冰,随后进行超声波碎冰、分解和过滤,实现开采分离一体化,操作简单,绿色环保。

    “海底浅表层水合物开采装置及开采方法(专利号:ZL2018 1 1485346.X)”中,采矿车在海底将水合物及沉积物采掘后进行排水、粉碎,然后被船体缆绳抬升到海水浅层并进行自然加热,其有益效果是,水合物的分解是发生在海水浅层位置的水合物分解站中,相对于海底环境具有低压和高温特征,具有水合物分解得天独厚的温压条件,兼以辅助加热以促进水合物分解的速率。采矿车具有海底自主行走功能,多角度、多方位开采等优势。采后的沉积物被回填到采空区,可有效避免滑坡等地质灾害,且整个单线作业速度快、时间短,有效避免水合物的分解对海洋环境以及海洋生物的影响。

    据悉,与常规中深层(埋藏深度在海底百米及以上)天然气水合物相比,海底浅表层天然气水合物(埋藏深度约在海底十几米到百米范围)通常具有分布零散、块状或结核状分布特征,同时有开采难度大、开采面临的环境挑战大等特点。青岛海洋所瞄准浅表层水合物基本地质特征,提出了系列潜在浅表层水合物低成本开采新方法,为我国海域天然气水合物的高效开发提供了技术储备。

     

     

     

     

     

     
    青岛海洋所在海底浅层水合物开发方面获系列国家专利