天然氣水合物勘探概況及鉆探取心技術探討

天然氣水合物勘探概況及鉆探取心技術探討第一頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG2一、天然氣水合物概況二、世界能源的分布及消耗三、研究天然氣水合物的意義四、天然氣水合物勘探現(xiàn)狀五、天然氣水合物開發(fā)六、水合物勘探面臨的難題七、取心關鍵技術及解決辦法八、地表處理過程中的關鍵問題九、鉆進取心綜合措施十、保溫保壓取心裝置十一、地表巖心后處理技術研究目錄第二頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG3一、天然氣水合物概況第三頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG4一、天然氣水合物概況天然氣水合物（NaturalGasHydrate，簡稱GasHydrate）因其外觀象冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”。它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等）下由水和天然氣組成的類冰的、非化學計量的、籠形結晶化合物。它可用M·nH2O來表示，M代表水合物中的氣體分子，n為水合指數(shù)（也就是水分子數(shù)）。組成天然氣的成分如CH4、C2H6等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成單種或多種天然氣水合物。形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷，對甲烷分子含量超過99％的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物（MethaneHydrate）。

1、什么是天然氣水合物第四頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG5一、天然氣水合物概況第五頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG6天然氣水合物在自然界廣泛分布在大陸、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境。一、天然氣水合物概況2、天然氣水合物的分布第六頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG7目前，全球已發(fā)現(xiàn)116處潛在的天然氣水合物產(chǎn)地。其中，美國和加拿大沿海地區(qū)、危地馬拉海岸、印度洋、日本海域和俄羅斯的鄂霍茨克海等15處通過鉆井取樣確認。中國的東海海域、南海海域和青藏高原也具有天然氣水合物分布的廣闊前景。2007年5月1日凌晨，在我國南海北部成功鉆獲天然氣水合物實物樣品，并經(jīng)初步預測，其遠景資源量可達上百億噸油當量。一、天然氣水合物概況第七頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG8天然氣水合物中水分子是主體分子，形成所謂空間點陣結構，氣體分子充填于點陣間孔隙中，氣體分子與水分子間沒有化學計量關系；點陣結構水分子間以較強的氫健結合，氣體水分子間以范德華力結合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物形成的3種基本籠型晶體空間結構是立方體型結構，菱形立方體型結構，六方體H型結構。一、天然氣水合物概況3、天然氣水合物的分組成及結構第八頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG9一、天然氣水合物概況第九頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG10二、世界能源的分布及消耗第十頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG11據(jù)80年代國際天然氣潛力委員會(PGC)的統(tǒng)計,世界各大洋中,天然氣水合物的總量換算為甲烷氣體,高達2×1016m3,其含碳量比迄今世界上所有已知石油、天然氣、煤炭礦產(chǎn)大2倍,約占化石燃料(煤、石油、天然氣)的53%，右圖給出了地球上的有機碳分布。二、世界資源的分布及消耗第十一頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG12二、世界資源的分布及消耗煤、石油、天然氣是當今世界各國的主要礦物能源，已開采使用近百年。據(jù)專家們估計，再有30~40年左右，就會面臨能源枯竭的局面。國際能源機構曾指出世界油氣產(chǎn)量在2001~2020年將達到頂峰，此后，就不可避免地持續(xù)下降。