博文
各国天然气水合物研究计划
||
美国：美国总统科学技术顾问委员会（PCAST）在其1997年的21世纪能源研究和开发面临的挑战报告中着重提出，由美国能源部化石能源办公室（DOE/FE）和工业、地质调查局（USGS）、矿产管理服务中心（MMS）、环境保护机构（EPA）、海军部（NRL）制定一个科学计划来了解世界范围的甲烷水合物资源潜量。PCAST建议在初始的1999财政年支持经费500万美元，2001年增加到1 100万美元，2003年增加到1 200万美元。DOE和其工业及学术顾问基于最后一年需要格外的知识，一致认为要达到任务目标需要制定一个10年期限投资1.5亿～2亿美元的研究开发计划。此外，美国参议院和众议院分别通过S.330和H.R.1753议案“1999年甲烷水合物研究和开发草案”，促进对甲烷水合物资源的研究、识别和开发。天然气水合物计划将主要包括DOE与USGS、MMS、NRL、国家科学基金会（NSF）、大洋钻探计划（ODP）、EPA、国家实验室、大学及工业机构发起的主要活动，来评价美国海岸水域和全球水域天然气水合物生产储量。对美国而言事实上其资源量非常大，是美国资源基数的50～200倍。另外，这项研究可能有助于以水合物形式从大气圈中分离CO2。
研究发展计划由资源特征评价、生产、全球碳循环、安全性和海底稳定性四大技术领域构成。各领域之间共同分享资料，理论概念和研究成果。另外，每一个技术领域的研究行动不是孤立的和断续的，数据的收集、实验室研究、模拟和野外验证将在同时和促进相互合作的过程进行。重要技术的转让活动，包括建立在线数据库，将刺激研究和服务，并对其进行监测以保证质量，同时避免研究结果的重复。
1、资源特征评价
关键活动将涉及数据编辑、野外和实验室研究，建立必要的模型来了解和测量地质环境下的天然气水合物藏，获得准确的甲烷资源量预测。这项工作将提供所有研究地区的资源特征、产量、海底稳定性和环境问题等信息。
（1） 对已知水合物性质和分布地区信息的收集、组织；
（2） 实验室研究，包括对大量已有实验室仪器的改进和开发必要的水合物测试设备；
（3） 野外地球物理、地球化学和微生物研究；
（4） 根据对水合物层形成和分解的物理化学性质的实验室测量结果建立模型；
（5） 通过实验室估计和野外测试以及取样技术，进行岸上和海上精细的资源评估；
（6） 水合物生产成本将与其他能源生产成本参数进行比较，以确定从井下到市场的生产经济性；
（7） 研制集成识别和测量水合物的地震、声纳和测井技术，研制可控的压力/温度取样仪器，开发用于海下和陆地下水合物的甲烷释放传感器和样品监测器。
2、 生产
生产活动的目标是发展从海洋和永久冻土带水合物中商业性生产甲烷所必须的知识和技术。这项计划将建立水合物生产所必须的基本科学信息，进行储层的工程和经济分析，开发和测试常规采收技术并评价新采收技术。
（1） 初步生产研究（近期）：使用减压法、热刺激法、溶剂注入法商业生产水合物技术的验证和野外测试。包括建立在线数据库、物理过程模拟、已知水合物沉积和储层特征；初期生产模拟和示范设计；初步商业化和新方法评价。
（2） 储层模拟和过程设计（中期）：研究焦点是进行水合物和游离气带钻探准备工作，重点在改善钻井技术，建立野外测试模型，校准钻井和遥感数据。这项工作涉及采用储层工程选择井位、优化野外测试设计方案和仪器。同时开展进一步提高生产经济性的可能生产系统的详细研究。
（3） 进行生产测试，对示范井和生产方案比较和评价（长期）：研究的焦点是通过有效模拟，证实和研制商业生产必须的最好技术。主要包括：过程模型的证实、示范井位潜在商业性评价、项目成果的评估。
3、 全球碳循环
一方面，水合物中甲烷直接以甲烷或通过化学或生物氧化间接地以CO2形式的自然释放增加了大气圈中的碳聚集。另一方面，使用这些资源可以提供额外的低碳燃料，可以作为降低大气圈中温室气体的水平的部分战略。这项活动寻求理解和定量化评价水合物在全球碳循环和他们与全球气候变化中的双重角色。
（1） 水合物分解的机理和过程（近期到中期）
这项工作寻求量化北美水合物体对全球气候扰动的敏感性，通过勘探提供全世界范围的水合物体的灵敏性估计。这项活动将结合水合物资源特征评价的信息，确定导致水合物不稳定的机制和过程。具体包括：分散水合物评价、站点监测、气候变化对水合物稳定性影响、海底稳定性和圈闭游离气释放等。
（2） 水合物中甲烷释放的影响（中期到长期）
通过观测和实验确定从水合物中释放甲烷的演化过程。结合这些研究结果，建立或改进大气、海洋和海-气模型。主要包括：海洋/大气圈研究、生物研究、大气圈、海洋和气候模型的应用。
（3） 地质记录中甲烷的释放（近期到中期）
许多模拟大气圈地质历史的实验中都未包括水合物。研究项目中将考虑地史中水合物对大气圈中温室气体含量的影响，并利用这些信息估计水合物在当前和今后引起的全球变化情况。主要涉及：现有数据资料的汇编、寻找反映水合物存在的新的标志、海洋和气候模型的应用。
（4） 建立集成模型（长期）
这项研究工作的结果将是合并目前各种模型提供水合物对全球碳循环更好的理解。从水合物研究和地质记录中获得准确的全球碳聚集和稀释数据资料，将其结合入集成的大气、气候、海洋和陆地模型。
（5） 减少温室气体（近期到长期）
水合物中甲烷的利用具有降低排入大气圈中碳的潜势作用。这项活动将收到预期效益和影响。采集甲烷后，在沉积层以水合物形式固化CO2。同时，研究采集甲烷后对水合物稳定性的影响。
4、 安全性和海底稳定性
这项活动将与资源特征评价研究同时和结合进行。初期重点是在近期解决工业中涉及到的伴随常规油气勘探、开发和运输出现的天然气水合物引发的安全性和海底稳定性问题。这些初步模型将在中期结合初期阶段水合物生产模拟行动数据进行改良。
（1） 安全性和海底稳定性基础研究（近期）
包括初步确定伴随海洋沉积环境中常规油气勘探、开发和运输中天然气水合物生成的风险因素。这期间将收集用于模拟伴随水合物生产的安全性和海底稳定性数据。
（2） 先进的安全性和海底稳定性模型设计（中期）
设计先进的模型，研制特殊的技术/工艺来减缓工业生产中出现的问题。
（3） 安全性和海底稳定性问题缓解技术的开发和野外示范/测试（长期）
开发和测试特殊技术/工艺，减轻常规油气勘探、开发和运输中伴随的天然气水合物的困扰以及伴随海洋环境下从水合物沉积物中生产天然气的问题。
日本： 日本岛周围的近海水域可能存在着大量的甲烷水合物，日本对甲烷水合物作为非常规天然气资源寄予了巨大期望。这首先由于其分布的地理位置非常近，其次是因为其潜在储量对日本来说是一种稳定的能源供应。所有这些将大大改善日本目前主要依赖从国外进口石油与天然气资源的状况。日本的天然气储量可以满足本国100年的消耗。为了有效利用天然气能源、实现经济钻探以及生产回收，确保能源的长期稳定供给，日本甲烷水合物开发研讨委员会制定出了甲烷水合物的开发计划。
1 甲烷水合物开发计划的目标
? 明确日本周边海域甲烷水合物的储量和特性；
? 推算有可能赋存了甲烷水合物海域中甲烷水合物的储量；
? 从这些海域选取甲烷水合物的富集区，并研究其经济性；
? 在甲烷水合物富集区进行产出试验（截止到2011年）；
? 为甲烷水合物的商业产出调整技术结构（截止到2016年）；
? 确立与环境保护相对应的开发系统。
2 实现目标的途径
为了实现以上目标，应该确立以下重点技术课题及方法：
2.1 甲烷水合物的开发对象
2.1.1 设想的几种富集状态
(1) 赋存在砂层中的甲烷水合物
a.甲烷水合物层
b.甲烷水合物层及游离气层
(2) 富集在砂层以外地层中的甲烷水合物
2.1.2 开发对象
