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国内外天然气水合物的研究现状

来源:中国天然气工业网 日期:2010-09-15 浏览量:
前苏联
  前苏联是研究天然气水合物最早的国家。早在20 世纪30 年代,前苏联科学家为了预防和疏通西伯利亚油气管道的堵塞,以保障油气管道的畅通,开始对水合物的结构和形成条件进行研究。从60 年代开始,荷兰、德国、美国才相继开展了天然气水合物结构和热动力学研究。
  从70 年代开始,前苏联紧跟美国步伐,也在其周围海域和内陆海中开展天然气水合物调查与研究工作。80 年代以来,前苏联通过海底表层取样和地震调查等手段相继在黑海、里海、贝加尔湖、鄂霍茨克海、白令海、千的岛海沟等海域发现了天然气水合物矿藏和矿点并进行了区域评价。即使近期经济比较困难,俄罗斯仍坚持在巴伦支海和鄂霍茨克海等海域进行天然气水合物的调查与研究工作。
 
美国
  美国则是开展海洋天然气水合物调查最早的国家,至今已耗资近3 亿美元.早在60 年代,美国就在墨西哥湾及东部布莱克海台实施油气地震勘探,首次发现了令人难以理解的拟海底反射层(BSR)。1970 年,美国在布莱克海台实施了深海钻探(DSDP),证实BSR 之上存在天然气水合物,BSR 是由水合物层底部游离天然气引起的反射界面。之后,BSR 作为识别海洋天然气水合物的地震标志,被广泛地用于世界各海域的水合物调查。1979 年和1981 年,美国通过DSDP 在墨西哥湾及布莱克海台再次实施深海钻探,并取得了水合物岩心。1981 年,美国制订了甲烷水合物十年研究计划(1982~1992),投入800 万美元开展了天然气水合物基础知识的调查研究。80 年代中期,美国能源部和Morgentown 能源及技术中心授权国际地质勘探者协会,对全球24 个地区的海洋天然气水合物赋存控制因素和可采储量进行研究。1989 年以来,美国还进行了气体(甲烷、CO2、甲烷-乙烷-丙烷)水合物的高压低温实验和模拟研究。1991,美国能源部组织召开了"美国国家气体水合物学术讨论会" 。通过这次会议,人们对水合物及其沉积物了解越来越多,并掀起了水合物研究的热潮。1994 年,美国能源部制订了"甲烷水合物研究项目";1995 年,美国借助ODP 在其东部海域布莱克海台实施了一系列深海钻探,探明天然气水合物资源量为180亿吨油当量。受如此巨大资源量的鼓舞,美国参议院于1998 年通过决议,把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入国家发展的长远计?quot;甲烷水合物研究与资源开发利用", 每年投入2000 万美元,能源部和美国地质调查局组织有关部门实施,要求2010 年达到计划目标,2015 年进行商业性试采。该计划的主要内容是:资源特征、生产开发、全球变暖(全球碳循环)、安全性和海底稳定性。1999 年7月,在美国盐湖城召开了主题为"气体水合物与未来的挑战"的第三届国际气体水合物会议,就资源特征、全球气候变化、油气管道堵塞物与海洋水合物工程、生产等专题进行了交流和研讨。到目前为止,美国已经在其东南大陆边缘、俄勒冈外太平洋西北边缘、阿拉斯加北坡、墨西哥湾大陆边缘、密西西比峡谷等海域进行了天然气水合物调查,并绘制了全美海洋天然气水合物的矿藏分布图,评价了各矿区的资源量和开发潜力。
 