強烈的能源憂患意識產(chǎn)生尋找新的替代新能源的熱潮。第十二頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG13前天國際原油價格最新油價WTI98.18美元↑0.89美元；布倫特95.76美元↑1.26美元；上升到100美元不是不可能。估計90%的海域和占陸地26%的高緯度長年永凍區(qū)所發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物，勢必引起各國政府和企業(yè)界的高度重視，投巨資、強化研究、希冀盡快有新的突破。二、世界資源的分布及消耗第十三頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG14三、研究天然氣水合物的意義第十四頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG15Gashydrateisanimportanttopicforstudyforthreereasons:1.Itcontainsagreatvolumeofmethane,whichindicatesapotentialasafutureenergyresource.三、研究天然氣水合物的意義Whydowestudyit?第十五頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG16由于獨特的晶體結構與分子空間構型決定了天然氣水合物獨特的高濃集氣體的能力，表現(xiàn)特點為高濃度氣體=高儲量。在實驗標準狀態(tài)下，單位體積天然氣水合物可釋放出160-180倍體積甲烷氣體。因而天然氣水合物礦藏的發(fā)現(xiàn)、勘探、開發(fā)與研究也就極具價值。原蘇聯(lián)科學院院士A.A.特羅菲姆克認為，有利于天然氣水合物形成條件的地區(qū)，如占全球陸域面積27%的永久凍土帶地區(qū)，90%的海洋具備天然氣水合物賦存條件；據(jù)此，目前估算全球天然氣水合物含碳量為全球化石燃料(石油、天然氣和煤)含碳量的兩倍，從這個意義上說，天然氣水合物成為21世紀清潔高效的替代能源資源可望成為不爭的事實。三、研究天然氣水合物的意義第十六頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG172.Itmayfunctionasasourceorsinkforatmosphericmethane,whichmayinfluenceglobalclimateMethanefromthehydratereservoirmightsignificantlymodifytheglobalgreenhouse,becausemethaneis~20timesaseffectiveagreenhousegasascarbondioxide,andgashydratemaycontainthreeordersofmagnitudemoremethanethanexistsinthepresent-dayatmosphere.Becausehydratebreakdown,causingreleaseofmethanetotheatmosphere,canberelatedtopressurechangescausedbyglacialsea-levelfluctuations,gashydratemayplayaroleincontrollinglong-termglobalclimatechange.三、研究天然氣水合物的意義第十七頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG183.Itcanaffectsedimentstrength,whichcaninitiatelandslidesontheslopeandrise.Gashydrateapparentlycementssediment,and,therefore,itcanhaveasignificanteffectonsedimentstrength;itsformationandbreakdownmayinfluencetheoccurrenceandlocationofsubmarinelandslides.Suchlandslidesmayreleasemethaneintotheatmosphere,whichmayaffectglobalclimate.三、研究天然氣水合物的意義第十八頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG19四、天然氣水合物勘探現(xiàn)狀第十九頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG20從1810年英國Davy在實驗室首次發(fā)現(xiàn)氣水合物。