本计划是以富集在砂层中的甲烷水合物为开发对象。水合物中的甲烷以生物气体为主，但也要留意热成因气的存在。
2.2 甲烷水合物赋存海域的勘探与储量评价方法
2.2.1 地震勘探
(1)各种方法的探讨
(2)砂层的认识：深度、分布、层厚、特性
(3)BSR认识：深度、分布、特性
2.2.2 其它地球物理勘探方法的研究
2.2.3 地球化学勘探
(1)地层水的涌出调查
(2)甲烷气的涌出调查
(3)海水中甲烷浓度调查
2.2.4 钻井调查
(1)钻探设备研究
(2)套管钻探研究
(3)物理测井研究
(4)岩心取样研究
2.3 甲烷水合物富集区的资源量评价方法
2.3.1 利用各种勘探法进行精细勘探
（1）地震勘探
（2）其它地球物理勘探法研究
（3）地球化学勘探
2.3.2 钻井调查
2.3.3 甲烷水合物资源量评价法进行各种评价法的研究
2.4 甲烷水合物的生产方法
2.4.1甲烷水合物分解法研究
（1）减压法
（2）注入温水法
（3）钻井内温水循环法
（4）注入抑制剂法
（5）注入水蒸汽法
（6）不同种类气体注入法等
2.4.2甲烷水合物层的物性研究
（1）基本特性
（2）室内试验
2.4.3生产模拟开发
2.4.4气体采集法研究
2.5 甲烷水合物富集区的产出试验
2.5.1 陆上产出试验
（1）陆上现场产出试验（第1次）
时间：2001年末
地点：加拿大马更些三角洲
共同研究国家：日本、加拿大、美国、德国等
含甲烷水合物层物性：砂层、水合物层、热成因气
利用钻井所做的调查： 岩心取样
物理测井
钻井间的X射线断层术
钻井温度
适用的分解法：减压法
井内温水循环法
注入抑制剂法
产出测定：气体量、水量、压力变化、温度变化
计算机模拟值与实际值之间的比较研究
（2）陆上产出试验（第2次）
时间： 2004年
2.5.2 日本周边海域的产出试验
2007—2011年
在各甲烷水合物富集区进行多次试验
主要的试验项目：套管钻探
岩心取样
物理测井
完井
各种分解法
产出方式
计算机模拟
环境影响调查
2.6 与海洋甲烷水合物开发相适应的的环境影响评价方法
（1）甲烷水合物层开发对海底稳定性影响的评价方法
（2）甲烷气产出时对钻井内外的影响评价方法
（3）甲烷气产出对地层水的影响评价方法
2.7 甲烷水合物富集区经济性评价方法，研究每一个甲烷水合物富集区
2.7.1甲烷水合物分解法的选择
2.7.2利用模拟对产出方式进行评价
2.7.3钻探技术研究
（1）钻探设备
（2）套管钻探
2.7.4钻井完成以及生产技术的研究
2.7.5海底生产系统的研究
2.7.6海上处理设备的研究
2.7.7环境影响评价法的研究
（1）钻探相关
（2）生产相关
2.7.8甲烷水合物富集区经济性评价法的研究
3 开发进程表
第1阶段：（2001?006年）
目标：促进基础研究（勘探技术、基本的物理特性、分解生成技术）
o 建立甲烷水合物的最佳勘探技术
o 掌握富集区及储量
o 选择甲烷水合物富集区
o 通过陆上产出试验，验证甲烷水合物分解及甲烷气分离的技术
(富集区调查)
2001年以后 富集区调查
2003年 甲烷水合物富集区海域（多个场所）的试钻（岩心取样、物理测井等）
（产出试验）
2001年度 陆上产出试验（第1回） （国际共同研究）
2004年度 陆上产出试验（第2回） （国际共同研究）
（评价）
2003年度 中间评价
2006年度 第1阶段的最终评价
第2阶段 （2007-2011年度）
? 估算选定富集区的资源量
? 在日本近海进行海上产出试验，验证生产技术
2008年度 海上产出试验（第1回） 钻井与生产能力评价
海上产出试验（第2回） 经济性评价
2011年度 第2阶段的最终评价
第3阶段 （2012-2016年度）
目标：为商业产出完善生产技术，验证经济性与环境影响。
2012年度以后 商业产出的准备工作
2016年度 第3阶段的最终报告
2016年度 整体最终评价
4 技术开发内容
为了促进开发进程，必需做好以下领域的技术开发工作：
4.1 勘探领域
4.1.1 物理勘探
4.1.2 地质、地球化学调查
4.1.3 勘探技术开发
4.2 监测领域
4.2.1 主要物性
（1）沉积层相态的阐明
a.相关物性的测定与分析
b.力学特性的阐明
c.沉积层相态的评价
（2）分解形为的调查
（3）分解过程的监测
4.2.2 室内试验
（1）甲烷水合物空间分布的评价
（2）甲烷水合物分解响应分析
（3）热传导现象分析
（4）分解控制法的研究
（5）分解过程的综合评价
4.2.4生产模拟开发
（1）数值分析法的开发
（2）模拟要素模型的改进与开发
（3）prototype simulate的开发
（4）利用现场产出试验进行模拟评价
（5）实用化模拟系统的开发
4.2.5 气体采集法的探讨
4.3 现场产出试验
4.3.1 陆上产出试验（第1次）
（1）生产技术课题的选择
（2）气体生产能力的估算与模拟实际短期产出数据的获取
4.3.2陆上产出试验（第2次）
（1）气体的经济采集法的验证
（2）模拟实例长期产出数据的获取与甲烷水合物层的监测
4.3.3海上产出试验
（1）海洋钻井的生产能力与稳定性技术的评价（第1次海洋产出试验）
（2）海洋钻井的经济性评价（第2次海洋产出试验）
（3）与生产开发相关的物理勘探
（4）环境影响评价
4.4开发领域
4.4.1海洋甲烷水合物开发计划的整体设计
（1）开发可能性的探讨
（2）商业生产开发的概念设计
（3）环境影响评价
4.4.2钻探技术以及钻探设备
（1）深海深、浅层钻探探讨
（2）浅层套管钻探系统的开发
（3）取心技术的创新
（4）钻井稳定性技术的开发
a.甲烷水合物层钻探泥浆系统
b.浅层固井技术
c完井技术
（5）甲烷水合物层识别技术的开发
4.4.3生产与钻井技术
（1）生产技术相关课题的选取
（2）提高生产性与经济性相关的技术开发
a.陆上产出试验方法及钻井深钻研究
b.海洋产出试验方法及钻井深钻研究
c.甲烷水合物层的产出能力改善技术
（3）钻井长期稳定化技术的开发
（4）海底生产系统的概念设计
（5）海上处理设施的概念设计
4.5 环境领域
4.5.1海域环境调查
（1）海底环境调查
（2）海底生态系调查
（3）海底环境测定方法的开发
4.5.2开发对环境的影响评价
（1）低温水的排出影响预测方法
（2）地层变形预测方法的开发
（3）地层流体预测方法的开发
（4）综合模拟方法的开发
德国：2000年3月，德国联邦教育与研究部(BMBF)和德意志研究联合会(DFG)经共同策划， 正式推出未来15年的《地球工程学一地球系统：从过程认识到地球管理》超大型研究计划。教育与研究部部长EdelgardBulmahn女士强调，地球科学在解决未来各种问题中具有十分 特别的意义。德意志研究联合会Ernst-ludwing Winnacker博土认为，只有通过国际性的“地 球管理”才能实现我们保护地球和为子孙后代保持良好生存条件的责任，
该计划以地球整体为研究对象，将研究目标集中在认识地球系统和从地球内部到岩石 圈、沉积圈、生物圈直到大气圈各圈层耦合关系与变化过程，以及评估人类对于自然平衡和 自然循环的影响。该计划共设置了13个重大项目，涉及地球内部驱动力的地质过程、地球系统的空间观测、地球表层x 射线层析成像、大陆边缘、沉积环境、地球一生命耦合系统、全球气候变化、物质循环、气体水合物、矿物表层、地下勘查利用和保护、地球管理预警系统和地球管理信息系统诸方面，经费投入共计5亿马克。
l 德国的气体水合物研究概况
