• 在勘探方面,地震资料似海底反射(BSR)是用来证 明海底存在水合物的最常见证据然而,BSR只是由 于上下沉积层速度差异形成,有BSR不一定代表存 在水合物。因此人们尝试了大量其它技术用于水 合物的勘探测试，从而开发出了几大类勘探方法
• 分类如下：地球物理勘探法，地球化学勘探法， 地貌勘测与水下成像勘测
勘探法细分类
地球物理勘探法 地球化学勘探法
1.地震勘探法 2.海底热流勘探 3.海底电磁、重力勘探 4.测井技术 1.气体异常检测法
2.孔隙水Cl ˉ浓度异常
3.稳定同位素法
地貌勘测与水下成像勘测
地球物理勘探法-地震勘探法
• 物探法是现在普遍使用的天然气水合物的 勘探方法，准确度也比较高，尤其是地震 勘探技术应用广泛。单道和多道地震是勘 探天然气水合物中一直使用的传统方法。
天然气水合物结构图
1.天然气水合物的成藏条件
• 天然气水合物的形成与稳定存在需要低温和高压的条件。
• 而天然气水合物形成区往往会有一个天然气水合物稳定带 （简称GHSZ）
• GHZS与水深、底层水温度、压力、地温梯度、孔隙水盐 度、天然气成分有关。
天然气水合物分布预测图
地层温度与压力
• 在纯水——甲烷体系中 • 大陆极地地区（地表温度低于0℃）甲烷水
地球物理勘探法—测井技术
• 测井技术——是进行天然气水合物勘探的 有效方法，测井方法能够在原位地层压力 和温度条件下测量地层物理特性，这种方 法对发现和研究天然气水合物来说是其他 的勘探方法所不能替代的
地球化学勘探方法—气体异常检测 法
• 甲烷是构成天然气水合物的主要物质，另 外还有少量烃类，如乙烷、丙烷等，和非 烃类的化合物，如H������������，C������������等因此存在天 然气水合物的地区，在海底沉积物、海水 及海面大气中，这些气体元素含量必然会 出现异常。固可通过检测海水中这些物质 含量的异常来判断水合物的分布与含量。
截至2015年世界在天然气水合物方 面的开采方法综述
• 开采的基本原理是通过改变天然气水合物 的稳定存在的温压条件,促使水合物分解, 从而达到开采的目的。在目前国内外常见 几种NGH开采技术主要包括:注热开采法、 降压开采法、化学剂开采法、CO2置换开采 法以及几种开采方式相结合的开采方法。
注热开采法
开采原理图(2)
技术核心问题(3)
• 1)水合物藏采掘和环保安全防护装备研制。 • 2)海水水合物混合颗粒气液固多相非平衡
分解过程控制。 • 3)水合物藏固态采掘水下输送气液固多相
非平衡管流举升系统建立。
化学剂开采法
化学开采法：是以某些化学试剂(如甲醇、乙 醇、乙二醇、盐水、氯化钙等)改变水合物形 成的相平衡条件，降低水合物的稳定温度， 促进水合物分解。 缺点：该方法最大的缺点是速度慢,费用高,且 由于海洋中水合物的压力较高,回采气体较困 难。
������������������ 置换开采法
• CO₂置换法的原理是:甲烷水合物所需的稳定 压力较CO ₂高,在某一压力条件下,甲烷水合 物不稳定,而CO₂水合物却是稳定的,这时CO₂ 进入到天然气中,与水形成水合物,同时所 释放的热量可用于分解NGH。
• 海水提升技术早先应用于煤炭开采，且技术已经成熟
南海陆坡区水合物资源远景区分布 图（2）
系统结构图（3）
四大功能 模块组成： 1.海底集 矿模块、 2.海水提 升模块、 3.监控模 块 4.海上气 体收集模 块
深水浅层天然气水合物固态流化绿 色开采技术--中海油研究总院(1)
• 绿色开采技术原理：利用水合物在海底下 的温度和压力下的稳定性，采用固态开采 的方法。即采用挖掘设备以固态形式开发 天然气水合物的矿体，将含天然气水合物 的沉积物粉碎成小颗粒后与海水混合，才 用封闭的管道输送至海洋平台，再在海上 平台进行后期处理与加工。
双层分支水平井注热海水开采海底 天然气水合物经济性评价——西南石油大学（1）
• 模型解释：开采初期，热水在两水平井中 独立循环，井眼周围天然气水合物被预热 并且逐渐分解，随时间推移，两水平井中 间夹层被沟通并形成高渗透率多孔介质通 道，最终得到由两水平井及连通区域组成 的“热水腔”；向下层水平井中注入热水 不断扩大“热水腔”作用范围促使更多天 然气水合物分解，在上层水平井中采出水 和天然气的混合物，如此循环进而达到天 然气水合物开采的目的。
地球化学勘探方法—孔隙水 Cl¯浓度异常
• 孔隙水中Cl¯浓度异常是水合物矿区的重要 标志之一，通常在水合物分布地区孔隙水 Cl¯浓度随深度急剧减小，目前收集到的各 地许多含水合物钻孔中测得的孔隙水氯度 （０.５１‰～８.２%）都远低于海水（约 １９.８%）。因此，孔隙水浓度可以作为 指示天然气水合物的一个重要指标.
