【正文】 到?jīng)Q定性影響的客觀條件是凍土層的年平均溫度 cpt 和融土層的地溫梯度 tg 。作用在單元體上的垂向主應力來自上覆層巖石的重量，它的大小可以根據(jù)密度測井資 料計算，一般為： ZgdzH sz ?? ?0 ρσ （ 41） 式中 zσ —— 垂向主應力， Pa； g —— 重力加速度，ｍ /s2； sρ —— 上覆層巖石密度， kg/m3； Z —— 垂直構造應力， Pa。氣田的最高年產(chǎn)量為 211109m3。在開采 8a 以后 ， 氣田轉入了封存階段 (開采的第 Ⅳ 階段 )， 這個階段持續(xù)了 4a 左右。麥索雅哈氣田長期工業(yè)試驗開采可分為 5 個階段 ： 第 Ⅰ 階段 ， 此時地層壓力沒有降至水合物在天然氣水合物礦體中分解壓力以下。麥麥索雅哈氣田的天然氣層為 Pokur組 Dolgan層 ， 埋深為 720～ 820m。滲透性系數(shù)在廣泛范圍內(nèi)變化，平均為 。 凍土帶天然氣水合物注熱降壓開采 20 麥索亞哈氣田地質特征 索雅哈天然氣水合物氣田位于西伯利亞 YeniseiKhatanga坳陷中 ， 背斜構造面積 230km2， 天然氣屬熱解氣 ， 由構造以南深凹陷中的侏羅系內(nèi)生成 ，儲集層為白堊系 砂巖。 注熱開采能量計算啟示我們：在地層溫度較高的情況下進行降壓開采，利用地層溫度的降低釋放出來的能量進行水合物的分解，可 以產(chǎn)生大量的天然氣 [21]。 圖 33 水合物層單井注熱與多井注熱 開采 效果比較 [20] 注熱開采 能量分析 水合物分解所需要的能量主要分為五部分：水合物分解能量、巖石骨架升溫所需能量、水合物升溫所需要的能量、地層中束縛水升溫所需要的能量和水合物分解后分解水和天然 氣升溫所需要的能量。往往很多開發(fā)方式都是伴隨著降壓過程進行。為降低水合物儲集層的壓力，可以開采水合物儲集層之下的游離天然氣或是采用熱激發(fā)或注入化學試劑的方法，從而使水合物不穩(wěn)定而分解。 圖 28 分散狀天然氣水合物形成 凍土帶天然氣水合物形成以及 存在形式 13 透鏡體水合物是是低溫冰凍模式形成的水合物，它是有地下已存在的氣體礦床或飽和氣體的水在上升過程中受到冷凍發(fā)生相變而形成中間厚擴展向兩邊透鏡體狀的水合物。進入全新世，雖然大規(guī)模的冰期 已經(jīng)結束，但由于整個高原仍處于不斷隆升狀態(tài)，且高原海拔已上升到 4000m 以上，特殊的海拔高度決定著整個高原仍處在冰緣環(huán)境下。 凍土帶水合物與常規(guī)油氣藏關系密切。聯(lián)解方程式獲得水合物穩(wěn)定帶底界、頂界埋藏深度和厚度。烴類氣源和地下水也許與多年凍土無關；但溫度和壓力條件與多年凍土有密切的關系，受到了多年凍土熱狀態(tài)、多年凍土厚度以及多年凍土層下地熱梯度等的控制和影響。圖給出了多年凍土厚度計算結果，表明多年凍土底板下融土對多年厚度有較大影響，但多年凍土厚度與凍土低溫梯度有密切關系。如圖 22 所示為我國凍土地帶分布和找礦前景圖 。 凍土帶天然氣水合物形成以及 存在形式 4 第 2 章 凍土帶天然氣水合物形成以及 存在形式 凍土帶在地質學是指 0℃ 以下，并含有冰的各種巖石和土壤。