目前，海洋气体水合物研究一方面集中在国际合作方面，例如“大洋钻探计划(ODP)”， 另一方面集中在国家项目上，像主动大陆边缘研究那样，首先是和太阳号船赴阿拉斯加至智 利环太平洋碰撞带地区的考察。在欧洲研究框架里，也没有气体水合物研究项目(MAST-2和MAST-3，“欧洲北大西洋边缘"ENAM项目，“欧洲大陆边缘气和水流体”，SEEP)，主要针对大陆斜坡力学稳定性问题，确切地说，是研究因甲烷水合物的失稳作用引发的脱气过程。海洋地球科学研究中心(GEOMAR，基尔)、联邦地球科学和原料局(BGR，汉诺成)对此都做出了根本性的贡献。，
于利希研究中心(FZJ)同德国天然气经济界合作执行的一个较大的研究项目，对西伯 利亚西北部，大陆地区和环北极陆棚海域以及冰冻沉积区的气体水合物进行过研究，Alfred Waganer研究所(AWl)和地学研究中心(GFZ)对此做了深人工作。
近年来，AWl一直进行着气体水合物研究。该所的冰川学工作集中在研究冰芯中气体 水合物的特征，以理解这对于恢复封存在冰中的古大气圈的意义。自1983年以来，GFZ的原冰河期研究组同俄罗斯伙伴一直在中西伯利亚北部的大陆永冻区联合进行研究。俄罗斯 科学家和德国伙伴一起，在执行一项联邦教育与研究部的“联合计划”旨在搞清有机碳和永 冻层中气体的形成与变化，以及进行甲烷和二氧化碳流的测量。一项包括与气体水合物相关 的海底永冻层研究项目(拉普贴夫海联合计划)，已由俄罗斯同行和GEOMAR研究中心共同制定，于1998年实施。
近20年来，BGR一直在从事海底气体水合物的分布问题的研究。对BSR的结构和所谓的“宝塔(Pagoda)结构”，在主动大陆边缘和碰撞带(例如哥斯达黎加、Sulu海和西利伯斯海、沙巴、南中国海)，被动大陆边缘(例如挪威、美国等)以及沉积海槽(布莱克外岭、阿根廷海盆)进行了大量观测。
位于波斯坦GFZ的一个研究组，长期以来一直在致力于气体水合物稳定性热动力学研究，涉及对压力和温度的依赖性、参量精选以及液体相的组分等方面问题。几项实验工作中，气体水合物形成和分解的动力学过程研究处在中心位置。这些基础性工作对于阐明自然界的物理化学事件以及将其模型化是十分必要的。此外，在GFZ，有关气体的和液体的物质成分以及自然状态气体水合物的同位素组成研究业已开展，旨在做出接近实际的气体水合物形成和失稳作用的模型。
于利希研究中心化学和地圈动力研究所至今已做过的研究，包括西伯利亚西北部永冻地带中的气体组成、海洋沉积物中气体水合物矿藏以及西伯利亚西部永冻层和气体水合物层产出并进人大气圈的甲烷流的测量等内容。还有地球物理测井技术的应用工作，包括对西伯利亚西北部永冻带的三维图像测绘。此外，在同高压协会进行地质体系中物理化学事件模拟的交往中，积累了对气体水合物研究十分重要的经验。
于利希研究中心与于利希IES公司合作开发过复杂的模拟方法，该方法有可能将压力、温度和时间作为功能要素以实现气体发生和迁移的模型化。这套程序还可能以某种修正的模式应用于对大范围的气体水合物形成和失稳作用的定量化工作。在于利希进行的研究都是在同德国的Ruhrgas石油和天然气公司、VEBA和Wintershall等企业合作中实现的，并促成了同俄罗斯许多研究所的强有力的联系。
在BGR，气体水合物稳定性与温度史的关系的研究已开始在选择的BSR区进行。此外，还有其它一些研究课题：
(1)利用太阳号考察船的SO一98／西利伯斯海航次，开展与BSR显示和水体中与甲烷量估算相关的气体地球化学野外工作；
(2)参加ODP出航的164测线工作，采集加罗林(Carolina)浅海海域的气体水合物样品，进行与气体水合物形成相关的气体和沉积物的地球化学研究；
(3)研究从海面下水体中逸散出甲烷的分布特征和运移；
(4)制定太阳号考察船赴巴基斯坦浅海海域的一次出航研究计划，以研究在具有BSR显示的某个活动楔形堆积物中的液态和气态流体循环；
(5)应用专门的地震，处理技术，研究气体水合物的地震速度场。
近几年来，BGR还在从事海底永冻层的疑难问题研究。BGR在北极陆棚区进行的反射地震测量中，观测到令人瞩目的海底底面之下反射模型，猜测这可能代表的是永冻地层。这一解释目前正在用永冻层形成和解体的理论模型进行检验。此外，BGR还安排了在俄罗斯一个有声望的研究所进行文献研究工作，旨在了解俄罗斯对永冻层气体水合物实际的有关研究和实验方面的知识状况。
在GEOMAR已经和还将实施的下列项目，这些项目不是专门地就是绝大部分地与气体水合物有关。
(1)牟秘鲁和哥斯达黎加会聚板块边缘BSR的研究。为此，一种分析多道反射地震数据的模型被进一步精细化。
(2)依据OBH记录开展挪威大陆斜坡高分辨速度结构的面型地震探测。该项目这对研究大陆斜坡稳定性的降低具有很大意义。
(3)现场观测楔形积成物部位的脱气机制。
(4)巴伦支海陆棚区海底碎屑堆积区研究。这种构造被解释为一次灾难性的由气体水合物失稳作用而发生爆炸的破裂口。其发生的时间和原因好像是在约6000年前气候最适宜的时期，由于北极寒冷的地表水下压并穿过温暖的北大西洋表层水，使巴伦支海陆棚底部水增温之缘故。
(5)鄂霍次克海陆棚区进入大气圈的甲烷的定量化处理研究。这里，由于自然条件下的失稳作用，沿着萨哈林陆棚和在千岛群岛Paramushir区域的气体水合物产生了大量的甲烷。根据俄罗斯已做的工作，Paramushir地区的气体水合物出现的失稳，被解释为与Toreare地区火山作用引起的增温有关，火山活动是沿着萨哈林陆棚区通过期地质构造事件发生的。
(6)拉普贴夫海陆棚区气体水合物及海底永冻带的分布研究。季节性脱气作用和物流定量化研究也应占有重要位置。
2 德国气体水合物的研究领域和方向
社会界和经济界对于气体水合物研究的需求是因为这一研究事关气候和环境难题的解决、极地和海洋研究及对其孕育的未来“洁净”能源资源的可能开发。工作难点如下。
(1)气体水合物的分布和物质流的定量化研究方面；
——气体水合物中甲烷形成和逸散的模型化以及对气候影响的模型化，
——永久冻土带气体水合物矿藏的地球物理勘查；
——海底和大陆气体水合物藏性状的长期监测；
——从质量上和数量上掌握气体水合物的研究和开发的；
——生物成因和热力学成因的气体组成的调查；
——气体水合物分解过程中细菌的甲烷氧化作用定量化；
——因气体水合物分解或者形成在海洋浮游生物和底栖生物中引发的同位素学效应研究，以查明其与古气候的相关性。
(2)对于勘查油气的重要意义方面：
——气体水合物作为盖层的作用；
——气体水合物藏的气体组成和质量研究；
——永久冻土地区和海底气体水合物藏的认识和评价方法研究；
——对可能产生的经济和环境友好性检验；
——气体形成和成藏聚集的模拟计算。
(3)自然状态气体水合物的物理化学性质及其在沉积物中的变化：
——自然状态气体水物的地球化学、热动力学和动力学行为；
——自然状态气体水合物组成及其主要气体和痕量气体以及侵入流体；
——由岩石物性参数决定的不同沉积物孔隙中气体水合物形成和失稳作用实验，流体性质和流体化学实验以及附属气体实验；
——确定自然状态气体水合物的物理化学性质和岩石学性质；
——含气体水合物地层中气体浓度和组成与地震信号之间关系的研究；
——沉积体中气体水合物形成与分解的热动力学模型及其对所赋存岩层的影响。
(4)工艺技术发展与环境协调友好：
——现场取样仪，钻并技术；
——现场观测，传感技术；
——软件开发；
——生产工艺技术。
3 德国气体水合物的研究选区和选项
地区设想