1934年，在輸氣管道內(nèi)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物，給天然氣的輸送帶來麻煩，開始研究工業(yè)天然氣水合物的預報和消除；

1965年前蘇聯(lián)在西伯利亞麥索亞哈氣田，發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物的礦層，引起許多國家科學家的重視。20世紀70年代世界各大陸邊緣和高緯度極地永凍層發(fā)現(xiàn)天然氣水合物，主要為甲烷水合物，為世界范圍的廣泛認可。在美國，新澤西州和喬治亞天然氣水合物集中區(qū)已經(jīng)繪在圖上。四、天然氣水合物勘探現(xiàn)狀1、國際情況第二十頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG21美國東南部海外有一處(僅30000km2)處于快速沉積形成山脊帶，蘊藏著美國年消耗天然氣量近30倍的天然氣水合物，這一地區(qū)稱為布拉克山脊(BlackRidge)。1974年前蘇聯(lián)在黑海1950m水深處，取得天然氣水合物凍狀樣品。此后在黑海、貝加爾湖等地海底取樣與地震探測，紛紛發(fā)現(xiàn)天然氣水合物。1979年深海鉆探計劃(DSDP)第66、67航次和此后的大洋鉆探計劃，都取得了巖心，發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物。四、天然氣水合物勘探現(xiàn)狀第二十一頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG22●1995年,美國在ODP164航次中率先在布萊克海脊布設了3口勘探井,首次有計劃地取得了水合物樣品?！?997年美國又與日本、加拿大合作在阿拉斯加打了1口示范井。而在2000年,日本國家石油公司(JNOC)與日本國際貿(mào)易和工業(yè)部(METI)共同出資在日本東南的南海海槽(NankaiTrough)鉆了一系列水合物測試井?！?002年1月加拿大、美國和日本在加拿大Mackenzie三角洲開鉆了水合物井—Mallik2L-8井,證實在永久凍土帶下面存在水合物?！?003年3月，Andarko石油公司、Maurer技術公司和美國能源部在阿拉斯加北部斜坡開始鉆第1口水合物調(diào)查研究井—“HotIceNo.1”。四、天然氣水合物勘探現(xiàn)狀第二十二頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG23●2005年3月，美國能源部和石油巨頭雪佛龍德士古公司(ChevronTexaco)聯(lián)合（JIP計劃）開始在墨西哥灣Keathley峽谷和Atwater谷區(qū)進行水合物勘探鉆井，計劃在8個鉆位鉆16口井。每個鉆位鉆2口井,相距13～23m左右,一口井取心,另一口井用來測井(隨鉆測井),水深在1300m左右，并將在井中安裝長期的監(jiān)控設備?！?007年5月1日凌晨，在我國南海北部成功鉆獲天然氣水合物實物樣品，并經(jīng)初步預測，其遠景資源量可達上百億噸油當量。四、天然氣水合物勘探現(xiàn)狀第二十三頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG24日本是個礦物能源缺乏的國家，1991年底，據(jù)日本資源能源廳公布勘查結果：在靜崗至四國海域的南部海溝，有厚達30m、面積為42000km2的埋藏可燃冰，約等于日本年天然氣產(chǎn)量的1400倍，埋藏量約74000億m3，可供100年使用的天然氣水合物。四、天然氣水合物勘探現(xiàn)狀第二十四頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG251999年國土資源部中國地質調(diào)查局廣州海洋地質調(diào)查局，擁有海洋調(diào)查船4艘，在我國海域南海北部西沙海槽區(qū)采集高分辨率多道地震測線534.3km，至少在130km剖面上識別出BSR標志，礦層厚80~300m，拉開了我國天然氣水合物資源調(diào)查的序幕。2000年該所又完成了高分辨率多道地震測量1523.3km，多波束海底地形測量703.5km及多種現(xiàn)代化取樣措施，經(jīng)綜合分析表明，南海北部西沙海槽區(qū)的天然氣水合物存在面積較大，是一個可觀的遠景區(qū)，2001年至今工作仍在繼續(xù)。四、天然氣水合物勘探現(xiàn)狀1、我國情況第二十五頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG26國家海洋局二所也傳來捷報，預示已找到可燃冰大量存在的BSR標志。經(jīng)初步估算，勾畫出分布區(qū)域，計算出穩(wěn)定帶的厚度，對其資源量作出評估，約為中國石油總量的1/2。經(jīng)過世界各國政府和科學家的努力，一個世界范圍勘查海底天然氣水合物的戰(zhàn)役已經(jīng)沸沸揚揚地展開，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)與日俱增，1980年僅9處，到2000年已猛增到88處。2007年5月1日凌晨，在我國南海北部成功鉆獲天然氣水合物實物樣品，并經(jīng)初步預測，其遠景資源量可達上百億噸油當量。四、天然氣水合物勘探現(xiàn)狀第二十六頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG27五、天然氣水合物開發(fā)第二十七頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG28五、天然氣水合物開發(fā)要從天然氣水合物儲層開采天然氣必須具備以下條件：（1）能夠將水合物顆粒暴露在水合物溫度壓力相平衡條件以外；（2）水合物分解屬于吸熱反應，而且水合物分解具有自“保護”性，因此需要有可持續(xù)的能量供應；（3）在水合物生產(chǎn)井，能夠將分解的氣體轉移出來，防止氣體的大量集結阻止水合物的繼續(xù)分解。1、天然氣水合物開采理論第二十八頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG29從天然氣水合物的相平衡可以看出4，要想滿足以上條件，只有以下三種途徑：（1）升高水合物的環(huán)境溫度；（2）降低水合物所處的壓力；（3）通過化學方法改變相平衡曲線，使相平衡曲線向左平移。

