南海地區天然氣水合物開發關鍵技術和裝備探討

摘要：南海地區天然氣水合物開發已上升為國家戰略。基于南海天然氣水合物資源埋藏水深和試采方法，借鑒深海油氣開發技術和裝備，按照鉆采儲運產業鏈條，參照目前的水合物開發技術，探討用于南海天然氣水合物開發的關鍵技術和裝備。文中研究成果對于南海地區天然氣水合物開發具有一定的參考價值。

關鍵詞：天然氣水合物;關鍵技術和裝備;南海地區

中圖分類號：TM938.6;P752????????????????? 文獻標識碼：A

Key Technology and Equipment of Natural Gas Hydrate Development in South China Sea

MA Xiaofei

（Whale Offshore Engineering Co.， Ltd.， Shenzhen 518067）

Abstract：The development of natural gas hydrate in the South China Sea has become a national strategy. Based on the depth of gas hydrate resources in the South China Sea and the method of test production， referring to deep-sea oil and gas development technology and equipment， this paper proposes the key technologies and equipment for gas hydrate development in the South China Sea according to the industrial chain of "drilling， production， storage and transportation" and the hydrate development technology has been mastered. The results in this paper have a certain reference value for gas hydrate development in the South China Sea.

Key Words：Natural gas hydrate; Key technology and equipment; South China Sea

1前言

由表2可知：地層流體抽取法較適用于深水成巖或砂層天然氣水合物的開采，固態流化法開采適用于深水非成巖天然氣水合物的開采，水合物埋深較淺。南海海域天然氣水合物礦藏主要儲集在泥質粉砂型儲層中，其特點是水合物埋深距海底泥面一般在300米以內，埋藏較深的水合物層地質結構相對穩定，靠近泥面的水合物層地質結構不穩定，容易發生地層坍塌。因此，南海天然氣水合物開采，需基于水合物礦藏埋藏深度和成巖程度選取相應的開采方法：對于接近泥面的水合物，建議采用固態流化法開采，對于埋藏較深的水合物，建議采用地層流體抽取法開采。

3.2關鍵技術

天然氣水合物的開發可以借鑒深海油氣資源的開發，類比深海油氣開發。結合南海天然氣水合物埋藏水深和礦藏特點，深入開展南海天然氣水合物勘探開發相關的勘查技術、資源評價技術、測試與模擬實驗技術、儲存改造和壓裂技術、防砂技術等關鍵技術的攻關;以南海神狐海域天然氣水合物產業化開發先導試驗區建設為目標，對水合物鉆完井技術、規模化開發井網技術、高效開采和穩產技術、井場和環境監測技術、安全風險評價技術、水下生產技術、儲運技術等開展攻關，有序推動水合物開發產業鏈各環節的技術突破。

南海天然氣水合物開發關鍵技術主要包括：

1. 勘探技術

主要包括但不限于：南海海域天然氣水合物成藏研究和資源評價，深水潛水器探測系統、海洋可控源電磁探測系統、綜合高性能高分辨率三維地震采集系統、四分量海底地震系統、隨鉆測井、海洋高分辨率多道地震系統和隨鉆有纜取心系統等;

1. 物理與數值模擬技術

主要包括但不限于：高仿真模擬實驗技術，高壓模擬設備內多相、多組分復雜體系的多種物理化學過程進行原位實時監測的多參數測試表征技術，能夠處理水合物現場開采過程中力學問題的數值模擬器;

1. 鉆完井技術

主要包括但不限于：適用于水合物開采的鉆井工藝和鉆井泥漿;固井工藝和固井水泥漿，適用于水合物儲層特點的定向井、魚骨井、叢式井等增產鉆井技術;有效降低鉆井成本的無隔水管等鉆完井技術;

1. 開采技術

包括但不限于：科學論證降壓法、熱激法、化學劑法、聯合開采法等開采技術的應用;能夠實現水合物高產穩產的突破性開采技術，儲層改造、壓裂、防砂技術;

1. 監測技術

包括但不限于：水合物儲層物理、力學特性參數監測;開采時井下實時海床地質形變監測;甲烷泄漏監測;海域全空間多維立體綜合智能監測網等;