自然界气体水合物在大陆与海洋之间的过渡带有其鲜明的特征。因此，不仅在陆地上而且在海洋中开展气体水合物研究是极有意义的。俄罗斯北极地区作为大陆研究地区已在考虑之列。近年来，德国的一些研究机构(AWI，BGR，GEOMAR，FZJ)在该地区的经验是在同俄罗斯科学家合作中获取的。利用和拓展同俄罗斯的这一已经很好的科学关系富有意义。相对而言，有可能开展的是主要大陆边缘研究，例如哥斯达黎加、鄂霍次克海以及Makran等地域的大陆边缘。它们基本上由于德国的研究行动而著名于世。结合太阳考察船的出航可为此提供条件。欧洲方面，欧洲大陆边缘、包括东地中海和黑海，也具特别的研究意义。
(1)对区内气体水合物矿藏的地球物理和地球化学研究和长期观测。
其中包括：德国、美国、挪威和俄罗斯诸国考察船联合行动中的TECFLUX和PA-GANI-NI气体水合物项目；德国科学界与工业界的联合参与的巴伦支海斜坡气体水合物矿藏研究；另外，德国一俄罗斯项目(KOMEX和SYSTEM拉普贴夫海)包含若干重要的子项目，可为气体水合物研究做出贡献。除此以外，紧密与“物质循环”(专门的“甲烷”项目)和“大陆边缘”("sunda弧，Sunda海峡”和“哥斯达黎加／尼加拉瓜”)项目相结合，大陆斜坡沉积物中气体水合物研究对于碳循环的意义必将日益为人们所关注。
该项目经费：1．0百万马克／年
(2)西伯利亚大陆永冻层以及与其共生的气体水合物矿藏系统研究
在某种失稳作用情况下，大陆气体水合物相对来说对气候有更强的影响，因为从其中逸散出的甲烷，在进入大气圈的路上无需经过水体(而在水体中，强烈的细菌氧化过程会导致甲烷分解)。此外，大陆气体水合物也被描绘成一个极具潜势的可利用能源资源。它们宜于利用，且少有风险，因为气体水合物矿藏并非是在有坍塌危险的松软沉积物中形成的。
借助于在西伯利亚北部气体水合物矿区的钻井作业经验，应发展用以描述气体水合物特征及其定量化的地球物理(测井地球物理)和地球化学方法的工作，还要采集到气体水合物样品。同时，要平行地开展地面上的研究(地球物理、地球化学)。目前，同俄罗斯研究机构的合作正在积极推动着。
经费：1．0百万马克／年
(3)自然条件(高压、低温)下沉积岩中气体水合物特性的模拟研究实验
包括自然条件下气体水合物形成和分解的基础性事件及其物理特性研究，对既是地质构造风险因素又是潜在能源源泉的气体水合物进行评价，以前的评价仅仅是预测性的。
应当发展和创建实验的气体水合物状态，借以在现场条件下进行形成与分解动力学研究(例如，岩石基质的催化作用，通过热传导或者气体的可利用性圈定边界，气体组分同位素的分馏作用和地下水化学分馏作用)以及岩石物理化学性质变化动力学研究(例如：热导性，孔隙度，持续稳定性)。为运用于自然系统，应当将现有的资料输入到数字模拟技术中，借助这种技术才有可能计算出赋存于逾百万年、体积庞大的岩石中自然状态气体水合物的稳定作用和失稳作用。该项目的技术发展需要7～10年时间；另外，约1．0百万启动资金和每年50万马克经费。
费用：50万马克／年，启动资金1．0百万马克
印度：作为增加本国天然气供应计划的一部分，印度石油工业开发部（OIDB）指定拨款2亿卢比（约0.56亿美元），用于实施气水合物勘探计划。这笔资金分阶段用于支付地震数据收集和解译以及技术开发的费用。该部秘书长Ardhendu Sen说，政府已经批准100百万卢比用于第一阶段，旨在进行一项深度超过600 m的深水勘查，在第二阶段将钻两口或更多的勘探井。但没有透露近海气水合物勘探的重点应放在那里。Sen还指出，印度石油工业开发部1997～1998每年预算750亿卢比（约4．2亿美元）作为整个勘探计划的资金。
天然气水合物勘探计划的实施包括两方面技术的合作。因此，呼吁来自国家石油天然气委员会、印度天然气有限公司和印度技术研究所的专家参加。由于需要大量私营企业，特别是国外大型天然气公司的投资，石油和天然气工业部正在建立国家天然气工业管理结构，并在年底之前制定出国家天然气法律。
印度天然气产量占整个烃类产量的8％，印度天然气潜在资源量预计为1．88～1．98Tm3。印度国内天然气产量将从1996～1997年的220亿m3提高到2000～2001年的310亿m3。其中大约44％供应化肥厂，40％提供给电力公司，5％用于铁厂，其余11％用于其他工业部门，包括一些大都市的天然气配给。在世纪之交，印度计划天然气的市场销售量达250亿m3。
俄罗斯： 俄罗斯很早就开始涉足天然气水合物研究。早在20世纪30年代的前苏联时期，在西伯利亚的油气管线中发现了水合物造成的管道堵塞问题，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，前苏联科学家开始对水合物的结构和形成条件进行研究。前苏联的麦索雅哈气田被公认为是对水合物气进行开采的最早的实例，其为今后对水合物气的商业开发积累了宝贵经验。
从20世纪60年代开始，天然气水合物开始引起荷兰、德国、美国、英国等国家科学家的注意，相继开展了天然气水合物结构和热动力学研究。20世纪70年代开始，前苏联也紧跟世界潮流，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。
20世纪末—21世纪初，全球掀起了新的一轮水合物研究热潮，但由于俄罗斯经济发展缓慢和本土拥有相对丰富的常规油气资源，俄罗斯仅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。
加拿大：加拿大政府非常重视对其海洋天然气水合物和北极加拿大地区的冻土区天然气水合物的研究。加拿大地质调查局等已组织研究人员对加拿大西海岸胡安-德夫卡洋中脊陆坡区、Mackenzie三角洲、普拉德霍湾等地区的水合物开展了调查研究。早在1972年，加拿大帝国石油公司在马更些的Mallik地区钻MallikL-38井时，就注意到了天然气水合物中的天然气（水合物气）。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。1998－2002年在该区又先后完钻Mallik2L-38和3L-38、4L-38和5L-38等示范井或试验井。这些井之所以被开宗明义地树为示范井或试验井，是因为该区本来就有气田，即有气水合物形成所需的气源，故在1998年完成示范井后就将该区确定水合物调查的试验区。在陆上打井相对海上要容易些，故发达国家先在陆上试验，取得参数和经验，形成技术和方法再去海上试验。参加该区试验井工作的有来自7个国家20多个研究机构的100多位科学家和工程技术人员。为总结试验井的成功经验，日本还组织召开了“从Mallik到未来” 的专题国际研讨会。2003年3月31日至4月30日，安大略石油公司、Mallrer技术公司和美国能源部在该区完钻了第1口水合物调查井，其目的是评价水合物的形成，解决在永久冻土带的钻井技术及其造成的环境问题，开发和试验最佳的水合物钻井和采收工具和方法，确定水合物储层的天然气采收率和产量。
澳大利亚：澳大利亚通过与法国合作，利用地震反射勘探技术，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。
韩国：气水合物是韩国最重要的研究学科之一，因为韩国重视几乎所有的能源。虽然东海气水合物形成和稳定存在的必要物理条件是足够的，但迄今只做了很少的地球物理勘探工作。韩国地质矿产资源研究所在1997～1999年度利用本所的R／V Tamhae2号在U11eung(郁龙)盆地西南部的有限区域实施了地球物理调查，以确定勘探参数及气水合物矿床存在的可能性。极性反转的强反射由地震资料观测到。使用膨胀深度温度仪测定了地热梯度， 圈定了气水合物稳定带 (GHSZ)，也使用了相邻地区早期钻井结果的地热梯度。1999年度，利用甲烷气和氯化钠3．0wt确定了气水合物相界。商业、工业和能源部(MOCIE)制定了气水合物的长期研发规划蓝图。第一阶段，由MOCIE和韩国天然气公司(KOGAS)支持的五年计划已在今年着手进行。该阶段，将完成韩国管辖海区地球物理调查以确定BSR。生产与利用气水合物的方法和基本技术在KIGAM、KOGAS的研发培训中心和大学进行研究。第二和第三阶段的更为详尽的计划在第一阶段工作成果的基础上确定。包括远景区的详尽调查、资源评价、技术开发、天然气运输和储存的各种经济的和安全生产的技术等等。并强调开展多国技术合作。