五、天然氣水合物開發(fā)第二十九頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG30天然氣水合物的熱壓力及其賦藏條件的特殊性決定了天然氣水合物勘探開發(fā)鉆井與常規(guī)油氣勘探鉆井有很大的不同，其最大難點在于鉆開水合物地層過程中，由于井眼溫度壓力的改變會使水合物發(fā)生分解，由此引發(fā)取樣困難、井壁易失穩(wěn)、井內(nèi)安全事故易發(fā)甚至海底地質災害乃至全球氣候變遷等問題。因此必須在勘探鉆井過程中對井內(nèi)溫度和壓力實施控制，而要進行控制首先就必須掌握井內(nèi)的熱壓力特征規(guī)律以及相應的鉆進技術如鉆進泥漿的循環(huán)護壁，鉆進時的鉆速、鉆壓等，其研究程度將是未來推動或制約我國和其他國家對天然氣水合物勘探開發(fā)研究和實施進程的關鍵因素。五、天然氣水合物開發(fā)第三十頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG31要將天然氣水合物轉化為商業(yè)用天然氣，實現(xiàn)途徑不僅要經(jīng)濟而且要安全。由于天然氣水合物的物理化學特，傳統(tǒng)的開采固體礦產(chǎn)的方法不適合開采天然氣水合物。根據(jù)水合物的形成原理，用于水合物分解開采的理論方法有以下三種。（1）熱熔法，該方法原理就是將熱量注入水合物沉積層，水合物吸收熱量后溫度升高引起水合物顆粒的分解。Klamath認為，可以從地面將熱的液體如水、鹽水、蒸汽注入到水合物開采層，或者在水合物開采層燃燒高能量物質以及采用電磁加熱等方法。五、天然氣水合物開發(fā)2、天然氣水合物開采常規(guī)方法第三十一頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG32（2）抑制劑刺激法，該方法原理是通過注入化學試劑使水合物熱動力相平衡發(fā)生改變從而引起水合物分解。但是，抑制劑刺激法只限于少量開發(fā)時采用，因為這與抑制劑成本比較高相關。在某些石油開采井，當出現(xiàn)水合物阻塞現(xiàn)象時，通過注入甲醇和氯化鈣溶液可以成功的疏通水合物的阻塞。五、天然氣水合物開發(fā)第三十二頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG33（3）減壓法，在該方法中，通過減小液體與水合物的接觸面壓力，促使水合物處在相平衡穩(wěn)定區(qū)域以外從而發(fā)生分解。在該方法中，由于沒有額外的熱量注入到水合物開采層，分解所吸收的熱量必須由周圍物質提供，但是當水合物分解吸收的熱量達到一定程度，水合物周圍環(huán)境溫度降低會抑制水合物的進一步分解。很多研究指出，這種方法在氣體全面分解過程中有利于控制開采氣體的流量。對于減壓法適合于那些儲藏中存在大量自由氣體的水合物儲層。五、天然氣水合物開發(fā)第三十三頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG34五、天然氣水合物開發(fā)第三十四頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG35五、天然氣水合物開發(fā)3、天然氣水合物開采特殊方法第三十五頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG36六、我國水合物勘探面臨的難題第三十六頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG37與國外相比我國天然氣水合物研究還存在較大差距：一是缺乏鉆井取心資料；水合物氣資源量評價參數(shù)條件不充分；二是基礎地質研究程度較低；三是實驗研究與地質研究缺乏有機結合；六、我國水合物勘探面臨的難題1、我國與國外差距四是缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和有效組織管理；五是對天然氣水合物有利區(qū)缺乏詳查；六是有利區(qū)地理位置不如上述試驗區(qū)優(yōu)越。第三十七頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG382.鉆進過程中天然氣水合物的分解會對鉆井安全、鉆進質量、設備等造成嚴重危害：（1）很難采集到高保真的天然氣水合物巖樣或巖樣采取率很低，造成對儲層特征的錯誤判斷；（2）氣體進入鉆井液后，與鉆井液一起循環(huán)，使鉆井液密度降低，導致井底靜水壓力降低，加速了天然氣水合物的分解，并表現(xiàn)為惡性循環(huán)，最終導致井底大量天然氣水合物分解，造成井徑嚴重擴大、井噴、井塌、套管變形和地面沉降等事故;六、我國水合物勘探面臨的難題第三十八頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG39（3）在深海和溫度很低凍土地區(qū)鉆進時，在井身內(nèi)一定位置或地面管路中具有氣體重新形成天然氣水合物的溫度和壓力條件，鉆井液中天然氣水合物一旦形成影響鉆井液循環(huán)或鉆井系統(tǒng)的其他管路的堵塞，導致一系列井內(nèi)惡性事故，且由于形成天然氣水合物所需水來自鉆井液自身，鉆井液的失水會嚴重影響其流動特性，鉆井液中的固相會沉析，使井身中鉆井液只有少量或沒有鉆井液。因此，鉆井過程中天然氣水合物的抑制分解是基于高保真取樣、安全鉆井和維護原位天然氣水合物層穩(wěn)定的目的，通過溫度和壓力的控制，不允許或能有效控制天然氣水合物的分解。