日本
  日本的海洋天然气水合物工作开展较晚,但发展极为迅速,短短几年就处于国际领先水平。1992 年,日本东京召开了第29 届国际地质大会。在会上,美国能源部的Krason 估计日本南海海槽的BSR 分布范围大约为3.5 万平方公里,认为该海域水合物资源量十分丰富。受此鼓舞,加之日本油气能源短缺,促成日本政府开始关注水合物,各大专院校、科研院所也开始借此契机推动日本政府支持立项研究。1995 年,日本通商产业省资源能源厅石油公团(JNOC)和日本地质调查局联合10 家石油天然气私营企业,设立了"甲烷水合物研究及开发推进初步计划"。该5年计划(1995~1999)的总投资150 亿日元。目的是:通过地球物理勘探,研究水合物物理性质,掌握水合物产地、地质产状及其分布规律,最后通过实施钻探,评价日本岸外甲烷水合物开发潜力和作为非传统能源开发的可行性。具体计划如下:1996 年进行地震调查,编制BSR 分布图;1997 年在南海海槽东部实施导向性钻探;1998 年与加拿大合作,在加拿大北部Mackenzie 三角洲试验钻探,包括2口深井、1 口试验井,钻穿冻土层,获取水合物样品,评估工程技术(主要是取心技术和生产技术),检验新研制的技术装备;1999 年在日本南海海槽东部进行地层钻探,对海洋天然气水合物的潜在资源进行全面评价。该项目得到日本石油勘探有限公司(JAPEX)、美国地质调查局(部分经费由美国能源部资助)、加拿大地质调查局和一些大学的积极参与。1998 年,日本通过高压装置,人工合成了甲烷水合物。2000 年1 月下旬,日本通产省和石油财团宣布,他们在南海海槽水深950米处实施了钻探,在日本静冈县御前崎近海发现了天然气水合物含量高达20%的砂岩层,证明那里存在丰富的天然气水合物资源。计算表明,该海域水合物中蕴藏的天然气储量达7.4 万亿立方米,相当于日本140 年消耗的天然气总量。目前,日本已基本完成了对其周边海域的天然气水合物调查和评价,并圈定了12 块天然气水合物矿集区。在此基础上,日本计划在2010 年进行试生产,开发其领海内的天然气水合物。
 
加拿大
  加拿大对其海洋天然气水合物和北极加拿大地区的大陆天然气水合物都非常重视。加拿大地质调查局通过对加拿大西海岸胡安-德夫卡洋中脊陆坡区的调查,估算其蕴藏的水合物资源量是美国布莱克海台的10 倍。1997 年至1999 年,由加拿大地质调查局和温哥华大学的科学家联合组成研究小组,运用单道和多道地震、钻探(1997 年实施了ODP889/890 钻探计划)、地球化学、多波束测量、海底深潜器观测及计算机模拟等手段,对该海域水合物的富聚机制、地质背景及温压条件等进行了深入研究,利用多道地震、测井、垂直地震速度等对水合物富集率进行了评价。研究表明,水合物层位于海底230 米以上,气源主要是生物气。在ODP站位,水合物富集率向下可以达到孔隙的20%;水合物层之下的游离天然气富集率估计不到百分之几。此外,1999 年加拿大还参与了日本南海海槽的水合物钻探。在北极加拿大地区,天然气水合物不仅是未来潜在的巨大能源,而且对该地区传统石油天然气的开采可能构成灾害,也可能是一个巨大的温室气体来源,为此,加拿大近年来加强了北极天然气水合物研究。1998 年,加拿大与日本合作,在其西北Mackenzie 三角洲进行了水合物钻探,并在三轴控制条件下进行了实验研究,测定了水合物的P 波速和抗剪强度。结果表明,含与不含水合物的P 波速差别较大,前者要高的多,剪切强度至少是后者的5 倍。这一成果为地震勘探提供了直接实验依据。
 