https://blog.sciencenet.cn/blog-226192-225608.html
上一篇：关于天然气水合物
下一篇：俞敏洪：度过有意义的生命
研究发展计划由资源特征评价、生产、全球碳循环、安全性和海底稳定性四大技术领域构成。各领域之间共同分享资料，理论概念和研究成果。另外，每一个技术领域的研究行动不是孤立的和断续的，数据的收集、实验室研究、模拟和野外验证将在同时和促进相互合作的过程进行。重要技术的转让活动，包括建立在线数据库，将刺激研究和服务，并对其进行监测以保证质量，同时避免研究结果的重复。
1、资源特征评价
关键活动将涉及数据编辑、野外和实验室研究，建立必要的模型来了解和测量地质环境下的天然气水合物藏，获得准确的甲烷资源量预测。这项工作将提供所有研究地区的资源特征、产量、海底稳定性和环境问题等信息。
（1） 对已知水合物性质和分布地区信息的收集、组织；
（2） 实验室研究，包括对大量已有实验室仪器的改进和开发必要的水合物测试设备；
（3） 野外地球物理、地球化学和微生物研究；
（4） 根据对水合物层形成和分解的物理化学性质的实验室测量结果建立模型；
（5） 通过实验室估计和野外测试以及取样技术，进行岸上和海上精细的资源评估；
（6） 水合物生产成本将与其他能源生产成本参数进行比较，以确定从井下到市场的生产经济性；
（7） 研制集成识别和测量水合物的地震、声纳和测井技术，研制可控的压力/温度取样仪器，开发用于海下和陆地下水合物的甲烷释放传感器和样品监测器。
2、 生产
生产活动的目标是发展从海洋和永久冻土带水合物中商业性生产甲烷所必须的知识和技术。这项计划将建立水合物生产所必须的基本科学信息，进行储层的工程和经济分析，开发和测试常规采收技术并评价新采收技术。
（1） 初步生产研究（近期）：使用减压法、热刺激法、溶剂注入法商业生产水合物技术的验证和野外测试。包括建立在线数据库、物理过程模拟、已知水合物沉积和储层特征；初期生产模拟和示范设计；初步商业化和新方法评价。
（2） 储层模拟和过程设计（中期）：研究焦点是进行水合物和游离气带钻探准备工作，重点在改善钻井技术，建立野外测试模型，校准钻井和遥感数据。这项工作涉及采用储层工程选择井位、优化野外测试设计方案和仪器。同时开展进一步提高生产经济性的可能生产系统的详细研究。
（3） 进行生产测试，对示范井和生产方案比较和评价（长期）：研究的焦点是通过有效模拟，证实和研制商业生产必须的最好技术。主要包括：过程模型的证实、示范井位潜在商业性评价、项目成果的评估。
3、 全球碳循环
一方面，水合物中甲烷直接以甲烷或通过化学或生物氧化间接地以CO2形式的自然释放增加了大气圈中的碳聚集。另一方面，使用这些资源可以提供额外的低碳燃料，可以作为降低大气圈中温室气体的水平的部分战略。这项活动寻求理解和定量化评价水合物在全球碳循环和他们与全球气候变化中的双重角色。
（1） 水合物分解的机理和过程（近期到中期）
这项工作寻求量化北美水合物体对全球气候扰动的敏感性，通过勘探提供全世界范围的水合物体的灵敏性估计。这项活动将结合水合物资源特征评价的信息，确定导致水合物不稳定的机制和过程。具体包括：分散水合物评价、站点监测、气候变化对水合物稳定性影响、海底稳定性和圈闭游离气释放等。
（2） 水合物中甲烷释放的影响（中期到长期）
通过观测和实验确定从水合物中释放甲烷的演化过程。结合这些研究结果，建立或改进大气、海洋和海-气模型。主要包括：海洋/大气圈研究、生物研究、大气圈、海洋和气候模型的应用。
（3） 地质记录中甲烷的释放（近期到中期）
许多模拟大气圈地质历史的实验中都未包括水合物。研究项目中将考虑地史中水合物对大气圈中温室气体含量的影响，并利用这些信息估计水合物在当前和今后引起的全球变化情况。主要涉及：现有数据资料的汇编、寻找反映水合物存在的新的标志、海洋和气候模型的应用。
（4） 建立集成模型（长期）
这项研究工作的结果将是合并目前各种模型提供水合物对全球碳循环更好的理解。从水合物研究和地质记录中获得准确的全球碳聚集和稀释数据资料，将其结合入集成的大气、气候、海洋和陆地模型。
（5） 减少温室气体（近期到长期）
水合物中甲烷的利用具有降低排入大气圈中碳的潜势作用。这项活动将收到预期效益和影响。采集甲烷后，在沉积层以水合物形式固化CO2。同时，研究采集甲烷后对水合物稳定性的影响。
4、 安全性和海底稳定性
这项活动将与资源特征评价研究同时和结合进行。初期重点是在近期解决工业中涉及到的伴随常规油气勘探、开发和运输出现的天然气水合物引发的安全性和海底稳定性问题。这些初步模型将在中期结合初期阶段水合物生产模拟行动数据进行改良。
（1） 安全性和海底稳定性基础研究（近期）
包括初步确定伴随海洋沉积环境中常规油气勘探、开发和运输中天然气水合物生成的风险因素。这期间将收集用于模拟伴随水合物生产的安全性和海底稳定性数据。
（2） 先进的安全性和海底稳定性模型设计（中期）
设计先进的模型，研制特殊的技术/工艺来减缓工业生产中出现的问题。
（3） 安全性和海底稳定性问题缓解技术的开发和野外示范/测试（长期）
开发和测试特殊技术/工艺，减轻常规油气勘探、开发和运输中伴随的天然气水合物的困扰以及伴随海洋环境下从水合物沉积物中生产天然气的问题。
日本： 日本岛周围的近海水域可能存在着大量的甲烷水合物，日本对甲烷水合物作为非常规天然气资源寄予了巨大期望。这首先由于其分布的地理位置非常近，其次是因为其潜在储量对日本来说是一种稳定的能源供应。所有这些将大大改善日本目前主要依赖从国外进口石油与天然气资源的状况。日本的天然气储量可以满足本国100年的消耗。为了有效利用天然气能源、实现经济钻探以及生产回收，确保能源的长期稳定供给，日本甲烷水合物开发研讨委员会制定出了甲烷水合物的开发计划。
1 甲烷水合物开发计划的目标
? 明确日本周边海域甲烷水合物的储量和特性；
? 推算有可能赋存了甲烷水合物海域中甲烷水合物的储量；
? 从这些海域选取甲烷水合物的富集区，并研究其经济性；
? 在甲烷水合物富集区进行产出试验（截止到2011年）；
? 为甲烷水合物的商业产出调整技术结构（截止到2016年）；
? 确立与环境保护相对应的开发系统。
2 实现目标的途径
为了实现以上目标，应该确立以下重点技术课题及方法：
2.1 甲烷水合物的开发对象
2.1.1 设想的几种富集状态
(1) 赋存在砂层中的甲烷水合物
a.甲烷水合物层
b.甲烷水合物层及游离气层
(2) 富集在砂层以外地层中的甲烷水合物
2.1.2 开发对象
本计划是以富集在砂层中的甲烷水合物为开发对象。水合物中的甲烷以生物气体为主，但也要留意热成因气的存在。
2.2 甲烷水合物赋存海域的勘探与储量评价方法
2.2.1 地震勘探
(1)各种方法的探讨
(2)砂层的认识：深度、分布、层厚、特性
(3)BSR认识：深度、分布、特性
2.2.2 其它地球物理勘探方法的研究
2.2.3 地球化学勘探
(1)地层水的涌出调查
(2)甲烷气的涌出调查
(3)海水中甲烷浓度调查
2.2.4 钻井调查
(1)钻探设备研究
(2)套管钻探研究
(3)物理测井研究
(4)岩心取样研究
2.3 甲烷水合物富集区的资源量评价方法