六、我國水合物勘探面臨的難題第三十九頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG40

3.天然氣水合物誘發(fā)分解的目的主要體現(xiàn)在三個方面：●一是可作為一種鉆井方法，即采用低密度泥漿，誘發(fā)天然氣水合物的分解（這種分解是可控制的，例如在起下鉆、換鉆頭、測井時則需增加泥漿濃度，抑制天然氣水合物的分解），在氣體進入泥漿后，隨泥漿循環(huán)到地面并被分離出來。該方法的可行性取決于在泥漿循環(huán)過程中形成天然氣水合物可能性、泥漿循環(huán)速度、泥漿溫度、發(fā)生井噴和井涌的可能性、井底天然氣水合物分解的可控制程度、地層特性等。

六、我國水合物勘探面臨的難題第四十頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG41●二是為了對鉆井系統(tǒng)中再生成的水合物堵塞進行消堵?！袢亲鳛殚_采天然氣水合物的一種方法，即通過井筒向天然氣水合物地層輸送能量，激發(fā)天然氣水合物分解成自由氣體或地層巖石破碎形成氣、液、固三相礦漿進行開采。六、我國水合物勘探面臨的難題第四十一頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG42●鉆井液能否抑制或者誘發(fā)鉆進過程中天然氣水合物分解和再生成，關系到天然氣水合物取心質量、試驗性和商業(yè)性鉆井開采的進程、鉆井作業(yè)能否順利實施和鉆井污染等關鍵性問題。同時，對天然氣水合物抑制分解和誘發(fā)分解機理、天然氣水合物開采工藝研究提供理論和技術基礎。

4、鉆井液的作用六、我國水合物勘探面臨的難題第四十二頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG43七、取心關鍵技術及解決辦法第四十三頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG44地質取樣技術包括抓斗取樣、重力取樣(柱樣)、大型重力活塞密封取樣等海底淺層取樣技術(深度達10～12m)和鉆井取芯技術，其中鉆井取芯技術是識別天然氣水合物的最直接的方法鉆井取芯技術的關鍵在于研制能夠取得高保真巖芯樣品的保溫保壓取芯器，這種取芯器一般具有以下的特點：1）具有耐高壓且可以自動密封的取樣系統(tǒng)；2）具有自動溫度識別和降溫系統(tǒng)；3）人工智能系統(tǒng)。七、取心關鍵技術及解決辦法第四十四頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG45目前比較有影響的取芯器有DSDP采用的保壓取樣筒PCB、ODP的PCS、活塞取樣器APC、歐盟研制的HYACE、日本研制的PTCS等。天然氣水合物整體鉆井技術系統(tǒng)和鉆井開采設備的研制近些年來也取得了很大的發(fā)展，如半潛式鉆井平臺、載人或自治潛艇器、海洋鉆探船等，目前最先進的綜合鉆探船為日本在建的IODP鉆探船，海底鉆探深度可達7000m。七、取心關鍵技術及解決辦法第四十五頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG46七、取心關鍵技術及解決辦法

