南海地区天然气水合物开发关键技术和装备探讨

摘要：南海地区天然气水合物开发已上升为国家战略。基于南海天然气水合物资源埋藏水深和试采方法，借鉴深海油气开发技术和装备，按照钻采储运产业链条，参照目前的水合物开发技术，探讨用于南海天然气水合物开发的关键技术和装备。文中研究成果对于南海地区天然气水合物开发具有一定的参考价值。

关键词：天然气水合物;关键技术和装备;南海地区

中图分类号：TM938.6;P752                  文献标识码：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：地层流体抽取法较适用于深水成岩或砂层天然气水合物的开采，固态流化法开采适用于深水非成岩天然气水合物的开采，水合物埋深较浅。南海海域天然气水合物矿藏主要储集在泥质粉砂型储层中，其特点是水合物埋深距海底泥面一般在300米以內，埋藏较深的水合物层地质结构相对稳定，靠近泥面的水合物层地质结构不稳定，容易发生地层坍塌。因此，南海天然气水合物开采，需基于水合物矿藏埋藏深度和成岩程度选取相应的开采方法：对于接近泥面的水合物，建议采用固态流化法开采，对于埋藏较深的水合物，建议采用地层流体抽取法开采。

3.2关键技术

天然气水合物的开发可以借鉴深海油气资源的开发，类比深海油气开发。结合南海天然气水合物埋藏水深和矿藏特点，深入开展南海天然气水合物勘探开发相关的勘查技术、资源评价技术、测试与模拟实验技术、储存改造和压裂技术、防砂技术等关键技术的攻关;以南海神狐海域天然气水合物产业化开发先导试验区建设为目标，对水合物钻完井技术、规模化开发井网技术、高效开采和稳产技术、井场和环境监测技术、安全风险评价技术、水下生产技术、储运技术等开展攻关，有序推动水合物开发产业链各环节的技术突破。

南海天然气水合物开发关键技术主要包括：

1. 勘探技术

主要包括但不限于：南海海域天然气水合物成藏研究和资源评价，深水潜水器探测系统、海洋可控源电磁探测系统、综合高性能高分辨率三维地震采集系统、四分量海底地震系统、随钻测井、海洋高分辨率多道地震系统和随钻有缆取心系统等;

1. 物理与数值模拟技术

主要包括但不限于：高仿真模拟实验技术，高压模拟设备内多相、多组分复杂体系的多种物理化学过程进行原位实时监测的多参数测试表征技术，能够处理水合物现场开采过程中力学问题的数值模拟器;

1. 钻完井技术

主要包括但不限于：适用于水合物开采的钻井工艺和钻井泥浆;固井工艺和固井水泥浆，适用于水合物储层特点的定向井、鱼骨井、丛式井等增产钻井技术;有效降低钻井成本的无隔水管等钻完井技术;

1. 开采技术

包括但不限于：科学论证降压法、热激法、化学剂法、联合开采法等开采技术的应用;能够实现水合物高产稳产的突破性开采技术，储层改造、压裂、防砂技术;

1. 监测技术

包括但不限于：水合物储层物理、力学特性参数监测;开采时井下实时海床地质形变监测;甲烷泄漏监测;海域全空间多维立体综合智能监测网等;

1. 集输储运技术

包括但不限于：科学论证管道输送、液化天然气、高压容器输送用于天然气水合物储运的适用性;天然气吸附存储、固态水合物储运等新型输送技术等。

对于南海天然气水合物开发，试采成功只是迈出天然气水合物开发的第一步，离产业化开采还有较长的距离，因此在关键技术方面需要进一步完善水合物系统成藏与开采理论，提高实验室水合物开发模拟技术，研发有利于提高产气量及降低成本的钻完井技术、储层改造和防砂技术。

3.3关键装备

天然气水合物的开发可以借鉴深海油气资源的开发，类比深海油气开发，按照钻采储运装备体系，结合南海天然气水合物埋藏水深和矿藏特点，围绕天然气水合物开发纵向产业链条，以勘探开发为龙头，有序提升实验室-钻采-商业化生产 -水下生产-水下作业装备体系能力，加强配套技术关键开发装备。如：高效产能模拟实验装置、海底沉降等环境监测设备的研发;有序推动水合物钻井装备、试生产装备、生产装备、水下采矿车等开发装备的研发。关键装备主要包括：

1. 实验室装备

主要包括但不限于：天然气水合物室内分析装置、模拟装置、合成装置、开采实验装置等四大类型;

1. 钻井装备

主要包括但不限于：深水轻型钻机系统、隔水管系统、测井系统，深水浅层定向井、丛式井、鱼骨刺井、井下防砂等增产钻井技术的关键配套装备;

1. 开采装备

主要包括但不限于：适合于水合物开采的半潜式钻井和生产平台、浮式液化天然气储卸装置等大型海工装备;

1. 水下生产装备

主要包括但不限于：适合于水合物开采的水下井口、水下采气树、各种水下接头、管汇、立管、水下天然气湿气压缩机、脱固分离设备、水下药剂注入等水下生产和处理系统;

1. 水下作业装备

主要包括但不限于：水下作业机器人ROV、水下作业载人潜水器HOV，海底地层形变监测和环境监测等水下生产辅助系统;

1. 深水资源开发通用设备及零部件

主要包括但不限于：1500米级水密接插件、水密电缆、水下作业工具、深海液压传动装置、1500米级海底采矿车、深水动力定位系统、升沉补偿装置、水下控制和通信系统、海洋新型防腐涂层、高强度耐腐蚀钢材、海洋传感器等深水矿藏资源开发通用设备。

对于南海天然气水合物开发，近中期需配合水合物开发关键技术研发相关的实验室模拟装备、适用于南海水合物开发的钻井装备、防砂装备、储层改造装备和试生产装备;中远期针对水合物开发产业化研发大型的海工装备，如深水半潜式生产平台、中大型FLNG等生产储运装备。

4结语

在南海天然气水合物开发关键技术方面，类比深海油气开发，按照钻采储运技术体系。列举了水合物开发所需的勘探技术、物理与数值模拟技术、钻完井技术、开采技术、监测技术和集输储运技术等;在南海天然气水合物开发关键装备方面，按照钻采储运装备体系，围绕天然气水合物开发纵向产业链条，列举了水合物开发所需的实验室装备、钻井装备、开采装备、水下生产装备、水下作业装备和深水资源开发通用设备。

目前南海天然气水合物开发还处在勘探试采阶段，但随着水合物开发技术的不断发展，大规模的商业化开发会逐步实现。本文列举的水合物开发技术和装备为相关设备和设施厂商提供了一个未来市场的需求方向和创新动力，对关键开发装备的选型和研发方向具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 周守为，陈伟，李清平.深水浅层非成岩天然气水合物固态流化试采技术研究及进展[J].中国海上油气，2017，29（4）：1-8.

基金项目：广东省促进经济发展专项资金海洋经济发展项目（粤自然资源合[2019]018号）

作者简介：马小飞（1979-），男，工程师。主要从事海洋工程工艺系统设计和项目管理工作。