地球化学勘探方法—稳定同位素法
• 稳定同位素化学是研究天然气水合物成矿 气体来源的最有效的手段，多用甲烷中的 ������������������值等来判断,高������������������含量成为判别水合物 存在的一个重要标志定成矿原因。
地貌勘测和水下成像勘测
• 现在海底探测手段多样，普遍是利用声呐 设备，如多波束、侧扫声呐、合成孔径声 呐、浅地层剖面仪等进行海底地形地貌和 地层结构的探测。
降压开采法
降压法:是指通过钻探等方法降低NGH层下面的游 离气聚集层位的平衡压力或形成一个天然气/囊 0(由注热法或化学剂法作用人为形成),与天然气 接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水。 优点：不需要昂贵的连续激发 当水合物层下面存在自由气藏时,降压开采是最 有效的方法 缺点：降压过程本身就是有限的，水合物储层下 部不存在游离气时，就不能使用
海水提升法试采南海天然气水合物的可 行性分析——广州海洋地质调查局（1）
• 系统工作原理及流程:海水提升法的工作原理是在海底 用采矿车把天然气水合物以固体的形式采出，再利用海 底集矿系统对浅层的水合物进行初步分离，然后利用海 水提升系统将先前收集的水合物提升至海面采矿船. 水 合物在提升过程中由于外界温压条件的变化，将会发生 部分分解，但是整个系统是密闭的. 因此，在这个过程 中务必要采取气-液-固三相混合输送技术. 矿藏经过充分 研磨后进入分解器，并向其中加入适量海水，海水温度 （约20 ℃）相对于水合物而言是高的，后者会被分解. 待其充分分解后，气体、海水、砂石三者分离，气体沿 顶部出口管道排出.
地球物理勘探法—海底电磁、重力勘探
• 海底电磁——天然气水合物在电性上是绝缘的， 通过人工源海底电磁探测来辅助地震勘探手段， 可了解天然气水合物厚度、孔隙度，从而利用 电法资料辅助评价和计算天然气水合物的资源
• 重力勘探——通过重力仪记录海底随海洋波动 的垂直起伏，进而计算近海底沉积地层的剪切 模量，通过剪切模量异常估算沉积地层中天然 气水合物的含量
• 注热开采法简称注热法,是将蒸汽、热水或其 他热流体从地面强制注入到NGH地层,使温度上 升,水合物分解而形成天然气的开采方法。
• 缺点：注热法的主要不足之处在于热损失大、 效率低。
• 改进：Cranganu提出了一种新的开采方法,即 条件性注热法:该方法无需从地表注入其他热 流体,而是将气体燃料混合物由解吸气体排出 的同一井筒中注入,燃料燃烧所放出的热量足 以满足水合物分解所需的能量,达到节约能源 的目的。（自产自销）
海底地震Байду номын сангаас缆是将电缆铺设在海底来接收地震数据， 它可以接收到海面拖缆无法记录到的Ｓ波信号，利 于ＢＳＲ之下的气区成像
地球物理勘探法—海底热流勘探
• 天然气水合物形成和分解时，都会伴随着 吸热和放热的过程，因此海底热流勘测也 是研究水合物的重要方法之一。
• 利用海底热流探针可以直接测量海底热流 和海底温度，利用测得的数据可以估算天 然气水合物稳定带的底界，也可以从宏观 上确定大陆边缘水合物可能存在的分布范 围，高热流点区或者高地热梯度带一般不 利于天然气水合物的保存
天然气水合物的勘探与开发
目录
• 1.天然气水合物的介绍 • 2.天然气水合物的成藏条件 • 3.截至2015年世界在天然气水合物方面的
勘探方法综述 • 4.截至2015年世界在天然气水合物方面的
开采方法综述 • 5.截至2015年国内各大研发机构的研发成
果
天然气水合物的介绍
• 天然气水合物(Natural gas hydrate，简称NGH)是由水和天然 气在一定的温度和压力条件下组成的非化学计量的笼形晶体结 构化合物. 其外观像雪或松散的冰，遇火可燃烧，通常呈白色， 俗称可燃冰. 研究结果表明，天然气水合物广泛分布于陆地永 久冻土区和大陆边缘的海底深层砂砾中. 据估计，全球深度在 2000 m 以内的岩石圈浅部的天然气水合物的碳储量为 2×10^16m³，相当于现已探明的常规化石能源(煤、石油和天 然气)总含碳量的2 倍，被认为是最具开发前景和能源潜力的 新能源之一. 国外已在海底和永久冻土层发现了天然气水合物 藏，我国也在神狐海域和祁连山冻土区钻获含天然气水合物的 岩芯，中国天然气水合物总资源量约为83.66×10^12m3，其中 南海海域、东海海域、青藏高原冻土区和东北冻土区分别约为 64.97×10^12，3.38×10^12，12.5×101^2和2.8×10^12m3。
合物深度上限是150m • 大洋中（海底温度约为0~3 ℃）甲烷水合物
一般产于水深300m以下的沉积层中。
地温梯度
• 地温梯度是决定GHSZ厚度的一项重要参数 • 高地温梯度 —— GHSZ较薄 • 低地温梯度 ——GHSZ较厚 • 同时地温梯度是壳内热流（+）与岩石热导
率（—）的函数
天然气成分
• 细分为高辨率地震方法、深拖多道地震探 测方法、海底地震仪方法、海底地震电缆 等探测方法。
高分辨地震勘探——设备比传统地震勘探设备简单， 震源频率高，注重地层垂向分辨率，可清楚地显示 ＢＳＲ层。 深拖多道地震勘探——将震源和数据接收电缆置于 近海底，可分辨出水合物层详细的地层结构，但是 ＢＳＲ层反射要弱一些。 海底地震仪——放置于海底，进行定点长期观测， 与反射地震数据相配合，可以给出水合物区的沉积 地层速度结构模型。