2.3.1 利用各种勘探法进行精细勘探
（1）地震勘探
（2）其它地球物理勘探法研究
（3）地球化学勘探
2.3.2 钻井调查
2.3.3 甲烷水合物资源量评价法进行各种评价法的研究
2.4 甲烷水合物的生产方法
2.4.1甲烷水合物分解法研究
（1）减压法
（2）注入温水法
（3）钻井内温水循环法
（4）注入抑制剂法
（5）注入水蒸汽法
（6）不同种类气体注入法等
2.4.2甲烷水合物层的物性研究
（1）基本特性
（2）室内试验
2.4.3生产模拟开发
2.4.4气体采集法研究
2.5 甲烷水合物富集区的产出试验
2.5.1 陆上产出试验
（1）陆上现场产出试验（第1次）
时间：2001年末
地点：加拿大马更些三角洲
共同研究国家：日本、加拿大、美国、德国等
含甲烷水合物层物性：砂层、水合物层、热成因气
利用钻井所做的调查： 岩心取样
物理测井
钻井间的X射线断层术
钻井温度
适用的分解法：减压法
井内温水循环法
注入抑制剂法
产出测定：气体量、水量、压力变化、温度变化
计算机模拟值与实际值之间的比较研究
（2）陆上产出试验（第2次）
时间： 2004年
2.5.2 日本周边海域的产出试验
2007—2011年
在各甲烷水合物富集区进行多次试验
主要的试验项目：套管钻探
岩心取样
物理测井
完井
各种分解法
产出方式
计算机模拟
环境影响调查
2.6 与海洋甲烷水合物开发相适应的的环境影响评价方法
（1）甲烷水合物层开发对海底稳定性影响的评价方法
（2）甲烷气产出时对钻井内外的影响评价方法
（3）甲烷气产出对地层水的影响评价方法
2.7 甲烷水合物富集区经济性评价方法，研究每一个甲烷水合物富集区
2.7.1甲烷水合物分解法的选择
2.7.2利用模拟对产出方式进行评价
2.7.3钻探技术研究
（1）钻探设备
（2）套管钻探
2.7.4钻井完成以及生产技术的研究
2.7.5海底生产系统的研究
2.7.6海上处理设备的研究
2.7.7环境影响评价法的研究
（1）钻探相关
（2）生产相关
2.7.8甲烷水合物富集区经济性评价法的研究
3 开发进程表
第1阶段：（2001?006年）
目标：促进基础研究（勘探技术、基本的物理特性、分解生成技术）
o 建立甲烷水合物的最佳勘探技术
o 掌握富集区及储量
o 选择甲烷水合物富集区
o 通过陆上产出试验，验证甲烷水合物分解及甲烷气分离的技术
(富集区调查)
2001年以后 富集区调查
2003年 甲烷水合物富集区海域（多个场所）的试钻（岩心取样、物理测井等）
（产出试验）
2001年度 陆上产出试验（第1回） （国际共同研究）
2004年度 陆上产出试验（第2回） （国际共同研究）
（评价）
2003年度 中间评价
2006年度 第1阶段的最终评价
第2阶段 （2007-2011年度）
? 估算选定富集区的资源量
? 在日本近海进行海上产出试验，验证生产技术
2008年度 海上产出试验（第1回） 钻井与生产能力评价
海上产出试验（第2回） 经济性评价
2011年度 第2阶段的最终评价
第3阶段 （2012-2016年度）
目标：为商业产出完善生产技术，验证经济性与环境影响。
2012年度以后 商业产出的准备工作
2016年度 第3阶段的最终报告
2016年度 整体最终评价
4 技术开发内容
为了促进开发进程，必需做好以下领域的技术开发工作：
4.1 勘探领域
4.1.1 物理勘探
4.1.2 地质、地球化学调查
4.1.3 勘探技术开发
4.2 监测领域
4.2.1 主要物性
（1）沉积层相态的阐明
a.相关物性的测定与分析
b.力学特性的阐明
c.沉积层相态的评价
（2）分解形为的调查
（3）分解过程的监测
4.2.2 室内试验
（1）甲烷水合物空间分布的评价
（2）甲烷水合物分解响应分析
（3）热传导现象分析
（4）分解控制法的研究
（5）分解过程的综合评价
4.2.4生产模拟开发
（1）数值分析法的开发
（2）模拟要素模型的改进与开发
（3）prototype simulate的开发
（4）利用现场产出试验进行模拟评价
（5）实用化模拟系统的开发
4.2.5 气体采集法的探讨
4.3 现场产出试验
4.3.1 陆上产出试验（第1次）
（1）生产技术课题的选择
（2）气体生产能力的估算与模拟实际短期产出数据的获取
4.3.2陆上产出试验（第2次）
（1）气体的经济采集法的验证
（2）模拟实例长期产出数据的获取与甲烷水合物层的监测
4.3.3海上产出试验
（1）海洋钻井的生产能力与稳定性技术的评价（第1次海洋产出试验）
（2）海洋钻井的经济性评价（第2次海洋产出试验）
（3）与生产开发相关的物理勘探
（4）环境影响评价
4.4开发领域
4.4.1海洋甲烷水合物开发计划的整体设计
（1）开发可能性的探讨
（2）商业生产开发的概念设计
（3）环境影响评价
4.4.2钻探技术以及钻探设备
（1）深海深、浅层钻探探讨
（2）浅层套管钻探系统的开发
（3）取心技术的创新
（4）钻井稳定性技术的开发
a.甲烷水合物层钻探泥浆系统
b.浅层固井技术
c完井技术
（5）甲烷水合物层识别技术的开发
4.4.3生产与钻井技术
（1）生产技术相关课题的选取
（2）提高生产性与经济性相关的技术开发
a.陆上产出试验方法及钻井深钻研究
b.海洋产出试验方法及钻井深钻研究
c.甲烷水合物层的产出能力改善技术
（3）钻井长期稳定化技术的开发
（4）海底生产系统的概念设计
（5）海上处理设施的概念设计
4.5 环境领域
4.5.1海域环境调查
（1）海底环境调查
（2）海底生态系调查
（3）海底环境测定方法的开发
4.5.2开发对环境的影响评价
（1）低温水的排出影响预测方法
（2）地层变形预测方法的开发
（3）地层流体预测方法的开发
（4）综合模拟方法的开发
德国：2000年3月，德国联邦教育与研究部(BMBF)和德意志研究联合会(DFG)经共同策划， 正式推出未来15年的《地球工程学一地球系统：从过程认识到地球管理》超大型研究计划。教育与研究部部长EdelgardBulmahn女士强调，地球科学在解决未来各种问题中具有十分 特别的意义。德意志研究联合会Ernst-ludwing Winnacker博土认为，只有通过国际性的“地 球管理”才能实现我们保护地球和为子孙后代保持良好生存条件的责任，
该计划以地球整体为研究对象，将研究目标集中在认识地球系统和从地球内部到岩石 圈、沉积圈、生物圈直到大气圈各圈层耦合关系与变化过程，以及评估人类对于自然平衡和 自然循环的影响。该计划共设置了13个重大项目，涉及地球内部驱动力的地质过程、地球系统的空间观测、地球表层x 射线层析成像、大陆边缘、沉积环境、地球一生命耦合系统、全球气候变化、物质循环、气体水合物、矿物表层、地下勘查利用和保护、地球管理预警系统和地球管理信息系统诸方面，经费投入共计5亿马克。
l 德国的气体水合物研究概况
目前，海洋气体水合物研究一方面集中在国际合作方面，例如“大洋钻探计划(ODP)”， 另一方面集中在国家项目上，像主动大陆边缘研究那样，首先是和太阳号船赴阿拉斯加至智 利环太平洋碰撞带地区的考察。在欧洲研究框架里，也没有气体水合物研究项目(MAST-2和MAST-3，“欧洲北大西洋边缘"ENAM项目，“欧洲大陆边缘气和水流体”，SEEP)，主要针对大陆斜坡力学稳定性问题，确切地说，是研究因甲烷水合物的失稳作用引发的脱气过程。海洋地球科学研究中心(GEOMAR，基尔)、联邦地球科学和原料局(BGR，汉诺成)对此都做出了根本性的贡献。，
于利希研究中心(FZJ)同德国天然气经济界合作执行的一个较大的研究项目，对西伯 利亚西北部，大陆地区和环北极陆棚海域以及冰冻沉积区的气体水合物进行过研究，Alfred Waganer研究所(AWl)和地学研究中心(GFZ)对此做了深人工作。
