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中国科学院天然气水合物研究新进展

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    发表于 2014-12-2 10:10:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

    中国科学院的天然气水合物研究始于20世纪90年代初,从1990-2001年院属有关单位率先在国内完成甲烷水合物实验合成、系统介绍国外天然气水合物研究进展、组织天然气水合物学术会议、开办天然气水合物信息网等,引领和推动了全国此领域的研究活动。
        为了面向国家能源战略需求,参与此领域国际竞争,发挥院内和院外的联合优势,建设代表国家水平的天然气水合物理论研究和开发关键技术平台,2004年中国科学院组建了一个直属的非法人的研究单元——中国科学院广州天然气水合物研究中心(以下简称“中心”)。“中心”成立后在探索新的科研体制及其运行机制方面、在我国南海天然气水合物研究方面和天然气水合物开采模拟实验研究方面取得新进展。
    1 科研体制及其运行机制的新探索
        “中心”依托院广州能源所组建,以广州能源所、广州地球化学所、南海海洋所、地质地球物理所、海洋所、寒区旱区所等的该领域科研力量为基础,建立了核心团队,聘任了多名首席研究员,招收了博士和硕士研究生;设立了理事会,实行了理事会领导下的主任负责制;建立了咨询委员会,聘请了国内外知名科学家担任咨询专家。“中心”实行开放、联合、共享、竞争的运行机制,有力地推动了 “中心”与国内外研究机构和人员合作开展理论、实验研究和实地探查。“中心”完成或承担了国家自然基金项目9个,国家 “863”项目子课题和前期项目4个,中科院知识创新重要项目4个,中科院“百人计划”项目3个,与中海油合作项目1个,还与俄罗斯莫斯科大学研究人员合作承担双方国家基金项目,与加拿大、英国等举办双边学术研讨会。“中心”成立以来,科研人员出版专著2部,发表论文多篇,其中被SCI收录16篇。此外,首席科学家樊栓狮1996—2005年被SCI收录水合物研究领域论文数量国内排名第一,全球排名第39。
    2 海洋天然气水合物分类新理论和我国南海天然气水合物研究新发现和新方法
    2.1 提出了海洋天然气水合物新的分类理论

    根据水合物产出特性和成藏机制的差异,将天然气水合物分为扩散型和渗漏型(图1)水合物两类(樊栓狮和陈多福,2004;Chen et al.,2006;苏正和陈多福,2006)。扩散型水合物分布广泛,水合物产出带天然气通量非常低,游离气仅发育于水合物带之下,在地震剖面上常产生指示水合物底界的强反射面(BSR)。该类水合物含量较低,一般不超过沉积物孔隙的7%;埋藏深(>20m),海底不发育水合物,除进行钻探施工外,海底常规采样方法无法获取水合物样品;水合物产出带没有游离气存在,是水—水合物的二相热力学平衡体系,水合物的沉淀主要与沉积物孔隙流体中溶解甲烷有关,受原地生物成因甲烷与深部甲烷向上扩散作用的控制。渗漏型水合物与海底天然气渗漏活动有关,是深部烃类气体沿通道向海底渗漏,在合适条件下部分渗漏天然气沉淀形成的天然气水合物(Chen and Cathles, 2003; Chen et al., 2004)。由于渗漏作用具有异常高的天然气渗漏量,天然气以游离气方式迁移,甚至在海底可观测到渗漏进入水体的天然气气泡,水合物发育于整个稳定带,是水—水合物—游离气的三相非平衡热力学体系(Cathles and Chen 2004)。该类天然气水合物产出集中、埋藏浅,含量高,在海底可观测到出露的块状天然气水合物,并在海底和水体中形成一系列特殊的地质、地球物理、地球化学和特异生物异常。另外,该类水合物不具有明显的似海底反射层(BSR)标志,应用常规的BSR探测方法不易发现。针对海底天然气渗漏形成水合物的成藏过程,建立了渗漏型水合物资源的动力学评价新方法 (陈多福等,2005),并开展了海底天然气渗漏过程中传质和传热对水合物沉淀与分解影响研究(Chen and Cathles,2006)。
    图1  渗漏型天然气水合物成藏概念模式

       
    2.2 新发现了2个潜在的渗漏型水合物发育区

    图2  中国东沙西南部冷泉碳酸盐结核的形貌特征
    在南海北部深水区新发现了2个天然气渗漏活动及浅埋藏渗漏型水合物发育的有利区。2004年12月通过遥感分析圈定出琼东南盆地海底渗漏活动在海面形成的异常区,2005年在中国科学院南海海洋研究所的公共航次海底采样中,在该区获得了天然气渗漏活动形成的冷泉碳酸盐岩。在同一航次中,还在东沙西南部采集到了冷泉碳酸盐结核,如图2所示:a 角砾状结核, 表面有角砾状突起(白色箭头),内部的孔洞和通道(黑色箭头)被正常海水沉积的碳酸盐充填;b 球状或椭球状结核,有突出的一端或两端(白色箭头);c 烟囱状结核,表面具有瘤状突起;d 具有蜂状孔洞的半固结结核, 已结晶了少量自生的白云石和菱铁矿。这是另一个新的天然气渗漏活动区(陈忠等,2006)。此前,在2002年,“中心”研究人员从广州海洋地调局在东沙东北部采集的海底样品中就鉴别出了冷泉碳酸盐岩;2004年,对该区的中德联合航次考察对此鉴别做了确证;2005年,此方面最终成果发表于英国《Marine and Petroleum Geology》(海洋石油地质)杂志上(Chen et al., 2005),是国际上对南海冷泉碳酸盐岩的首次报告。

      
    3 水合物气开采的模拟试验研究
        包括一维开采模拟实验和二维开采模拟实验(图3)研究。前者主要是对天然气水合物热力开采、置换开采、降压开采的一维模拟,包括开采动力学、开采多相流体动力学特性和生成分解动力学特性研究;后者主要是对上述3种开采方式的二维模拟,包括开采分解前沿模拟,井网布置技术模拟等试验研究。

    图3  二维开采模拟试验系统示意

                                                                   来源《天然气地球科学》2006年第17卷第3期封二、封三


    哎...今天够累的,签到来了6...
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