并先后設立了 “ 天然氣水合物勘探開采模擬研究 ” 、 “ 天然氣水合物開采中若干關鍵問題的研前言 3 究 ” 、 “ 大陸坡天然氣水合物形成的地質條件與成藏機理研究 ” 、 “ 海底天然氣滲漏系統(tǒng)水合物成藏機制及識別方法 ” 等知識創(chuàng)新重要方向項目 4個、百人項目 3個以及其他項目多個。 20xx年 4項， 20xx年 8項。目前最重要的當屬《我國海域天然氣水合物資源調查與評價》專項中的 3個配套科研項目。 20xx年 3月 10～ 16日 ， 日本和加拿大科學家再次對 Mallik 2L238井進行了水合物開發(fā)測試。 20xx年 9月，我國在青海發(fā)現(xiàn) “ 可燃冰 ” ， 使我國成為世界上第一次在中低緯度凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的國家，也是繼加拿大 1992年在北美麥肯齊三角洲、美國 20xx年在阿拉斯加北坡通過國家計劃鉆探發(fā)現(xiàn)天然氣水合物之后，在陸域通過鉆探獲得天然氣水合物樣品的第三個國家。以麥索亞哈氣田開采實例，分析了 注 熱降壓開采的原理，同時對水力壓裂開采水合物壓裂的基本原理進行分析，在 簡化模型下分析了水力壓裂增產(chǎn)效果。 分析 推測了常見幾種凍土帶水合物微觀結構 及其 形成過程 。與海洋相比，陸地開采天然氣水合物的難度要小得多，同時陸 地上開展天然氣水合物開采試驗無疑為海洋大規(guī)模開發(fā)天然氣水合物提供良好的基礎 [3]。除了進行了鉆探資源調查評價外 ， 還進行了試開采研究 [5]。國土資源部的科研項目以資源類為主。 20xx年 4項， 20xx年 6項。于 20xx年組 織了跨研究所、跨學科的優(yōu)勢研究力量組建了 “ 中國科學院廣州天然氣水合物研究中心 ” 。 研究內(nèi)容包括以下幾個方面：通過分析給出凍土帶地質特點；研究凍土帶厚度；天然氣水合物在凍土帶穩(wěn)定存在的條件；分析麥索亞哈氣田水合物開采的具體方法；提出一種新的水合物開采方法，以及分析其可行性。凍土區(qū)主要分布在青藏高原、大興安嶺以及其他高山地區(qū)。此時多年凍土厚度有： cptt fcp hgtH ??? ?? （ 22） 式中， H為多年凍土厚度 （ m）； cpt 為年均地溫（ ℃ ）； f? 為凍土（巖）的導熱系數(shù)； tg 為多年凍土底板附近融土的地溫梯度； t? 為多年凍土地板附近融土的導熱系數(shù)； cph 為地溫年變化深度（ m），通常取 15m；導熱系數(shù)取高原上土質的平均狀態(tài)，如 f? = CmW ??/ 。多年凍土區(qū)天然氣水合物的形成需要充足的烴類氣源、地下水、適合的溫度和壓力 4個基本條件。水合物穩(wěn)定帶厚度為 ： tfsz hhhh ??? )( （ 29） 凍土帶天然氣水合物形成以及 存在形式 9 式中 zh 為水合物穩(wěn)定帶厚度， ( fs hh? )表示水合物底界埋深， th 為水合物頂界埋深。在沉積層中，水合物以分散狀膠結尚未固結 的沉積物顆粒，或者是以結核狀、團塊狀、薄層狀的集合體賦凍土帶穩(wěn)定存在深度140012001000800600400200020 10 0 10 20 30溫度/ ℃深度/m系列1系列2凍土帶天然氣水合物形成以及 存在形式 10 存于沉積物中，還可能以細脈狀、網(wǎng)脈狀充填于裂隙中。此間，在上新世至更新世期間，深海有孔蟲氧的同位素記錄顯示全球總體上為強烈的降溫時期；在更新世末期至全新世期間 (約在 0． 