近年来，AWl一直进行着气体水合物研究。该所的冰川学工作集中在研究冰芯中气体 水合物的特征，以理解这对于恢复封存在冰中的古大气圈的意义。自1983年以来，GFZ的原冰河期研究组同俄罗斯伙伴一直在中西伯利亚北部的大陆永冻区联合进行研究。俄罗斯 科学家和德国伙伴一起，在执行一项联邦教育与研究部的“联合计划”旨在搞清有机碳和永 冻层中气体的形成与变化，以及进行甲烷和二氧化碳流的测量。一项包括与气体水合物相关 的海底永冻层研究项目(拉普贴夫海联合计划)，已由俄罗斯同行和GEOMAR研究中心共同制定，于1998年实施。
近20年来，BGR一直在从事海底气体水合物的分布问题的研究。对BSR的结构和所谓的“宝塔(Pagoda)结构”，在主动大陆边缘和碰撞带(例如哥斯达黎加、Sulu海和西利伯斯海、沙巴、南中国海)，被动大陆边缘(例如挪威、美国等)以及沉积海槽(布莱克外岭、阿根廷海盆)进行了大量观测。
位于波斯坦GFZ的一个研究组，长期以来一直在致力于气体水合物稳定性热动力学研究，涉及对压力和温度的依赖性、参量精选以及液体相的组分等方面问题。几项实验工作中，气体水合物形成和分解的动力学过程研究处在中心位置。这些基础性工作对于阐明自然界的物理化学事件以及将其模型化是十分必要的。此外，在GFZ，有关气体的和液体的物质成分以及自然状态气体水合物的同位素组成研究业已开展，旨在做出接近实际的气体水合物形成和失稳作用的模型。
于利希研究中心化学和地圈动力研究所至今已做过的研究，包括西伯利亚西北部永冻地带中的气体组成、海洋沉积物中气体水合物矿藏以及西伯利亚西部永冻层和气体水合物层产出并进人大气圈的甲烷流的测量等内容。还有地球物理测井技术的应用工作，包括对西伯利亚西北部永冻带的三维图像测绘。此外，在同高压协会进行地质体系中物理化学事件模拟的交往中，积累了对气体水合物研究十分重要的经验。
于利希研究中心与于利希IES公司合作开发过复杂的模拟方法，该方法有可能将压力、温度和时间作为功能要素以实现气体发生和迁移的模型化。这套程序还可能以某种修正的模式应用于对大范围的气体水合物形成和失稳作用的定量化工作。在于利希进行的研究都是在同德国的Ruhrgas石油和天然气公司、VEBA和Wintershall等企业合作中实现的，并促成了同俄罗斯许多研究所的强有力的联系。
在BGR，气体水合物稳定性与温度史的关系的研究已开始在选择的BSR区进行。此外，还有其它一些研究课题：
(1)利用太阳号考察船的SO一98／西利伯斯海航次，开展与BSR显示和水体中与甲烷量估算相关的气体地球化学野外工作；
(2)参加ODP出航的164测线工作，采集加罗林(Carolina)浅海海域的气体水合物样品，进行与气体水合物形成相关的气体和沉积物的地球化学研究；
(3)研究从海面下水体中逸散出甲烷的分布特征和运移；
(4)制定太阳号考察船赴巴基斯坦浅海海域的一次出航研究计划，以研究在具有BSR显示的某个活动楔形堆积物中的液态和气态流体循环；
(5)应用专门的地震，处理技术，研究气体水合物的地震速度场。
近几年来，BGR还在从事海底永冻层的疑难问题研究。BGR在北极陆棚区进行的反射地震测量中，观测到令人瞩目的海底底面之下反射模型，猜测这可能代表的是永冻地层。这一解释目前正在用永冻层形成和解体的理论模型进行检验。此外，BGR还安排了在俄罗斯一个有声望的研究所进行文献研究工作，旨在了解俄罗斯对永冻层气体水合物实际的有关研究和实验方面的知识状况。
在GEOMAR已经和还将实施的下列项目，这些项目不是专门地就是绝大部分地与气体水合物有关。
(1)牟秘鲁和哥斯达黎加会聚板块边缘BSR的研究。为此，一种分析多道反射地震数据的模型被进一步精细化。
(2)依据OBH记录开展挪威大陆斜坡高分辨速度结构的面型地震探测。该项目这对研究大陆斜坡稳定性的降低具有很大意义。
(3)现场观测楔形积成物部位的脱气机制。
(4)巴伦支海陆棚区海底碎屑堆积区研究。这种构造被解释为一次灾难性的由气体水合物失稳作用而发生爆炸的破裂口。其发生的时间和原因好像是在约6000年前气候最适宜的时期，由于北极寒冷的地表水下压并穿过温暖的北大西洋表层水，使巴伦支海陆棚底部水增温之缘故。
(5)鄂霍次克海陆棚区进入大气圈的甲烷的定量化处理研究。这里，由于自然条件下的失稳作用，沿着萨哈林陆棚和在千岛群岛Paramushir区域的气体水合物产生了大量的甲烷。根据俄罗斯已做的工作，Paramushir地区的气体水合物出现的失稳，被解释为与Toreare地区火山作用引起的增温有关，火山活动是沿着萨哈林陆棚区通过期地质构造事件发生的。
(6)拉普贴夫海陆棚区气体水合物及海底永冻带的分布研究。季节性脱气作用和物流定量化研究也应占有重要位置。
2 德国气体水合物的研究领域和方向
社会界和经济界对于气体水合物研究的需求是因为这一研究事关气候和环境难题的解决、极地和海洋研究及对其孕育的未来“洁净”能源资源的可能开发。工作难点如下。
(1)气体水合物的分布和物质流的定量化研究方面；
——气体水合物中甲烷形成和逸散的模型化以及对气候影响的模型化，
——永久冻土带气体水合物矿藏的地球物理勘查；
——海底和大陆气体水合物藏性状的长期监测；
——从质量上和数量上掌握气体水合物的研究和开发的；
——生物成因和热力学成因的气体组成的调查；
——气体水合物分解过程中细菌的甲烷氧化作用定量化；
——因气体水合物分解或者形成在海洋浮游生物和底栖生物中引发的同位素学效应研究，以查明其与古气候的相关性。
(2)对于勘查油气的重要意义方面：
——气体水合物作为盖层的作用；
——气体水合物藏的气体组成和质量研究；
——永久冻土地区和海底气体水合物藏的认识和评价方法研究；
——对可能产生的经济和环境友好性检验；
——气体形成和成藏聚集的模拟计算。
(3)自然状态气体水合物的物理化学性质及其在沉积物中的变化：
——自然状态气体水物的地球化学、热动力学和动力学行为；
——自然状态气体水合物组成及其主要气体和痕量气体以及侵入流体；
——由岩石物性参数决定的不同沉积物孔隙中气体水合物形成和失稳作用实验，流体性质和流体化学实验以及附属气体实验；
——确定自然状态气体水合物的物理化学性质和岩石学性质；
——含气体水合物地层中气体浓度和组成与地震信号之间关系的研究；
——沉积体中气体水合物形成与分解的热动力学模型及其对所赋存岩层的影响。
(4)工艺技术发展与环境协调友好：
——现场取样仪，钻并技术；
——现场观测，传感技术；
——软件开发；
——生产工艺技术。
3 德国气体水合物的研究选区和选项
地区设想
自然界气体水合物在大陆与海洋之间的过渡带有其鲜明的特征。因此，不仅在陆地上而且在海洋中开展气体水合物研究是极有意义的。俄罗斯北极地区作为大陆研究地区已在考虑之列。近年来，德国的一些研究机构(AWI，BGR，GEOMAR，FZJ)在该地区的经验是在同俄罗斯科学家合作中获取的。利用和拓展同俄罗斯的这一已经很好的科学关系富有意义。相对而言，有可能开展的是主要大陆边缘研究，例如哥斯达黎加、鄂霍次克海以及Makran等地域的大陆边缘。它们基本上由于德国的研究行动而著名于世。结合太阳考察船的出航可为此提供条件。欧洲方面，欧洲大陆边缘、包括东地中海和黑海，也具特别的研究意义。
(1)对区内气体水合物矿藏的地球物理和地球化学研究和长期观测。
