一、海洋天然气水合物勘探开采技术

来源:地调局青岛海洋所发布时间:2020-01-09

成果介绍：该系统面向海域天然气水合物开发过程中环境监测的需求，全面考虑水合物开采过程中可能的环境灾害，在垂向上，从井筒、海床、水体直到低空大气等各个位置布设监测单元，监测指标可达到20余个，包括海底变形、土力学性质、洋流性质各种地球化学指标和浊度等。同时，还自研了水合物泄漏综合监测单元，面向宏、微两种流体泄漏活动进行监测，加强对于水合物开发过程的监测和预警，为天然气水合物产业化战略服务。

产品特点：

系统化、动态化、模块化、多功能化；

统一供电，多参数集成显示，具有实时预警功能；

可以对水合物储层、沉积物、水体和大气多介质全覆盖实时、长期监测。

技术内容：

该系统在平面上共布设内、外两个核心监测圈层。其中，内圈主要围绕钻采区中心布设监测井、坐底式海底工作站、地形形变监测仪以及土力学性质原位长期观测仪，以监测与水合物开采有关的海底泄漏、泥浆污染、浊度异常、地层移位和形变，以及海流等参数；外圈主要布放锚系工作站，其中海床形变监测仪贯穿内、外圈。锚系工作站在离底50m和200m处各布设一个传感器压力舱，内部集成甲烷、浊度计、溶解氧传感器、ADCP和CTD，监测甲烷含量、浊度异常、流向流速、温度、盐度、溶解氧等环境参数。在核心监测圈之外，主要布放给各种仪器统一供电并且方便ROV采集数据的接驳平台；另外，还定期利用巡逻式AUV动态监测生物生态和地形地貌，做到水合物开发区环境系统全方位动态监测。

已获得专利技术：5个

合作方式：技术服务、技术许可、技术入股

海域水合物开采环境立体化监测系统布置示意图

自研的水合物泄漏综合监测单元设计图

（左图：探针式微渗漏界面穿刺监测单元；右图：超声波宏渗漏监测单元）

天然气水合物固态储运技术

成果介绍：该项成果主要包含3项专利技术，分别是：一种高纯度粉末状气体水合物的制造方法、块状可燃冰的连续制备装置及一种块状天然气水合物储运装置。将天然气在特定条件下制备成超细粉末或块状可燃冰，通过研发的特定装置进行保存与运输，达到天然气固态储运的目的。

应用方向：提供天然气水合物的生产设备和工艺，确保水合物生成速度快、纯度高，同时，实现块状天然气水合物的连续、快速制备及储运，克服目前天然气高压和液化储运存在易燃易爆和巨大能耗等问题。该成果可应用于海上、偏远山区、零散小气田等不适合铺输气管道的地方的天然气储运，也可用于城市管道用气高峰与低谷的调节。

应用领域：石油天然气能源领域

专利支撑：

高纯度粉末状气体水合物的制作方法。专利号：ZL2015 1 0334240.X ，青岛海洋地质研究所

块状可燃冰的连续制备装置。专利号：ZL2018 2 0225875.5 ，青岛海洋地质研究所

一种块状天然气水合物储运装置。专利号：ZL2018 2 0225880.6，青岛海洋地质研究所

已获得专利技术：3个

合作方式：技术服务、技术许可、技术入股、技术转让

天然气水合物储层基础物性模拟实验技术

成果介绍：针对天然气水合物储层的地球物理、地球化学、力学、渗透率及多物理场等参数，研制了系列的实验装置，形成了测定不同类型的含水合物沉积物的声学、力学、流体离子、渗透率、电学及温压场等参数的专利技术，客获得含水合物沉积物中各种物性参数，对天然气水合物资源勘查、评价及开发利用都有重要的参考价值。

应用方向：形成各种模拟实验装置及实验技术，可在实验室内获得各类含水合物沉积物的各种物性参数。

应用领域：石油天然气领域，海域天然气水合物资源勘探于开发

专利支撑：

1.海底气体运移与水合物形成的声学响应特征模拟实验装置. 专利号：ZL 2012 1 0160415.6

2.含水合物沉积物速度剖面结构特性研究的实验装置. 专利号： ZL 2012 1 0160156.7

3.测量含水合物沉积介质地震波速与电磁衰减的装置及方法. 专利号： ZL 2016 1 0071504.1

4.气体水合物生成过程中流体离子参数实时检测装置. 专利号：ZL 2012 1 0160140.6

5.深海沉积物中水合物地球化学参数原位探测模拟系统. 专利号：ZL 2013 1 0219999.4

6.含天然气水合物沉积物多功能三轴仪压缩试验装置及实验方法. 专利号：ZL 2014 1 0486670.9

7.天然气水合物开采多物理场演化模拟测试装置与方法. 专利号：ZL2016 1 0074731.X

8.一种含甲烷水合物的岩心样品压制方法. 专利号：ZL 2015 1 0333652.1

9.天然气水合物饱和度和沉积物渗透率同步测量装置及方法. 专利号：ZL2016 1 0169792.4

10.CT专用水合物电阻率测量装置及方法. 专利号：ZL2017 1 0303350.9

已获得专利技术：10个

合作方式：技术服务、技术许可、技术入股、技术转让

天然气水合物多分支径向井开采技术

成果介绍：针对海洋天然气水合物开采效率低、大幅降压提产引起储层出砂趋势加剧等特点，以提高水合物单井产能并有效维持储层稳定性为目标，通过大尺寸主井眼多分支径向井井身结构设计，结合适度充填防砂技术或多级分阶段充填防砂技术，实现天然气水合物的安全高效开发。