要想準確地查明天然氣水合物的儲量、埋藏深度、物化特性等技術參數(shù)，而獲取地下深部實物資料的唯一手段只能是鉆探。對于天然氣水合物取心鉆探來講，其難度在于如何獲取原狀樣品，而根據(jù)現(xiàn)有鉆探技術條件，獲取原狀樣品的最佳途徑只能是采用適合天然氣水合物物性特點的保溫保壓取心裝置并應用繩索取心鉆探技術，才有可能在最短的時間之內(nèi)將儲存了原狀地層樣品的取心裝置提升至地面并送入專用處理裝置進行巖心在地表的后處理。1、目的第四十六頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG47七、取心關鍵技術及解決辦法天然氣水合物鉆探取心的關鍵是如何在鉆進進尺過程中、在巖心提取過程中和在地表（包括鉆井平臺和陸上實驗室）保持巖心的原位性狀，獲得高保真巖心，并有較高的安全鉆進效率，因此，可以將天然氣水合物取心鉆探的關鍵技術歸納為以下三點： 鉆進過程中 巖心提取過程中 地表處理第四十七頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG48海上作業(yè)的特殊性安全鉆頭重入船的運動鉆進的連續(xù)性第四十八頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG49測井資料表明，由于天然氣水合物對沉積物的膠結作用，使沉積物比較致密，滲透性差，孔隙度低，表現(xiàn)為電阻率高、聲波時差小、自然電位的異常幅度不大、伽瑪射線強度高等。但天然氣水合物地層的可鉆性級別并不高，鉆進過程中只是由于人工干擾而打破了天然氣水合物在自然狀態(tài)下賦存的平衡狀態(tài)，會產(chǎn)生氣體排放、井壁剝落導致井徑擴大等，這些必須在制定鉆井工藝時進行充分考慮并制定相應工程技術措施。2、天然氣水合物賦存地層的巖石物性特征七、取心關鍵技術及解決辦法第四十九頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG503、鉆進過程中的關鍵問題及措施眾所周知，在鉆進過程中，任何巖心容納器對孔底來說，都是一個開放系統(tǒng)（如圖），所以，在天然氣水合物鉆進過程中必須使孔底溫度壓力環(huán)境保證巖心容納器中和孔底孔壁的天然氣水合物盡可能不分解，從而在巖心容納器中能形成天然氣水合物巖心并安全高效鉆進。因此，先進、可靠的保溫保壓技術是成功獲取天然氣水合物實物巖心樣品的最關鍵因素。第五十頁，共七十七頁，2022年，8月28日取芯器內(nèi)溫度壓力氣體平臺泥漿冷卻裝置高密度低溫含抑制劑泥漿數(shù)據(jù)采集裝置

隔水超前取芯鉆頭

壓力補償與卸壓收集分解氣

減阻機構、隔溫層蓄能裝置

取芯器孔底七、取心關鍵技術及解決辦法第五十一頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG52此外，由于海浪的作用，鉆進平臺會發(fā)生漂移，對于深海無隔水管鉆進來說，提鉆后再次下入的鉆桿再次入位相當困難，因此必須最大限度地減少提升鉆桿的次數(shù)以盡可能長地提高純鉆時間。繩索取心鉆進技術、高效長壽命取心鉆頭和取心鉆進與全面鉆進快速轉換技術，將有效地減少提下鉆次數(shù)，提高鉆進效率，降低鉆探成本。七、取心關鍵技術及解決辦法第五十二頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG535、巖心提取過程中的關鍵問題及措施在打撈巖心的提升過程中，主要是取心器的外部環(huán)境壓力和溫度的變化，且壓力變化更為劇烈，對巖心的影響很大。巖樣打撈過程中的保溫保壓目的主要是在巖心從孔底打撈到地表過程中要使巖心保持孔底的溫度和壓力，并使之盡量不發(fā)生分解或把分解程度降到最小，盡最大可能在地表獲得高保真天然氣水合物巖心。七、取心關鍵技術及解決辦法第五十三頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG54繩索打撈式保溫保壓取心器、安全可靠的壓力補償裝置、高速繩索取心絞車、實時記錄打撈過程中取心器內(nèi)溫度、壓力等技術措施加以解決。保溫保壓取心器上集成了鉆進過程中實時記錄取心器內(nèi)溫度、壓力的裝置，這也是ODP在使用Ⅱ型ODP-PCS取樣器后所建議的進一步發(fā)展方向，其是對所獲取樣品進行原位數(shù)據(jù)恢復所能夠發(fā)揮有效作用的最佳工程技術方法。七、取心關鍵技術及解決辦法第五十四頁，共七十七頁，2022年，8月28日打撈過程取芯器內(nèi)溫度壓力氣體數(shù)據(jù)采集裝置