其中包括：德国、美国、挪威和俄罗斯诸国考察船联合行动中的TECFLUX和PA-GANI-NI气体水合物项目；德国科学界与工业界的联合参与的巴伦支海斜坡气体水合物矿藏研究；另外，德国一俄罗斯项目(KOMEX和SYSTEM拉普贴夫海)包含若干重要的子项目，可为气体水合物研究做出贡献。除此以外，紧密与“物质循环”(专门的“甲烷”项目)和“大陆边缘”("sunda弧，Sunda海峡”和“哥斯达黎加／尼加拉瓜”)项目相结合，大陆斜坡沉积物中气体水合物研究对于碳循环的意义必将日益为人们所关注。
该项目经费：1．0百万马克／年
(2)西伯利亚大陆永冻层以及与其共生的气体水合物矿藏系统研究
在某种失稳作用情况下，大陆气体水合物相对来说对气候有更强的影响，因为从其中逸散出的甲烷，在进入大气圈的路上无需经过水体(而在水体中，强烈的细菌氧化过程会导致甲烷分解)。此外，大陆气体水合物也被描绘成一个极具潜势的可利用能源资源。它们宜于利用，且少有风险，因为气体水合物矿藏并非是在有坍塌危险的松软沉积物中形成的。
借助于在西伯利亚北部气体水合物矿区的钻井作业经验，应发展用以描述气体水合物特征及其定量化的地球物理(测井地球物理)和地球化学方法的工作，还要采集到气体水合物样品。同时，要平行地开展地面上的研究(地球物理、地球化学)。目前，同俄罗斯研究机构的合作正在积极推动着。
经费：1．0百万马克／年
(3)自然条件(高压、低温)下沉积岩中气体水合物特性的模拟研究实验
包括自然条件下气体水合物形成和分解的基础性事件及其物理特性研究，对既是地质构造风险因素又是潜在能源源泉的气体水合物进行评价，以前的评价仅仅是预测性的。
应当发展和创建实验的气体水合物状态，借以在现场条件下进行形成与分解动力学研究(例如，岩石基质的催化作用，通过热传导或者气体的可利用性圈定边界，气体组分同位素的分馏作用和地下水化学分馏作用)以及岩石物理化学性质变化动力学研究(例如：热导性，孔隙度，持续稳定性)。为运用于自然系统，应当将现有的资料输入到数字模拟技术中，借助这种技术才有可能计算出赋存于逾百万年、体积庞大的岩石中自然状态气体水合物的稳定作用和失稳作用。该项目的技术发展需要7～10年时间；另外，约1．0百万启动资金和每年50万马克经费。
费用：50万马克／年，启动资金1．0百万马克
印度：作为增加本国天然气供应计划的一部分，印度石油工业开发部（OIDB）指定拨款2亿卢比（约0.56亿美元），用于实施气水合物勘探计划。这笔资金分阶段用于支付地震数据收集和解译以及技术开发的费用。该部秘书长Ardhendu Sen说，政府已经批准100百万卢比用于第一阶段，旨在进行一项深度超过600 m的深水勘查，在第二阶段将钻两口或更多的勘探井。但没有透露近海气水合物勘探的重点应放在那里。Sen还指出，印度石油工业开发部1997～1998每年预算750亿卢比（约4．2亿美元）作为整个勘探计划的资金。
天然气水合物勘探计划的实施包括两方面技术的合作。因此，呼吁来自国家石油天然气委员会、印度天然气有限公司和印度技术研究所的专家参加。由于需要大量私营企业，特别是国外大型天然气公司的投资，石油和天然气工业部正在建立国家天然气工业管理结构，并在年底之前制定出国家天然气法律。
印度天然气产量占整个烃类产量的8％，印度天然气潜在资源量预计为1．88～1．98Tm3。印度国内天然气产量将从1996～1997年的220亿m3提高到2000～2001年的310亿m3。其中大约44％供应化肥厂，40％提供给电力公司，5％用于铁厂，其余11％用于其他工业部门，包括一些大都市的天然气配给。在世纪之交，印度计划天然气的市场销售量达250亿m3。
俄罗斯： 俄罗斯很早就开始涉足天然气水合物研究。早在20世纪30年代的前苏联时期，在西伯利亚的油气管线中发现了水合物造成的管道堵塞问题，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，前苏联科学家开始对水合物的结构和形成条件进行研究。前苏联的麦索雅哈气田被公认为是对水合物气进行开采的最早的实例，其为今后对水合物气的商业开发积累了宝贵经验。
从20世纪60年代开始，天然气水合物开始引起荷兰、德国、美国、英国等国家科学家的注意，相继开展了天然气水合物结构和热动力学研究。20世纪70年代开始，前苏联也紧跟世界潮流，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。
20世纪末—21世纪初，全球掀起了新的一轮水合物研究热潮，但由于俄罗斯经济发展缓慢和本土拥有相对丰富的常规油气资源，俄罗斯仅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。
加拿大：加拿大政府非常重视对其海洋天然气水合物和北极加拿大地区的冻土区天然气水合物的研究。加拿大地质调查局等已组织研究人员对加拿大西海岸胡安-德夫卡洋中脊陆坡区、Mackenzie三角洲、普拉德霍湾等地区的水合物开展了调查研究。早在1972年，加拿大帝国石油公司在马更些的Mallik地区钻MallikL-38井时，就注意到了天然气水合物中的天然气（水合物气）。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。1998－2002年在该区又先后完钻Mallik2L-38和3L-38、4L-38和5L-38等示范井或试验井。这些井之所以被开宗明义地树为示范井或试验井，是因为该区本来就有气田，即有气水合物形成所需的气源，故在1998年完成示范井后就将该区确定水合物调查的试验区。在陆上打井相对海上要容易些，故发达国家先在陆上试验，取得参数和经验，形成技术和方法再去海上试验。参加该区试验井工作的有来自7个国家20多个研究机构的100多位科学家和工程技术人员。为总结试验井的成功经验，日本还组织召开了“从Mallik到未来” 的专题国际研讨会。2003年3月31日至4月30日，安大略石油公司、Mallrer技术公司和美国能源部在该区完钻了第1口水合物调查井，其目的是评价水合物的形成，解决在永久冻土带的钻井技术及其造成的环境问题，开发和试验最佳的水合物钻井和采收工具和方法，确定水合物储层的天然气采收率和产量。
澳大利亚：澳大利亚通过与法国合作，利用地震反射勘探技术，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。
韩国：气水合物是韩国最重要的研究学科之一，因为韩国重视几乎所有的能源。虽然东海气水合物形成和稳定存在的必要物理条件是足够的，但迄今只做了很少的地球物理勘探工作。韩国地质矿产资源研究所在1997～1999年度利用本所的R／V Tamhae2号在U11eung(郁龙)盆地西南部的有限区域实施了地球物理调查，以确定勘探参数及气水合物矿床存在的可能性。极性反转的强反射由地震资料观测到。使用膨胀深度温度仪测定了地热梯度， 圈定了气水合物稳定带 (GHSZ)，也使用了相邻地区早期钻井结果的地热梯度。1999年度，利用甲烷气和氯化钠3．0wt确定了气水合物相界。商业、工业和能源部(MOCIE)制定了气水合物的长期研发规划蓝图。第一阶段，由MOCIE和韩国天然气公司(KOGAS)支持的五年计划已在今年着手进行。该阶段，将完成韩国管辖海区地球物理调查以确定BSR。生产与利用气水合物的方法和基本技术在KIGAM、KOGAS的研发培训中心和大学进行研究。第二和第三阶段的更为详尽的计划在第一阶段工作成果的基础上确定。包括远景区的详尽调查、资源评价、技术开发、天然气运输和储存的各种经济的和安全生产的技术等等。并强调开展多国技术合作。
https://blog.sciencenet.cn/blog-226192-225608.html
上一篇：关于天然气水合物
下一篇：俞敏洪：度过有意义的生命