应用方向：适合于海域泥质粉砂水合物储层降压法或流体抽取法开采，也可配合注热、化学抑制剂等方法，实现单井天然气产能的大幅提高，并有效缓解地层出砂风险和储层失稳风险，可用于水合物开采现场应用。

应用领域：海域天然气水合物资源开发

专利支撑：

1. 海洋粉砂质储层天然气水合物多分支孔有限防砂开采方法. 专利号：ZL 2016 1 1024748.7

2. 海洋シルト質貯留層天然ガスハイドレートにおける多分岐孔の限定されたサンドコントロール採取方法. 专利号：PCT/CN2017/110790 （JP2018-528718）

3. 一种海洋天然气水合物降压开采的多级防砂方法. 专利号：ZL 2016 1 0224449.5

已获得专利技术：3个

合作方式：技术服务、技术许可、技术入股、技术转让

天然气水合物开采出砂模拟技术

成果介绍：针对天然气水合物储层开采过程中的出砂特征、出砂分布、出砂临界条件等参数，提供多种天然气水合物开采过程出砂模拟技术方法及装备解决方案，满足室内研究天然气水合物储层出砂规律、出砂机理研究的需求。

应用方向：形成各种模拟实验装置及实验技术，可在实验室内获得不同类型的含水合物储层沉积物的出砂特性参数。主要用于天然气水合物资源开发利用等领域。

应用领域：石油仪器设计制造、海域天然气水合物资源开发

专利支撑：

1.海洋天然气水合物分解区砂粒微观运移过程室内试验方法及装置. 专利号：ZL 2016 1 0871343.4

2.含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜及其测试方法. 专利号：ZL 2017 1 0261572.9

3.含水合物沉积物出砂-力学参数耦合过程模拟装置及方法. 专利号：ZL 2017 1 0261562.5

4.水合物层产出细砂在砾石层中运移规律的试验方法及装置. 专利号： ZL 2017 1 0261171.5

5.基于CT模拟水合物沉积物中泥砂迁移过程的装置. 专利号： ZL 2018 2 1006659.8

6.含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜. 专利号： ZL 2017 2 0421660.6

7.水合物层产出细砂在砾石层中运移规律的试验装置. 专利号： ZL 2017 2 0345213.7

已获得专利技术：7个

合作方式：技术服务、技术许可、技术入股、技术转让

天然气水合物开采井底控砂介质模拟工况技术

成果介绍：通过特殊结构设计和实验思路设计，实现天然气水合物开采井底筛管堵塞的“可视化”模拟，实现堵塞、冲蚀等过程的观测。实现井底控砂介质水合物与泥砂双重作用条件下的堵塞机制模拟，为优选最佳的筛管材料、组合提供依据，动态观测水合物井底控砂介质的工作状态。

应用方向：形成各种模拟实验装置及实验技术，可在实验室内获得水合物开采井中筛管的冲蚀破坏特性、泥质-水合物双重堵塞特性、砾石层的双重堵塞特性及其工作状态。

应用领域：石油仪器设计制造、海域天然气水合物资源开发

专利支撑：

1.砾石充填层堵塞评价微观探测模拟装置. 专利号： ZL 2018 2 0854035. 5

2.水合物开采井管内砾石充填仿真系统. 专利号： ZL 2017 2 1643378.9

3.筛网中水合物生成堵塞规律可视化评价系统. 专利号： ZL 2018 2 0327181. 2

4.水合物开采井机械筛管冲蚀评价仿真系统.专利号：ZL 2017 2 1643375. 5

5.海洋天然气水合物生产井井筒携砂规律仿真系统. 专利号： ZL 2017 2 1642611. 1

已获得专利技术：5个

合作方式：技术服务、技术许可、技术入股、技术转让

天然气水合物砾石吞吐置换开采技术

成果介绍：通过适当放宽井筒挡砂精度，使地层细砂和泥质组分流入井筒，一定的生产时间后，将粗粒径砂砾注入生产井管外地层，填补地层细组分和水合物产出造成的亏空，然后再开井生产，如此经过砂砾注入轮次与水合物储层流体抽取轮次的交替往复，实现提高粉砂质储层产能、防止地层大面积亏空、延长井筒防砂有效期的效果。砂砾注入与降压生产的交替进行，并配合适度出砂管理技术，实现粗粒径砂砾与地层泥质、砂质细颗粒和水合物分解空间的间歇性吞吐置换，促进粉砂质天然气水合物储层的高效降压开采，并降低海洋天然气水合物长期开采过程中的地层失稳坍塌风险。