德国
  德国没有自己的深海,但对水合物的研究非常感兴趣,尤其重视水合物的环境意义。在80 年代后期,德国曾利用"太阳号"调查船与印尼等国合作对西南太平洋海域进行调查,在苏拉威西海发现了水合物的地震标志--BSR。1998 年度,德国又与俄罗斯合作,开展鄂霍茨克海水合物调查。1998 年至今,德国基尔大学Geomar 研究所对美国俄勒冈州西部大陆边缘卡斯凯迪亚(Cascadia)消减带的水合物海台尤感兴趣,通过德-美Tecflux 合作项目,争取到资金2000 万马克,不仅在该海域做了大量地震调查工作和海底取样工作,而且还研究了水合物形成和失稳的动力学机制,测定了海底甲烷释放速率的趋势变化。在Cascadia 水合物海台,不但发现有水合物矿藏,还发现了水合物泄气窗,泄气窗中有大量甲烷释放。气体中Rn/CH2 值很高,大约每公升50dpm;在局部地区,有铵和硫化物分布,在其它局部地区,甲烷发生氧化作用。为了进一步评价该海域的水合物资源量,ODP第199 航次计划在2001 年10 月9 日至11 月6 日对Cascadia 水合物海台实施钻探。
 
印度
  印度对其周边海域的天然气水合物资源十分重视。1995 年,印度地质调查局对其海域进行了有关水合物的地质、地球化学和地震资料的初查与复查。在此基础上,印度科学和工业委员会设立"全国气体水合物研究计划",计划在1996~2000年由国家投资5600 万美元对其周边海域的天然气水合物进行前期调查研究。迄今为止,印度海域已初步显示出良好的找矿前景。
 
澳大利亚
  澳大利亚对其领海的天然气水合物资源也十分重视。通过与法国合作,利用地震反射勘探技术,澳大利亚于1998 年绘制了Tasman 海BSR 的分布范围。在该海域,水合物分布在水深1500~3000 米处,水合物矿藏厚200 米左右,位于海底以下400~600 米,证明该海域天然气水合物资源量巨大。
 
英国及比利时
  英国及比利时仅有少数人在做此项工作,但近年来也引起政府的重视。1996年9 月18~20 日在比利时的Gent 大学召开了主题为"世界大陆边缘稳定性、气候变化与气体水合物"的国际学术会议;1998 年4 月14~15 日在英国Keele 大学也成功地主办了"气体水合物:资源-灾害-成因"国际学术研讨会。
 
中国
  我国对海洋天然气水合物的调查和研究工作刚刚起步。1997 年,中国地质科学院矿床所吴必豪等人完成了"西太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研" 课题,认为西太平洋边缘海域,包括我国东海和南海,具备天然气水合物的成藏条件和找矿前景。之后,中国地质调查局广州海洋地质调查中心重新检查了南海北部陆坡区近3 万公里的地震剖面,青岛海洋地质研究所检查了东海陆坡区126 专项实施的地震剖面,发现多处具有天然气水合物矿藏的地震标志--BSR。俄罗斯专家在对我国东海进行海水气体地球化学的系统调查时,曾在冲绳海槽中段的西部陆坡和钓鱼岛附近海域发现多处甲烷气体异常,台湾海洋大学也在冲绳海槽南端还发现了BSR。1999 年春,以中国科学家为主的ODP184 航次在南海实施钻探,岩心分析显示有天然气水合物存在的氯异常。1999 年10 月,中国地质调查局广州海洋地质调查中心首次在南海西沙海域开展天然气水合物前期调查,在三条共130公里的地震剖面上识别出BSR。这是一个重大突破,说明我国海域也可能有天然气水合物分布。最近,中国地质调查局邀请中国科学院、中国工程院的有关院士、专家和国家有关部门召开了"我国海域天然气水合物资源调查与评价专项可行性报告"论证会,为申请将其列入国家研究开发计划积极做好准备。
  目前,天然气水合物与深海生物圈一起已经成为大洋钻探的两大新领域。
  1995 年,ODP 还专为海洋天然气水合物设计了第164 航次。1999 年,国际科学大洋钻探学术会议筹备委员会把天然气水合物列入21 世纪大洋钻探的14 个主题之一。2000 年1 月10 日,ODP 在华盛顿举办了大洋钻探系列讨论会,天然气水合物(能源、气候与生物圈的结合点)被作为4 个主题之一作了重点讨论。由此可见一斑。