71Ma)，青藏高原也整體進入冰凍期，形成了大面積的凍土，出現(xiàn)了大規(guī)模的山地冰川，除夏季以外，高原上穩(wěn)定的積雪及大規(guī)模的冰川提高了地表反射率，增強了冬季高原上空的冷高壓，促使高原進一步變冷，其中，晚更新世末期是末次冰期最盛期，青藏高原處于嚴寒、干旱的冰緣環(huán)境，在這種干冷的氣候下，青藏高原開始形成大面積的多年凍土。如圖所 示： 凍土帶天然氣水合物形成以及 存在形式 12 圖 27 層狀或片狀水合物形成 有完整的層狀或塊狀水合物形成是，由于地質構造運動，褶皺活斷層劇烈時，水合物礦藏將受到破壞，水合物礦藏發(fā)生斷裂破壞，此時溫度壓力改變水合物將分解斷裂，當 有新的適宜壓力和溫度條件時，水合物不再分解，重新穩(wěn)定，形成分散 狀 的各種形態(tài)不一的水合物結構 。 降壓 開采原理 降壓 開采機理 通過降低天然氣水合物儲集層的壓力促使水合物脫離其穩(wěn)定帶，從而引起水合物的相平衡曲線的移動，使水合物分解。 其他方式的能量，在降壓開采過程中往往可以結合其他的方式，使得水合物不斷分解。 注熱開采法的主要不足是會造成大量的熱損失，效率很低，特別是在永久凍土區(qū)，即使利用絕熱管道，永凍層也會降低傳遞給儲集層的有效熱量。因此，提供足夠的熱源是水凍土帶天然氣水合物注熱降壓開采 19 合物開發(fā)的關鍵。 GOHOHG nH ??? ??? 22 )( 吸熱 (31) 圖 35 天然氣水合物相態(tài)變化示意圖 麥索亞哈氣田水合物開采實例 麥索亞哈氣田是目前天然氣水合物開采成功氣田之一，其開采方法主要采用的就是降壓開采 。有效孔隙度在 16%38%范圍內(nèi)變 化，剩余含水率在 29%59%范圍內(nèi)變化。 凍土帶天然氣水合物注熱降壓開采 21 圖 36 麥索亞哈氣田甲烷水合物穩(wěn)定層的深度 溫度帶相圖 麥索亞哈氣田礦藏結構 地下溫度、地層壓力和孔隙水 含鹽度的區(qū)域分析表明 ， 西伯利亞盆地北部甲烷水合物穩(wěn)定帶的賦存深度大約可達 1000m。 凍土帶天然氣水合物注熱降壓開采 22 圖 37 麥索亞哈氣田礦體產(chǎn)狀剖面圖 麥索亞哈氣田水合物開發(fā)過程 麥索亞哈水合物開采主要采用降壓開采方法。在該階段內(nèi) ， 從氣田開采的天然氣量等于水合物在天然氣水合物礦體中分解時析出的氣體量。 由于水合物的存在 ,使氣田的儲量增加了 78%。 凍土帶天然氣水合物水力壓裂開采 25 一般情況，地層中的巖石處于壓應力狀態(tài)，作用在底下巖石某個單元體上的應力分為垂向應力 z? 和水平主應力 H? ( H? 可分為兩個主應力 HX? 、HY? )。結論 30 第 5 章 結 論 本論文 通過 對凍土帶水合物研究 ， 論文 分析了凍土帶的分布地域以及凍土帶厚度， 分析了 水合物在凍土帶分部范圍 ，提出了天然氣水合物 幾種常見的成礦模式 ， 分析了常見凍土帶水合物開采方法 ；最后 對水力壓裂開采 法 進行分析。 中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設計（論文） 31 致 謝 在論文即將完成之際，首先對我的 指導老師張衛(wèi)東 老師 表達 由衷的敬意和真誠的感謝！ 在我本科學習階段和論文寫作過程中，老師的優(yōu)良作風與人格魅力給 我留下了深