高速打撈機構

隔溫層蓄能裝置

取芯器海水、鉆孔壓力補償與卸壓收集分解氣

組合式球閥密封

七、取心關鍵技術及解決辦法第五十五頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG56八、地表處理過程中的關鍵問題第五十六頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG57在從井底到地表，盡管采用了一系列保護措施，但天然氣水合物樣品的穩(wěn)定性依然在隨著時間和環(huán)境變化而逐漸惡化。容納著天然氣水合物樣品的巖心管到達地表之后，如何在最短的時間內(nèi)采取并將其保存在模擬孔底環(huán)境中，一直是天然氣水合物取心鉆探所必須認真考慮的問題。八、地表處理過程中的關鍵問題第五十七頁，共七十七頁，2022年，8月28日地表處理過程取芯器內(nèi)溫度壓力氣體數(shù)據(jù)采集裝置

組合式球閥密封蓄能裝置

取芯器原位溫度壓力氣體文件地表處理壓力補償與卸壓收集分解氣

數(shù)據(jù)回放高低溫柜保真轉移裝置保壓切割

非接觸測試保壓封裝高壓倉保真巖樣隔溫層八、地表處理過程中的關鍵問題第五十八頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG59天然氣水合物的取心鉆進是一個綜合技術體系，因此必須綜合考慮鉆進全過程所有可能遇到的各種環(huán)境條件，比如可以遇見到的地質條件會有淤泥層、松散層、天然氣水合物儲層、主要礦層的頂?shù)装鍖拥?，必須系統(tǒng)考慮采用不同的鉆進工藝進行應對。主要考慮淤泥類含礦地層、固結性含礦地層以及固結性不含礦地層的取心鉆進和不取心鉆進工藝以及各工藝之間的快速轉換技術。九、鉆進取心綜合措施第五十九頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG60A:對于淤泥類礦層的取心鉆進高強度繩索取芯鉆桿＋外管鉆頭＋繩索打撈式超前活塞取心器＋全液壓高速繩索取心絞車。九、鉆進取心綜合措施第六十頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG61B:對于固結性巖礦層的鉆進取心鉆進：高強度繩索取芯鉆桿柱＋繩索取芯外管鉆頭＋繩索打撈式保溫保壓取芯內(nèi)管總成＋高密度（增加孔底壓力）含水合物抑制劑的低溫鉆井液；當需要全面鉆進時，只需把取心內(nèi)管總成更換成取心鉆進內(nèi)管總成即可，泥漿則可改用常規(guī)泥漿以節(jié)約費用。

九、鉆進取心綜合措施第六十一頁，共七十七頁，2022年，8月28日天然氣水合物鉆探取心過程第六十二頁，共七十七頁，2022年，8月28日全面鉆進第六十三頁，共七十七頁，2022年，8月28日鋼絲繩提全面鉆頭，換取心鉆具第六十四頁，共七十七頁，2022年，8月28日投放取心鉆具第六十五頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG66取心器取芯過程上提取心器數(shù)據(jù)采集傳感器探頭第六十六頁，共七十七頁，2022年，8月28日竇斌博士、副教授CUG67深水海底鉆探取樣技術１、遙控式深水