1. 集輸儲運技術

包括但不限于：科學論證管道輸送、液化天然氣、高壓容器輸送用于天然氣水合物儲運的適用性;天然氣吸附存儲、固態水合物儲運等新型輸送技術等。

對于南海天然氣水合物開發，試采成功只是邁出天然氣水合物開發的第一步，離產業化開采還有較長的距離，因此在關鍵技術方面需要進一步完善水合物系統成藏與開采理論，提高實驗室水合物開發模擬技術，研發有利于提高產氣量及降低成本的鉆完井技術、儲層改造和防砂技術。

3.3關鍵裝備

天然氣水合物的開發可以借鑒深海油氣資源的開發，類比深海油氣開發，按照鉆采儲運裝備體系，結合南海天然氣水合物埋藏水深和礦藏特點，圍繞天然氣水合物開發縱向產業鏈條，以勘探開發為龍頭，有序提升實驗室-鉆采-商業化生產 -水下生產-水下作業裝備體系能力，加強配套技術關鍵開發裝備。如：高效產能模擬實驗裝置、海底沉降等環境監測設備的研發;有序推動水合物鉆井裝備、試生產裝備、生產裝備、水下采礦車等開發裝備的研發。關鍵裝備主要包括：

1. 實驗室裝備

主要包括但不限于：天然氣水合物室內分析裝置、模擬裝置、合成裝置、開采實驗裝置等四大類型;

1. 鉆井裝備

主要包括但不限于：深水輕型鉆機系統、隔水管系統、測井系統，深水淺層定向井、叢式井、魚骨刺井、井下防砂等增產鉆井技術的關鍵配套裝備;

1. 開采裝備

主要包括但不限于：適合于水合物開采的半潛式鉆井和生產平臺、浮式液化天然氣儲卸裝置等大型海工裝備;

1. 水下生產裝備

主要包括但不限于：適合于水合物開采的水下井口、水下采氣樹、各種水下接頭、管匯、立管、水下天然氣濕氣壓縮機、脫固分離設備、水下藥劑注入等水下生產和處理系統;

1. 水下作業裝備

主要包括但不限于：水下作業機器人ROV、水下作業載人潛水器HOV，海底地層形變監測和環境監測等水下生產輔助系統;

1. 深水資源開發通用設備及零部件

主要包括但不限于：1500米級水密接插件、水密電纜、水下作業工具、深海液壓傳動裝置、1500米級海底采礦車、深水動力定位系統、升沉補償裝置、水下控制和通信系統、海洋新型防腐涂層、高強度耐腐蝕鋼材、海洋傳感器等深水礦藏資源開發通用設備。

對于南海天然氣水合物開發，近中期需配合水合物開發關鍵技術研發相關的實驗室模擬裝備、適用于南海水合物開發的鉆井裝備、防砂裝備、儲層改造裝備和試生產裝備;中遠期針對水合物開發產業化研發大型的海工裝備，如深水半潛式生產平臺、中大型FLNG等生產儲運裝備。

4結語

在南海天然氣水合物開發關鍵技術方面，類比深海油氣開發，按照鉆采儲運技術體系。列舉了水合物開發所需的勘探技術、物理與數值模擬技術、鉆完井技術、開采技術、監測技術和集輸儲運技術等;在南海天然氣水合物開發關鍵裝備方面，按照鉆采儲運裝備體系，圍繞天然氣水合物開發縱向產業鏈條，列舉了水合物開發所需的實驗室裝備、鉆井裝備、開采裝備、水下生產裝備、水下作業裝備和深水資源開發通用設備。

目前南海天然氣水合物開發還處在勘探試采階段，但隨著水合物開發技術的不斷發展，大規模的商業化開發會逐步實現。本文列舉的水合物開發技術和裝備為相關設備和設施廠商提供了一個未來市場的需求方向和創新動力，對關鍵開發裝備的選型和研發方向具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 周守為，陳偉，李清平.深水淺層非成巖天然氣水合物固態流化試采技術研究及進展[J].中國海上油氣，2017，29（4）：1-8.

基金項目：廣東省促進經濟發展專項資金海洋經濟發展項目（粵自然資源合[2019]018號）

作者簡介：馬小飛（1979-），男，工程師。主要從事海洋工程工藝系統設計和項目管理工作。