天然气水合物分布及青藏高原有利勘探区.pdf

第3 3 卷第3 期 2 0 1 2 年 6 月 新疆石油地质 XI N J I ANG P ET ROL E UM GE OL OGY Vo 1 ． 3 3． No ． 3 J u n ． 2 0 1 2 天然气水合物分布及青藏高原有利勘探区 郭 祖军， 陈 志勇， 胡素 云， 李 永 铁， 吴培 红 中国石油 勘探开发研究院， 北京 1 0 0 0 8 3 摘要 天然气水合物是 由天然气与水分子在高压、 低温条件下形成的固态结晶物质， 全球资源约为2 x l O m ， 分布 于海域和陆上冻土 区； 冻土区发现于加拿大马更些三角洲、 美国阿拉斯加北坡、 俄罗斯西伯利亚以及 中国青藏高原等 地。羌塘盆地是中国陆上天然气水合物发育的最有利地区， 结合天然气水合物形成的冻土条件 以及生烃条件， 推测 北羌塘坳陷西部 东经8 8 。 3 0 以西 和南羌塘坳陷东部 土门地区 是天然气水合物形成的有利地区， 并针对目前存在 问题， 提出了勘探建议。 关键词 青藏高原； 羌塘盆地； 冻土区； 天然气水合物 文章编号 1 0 0 1 3 8 7 3 2 0 1 2 0 3 0 2 6 6 0 6 中图分类号 T E l 1 2 ． 1 1 文献标识码 A 1 天然气水合物 天然气水合物 n a t u r a l g a s h y d r a t e l 称“ 气体水 合物” ， 是由天然气与水分子在高压 大于 1 0 M P a 、 低温 0 ～ 1 O ℃ 条件下形成的一种固态结晶物质。由 于天然气 中 8 0 ％～ 9 9 ． 9 ％的成分是 甲烷 ， 故也有人将 天然气水合物称为甲烷水合物。天然气水合物多呈 白色或浅灰色晶体， 外貌似冰状 ， 易点燃， 故俗称“ 可 燃冰” ⋯o 1 m。 的可燃 冰可在常温常压下释放 1 6 4 m。 的天 然气及 0 ． 8 m 的淡水 ， 同等条件下 ， 可燃 冰燃烧产生 的能量比煤 、 石油、 天然气要多出数十倍 具有使用 方便、 燃烧值高、 清洁无污染等特点， 是公认的地球上 尚未开发的最大新型能源， 被誉为2 1 世纪最有希望 的战略资源舱 ] 。 2、 天然气水合物勘探开发历程 世界天然气水合物的发现已有2 0 0 年的历史 ， 而 作为一种能源开展调查与研究仅有5 0 余年的历史。 中国在这一领域的研究和调查起步较晚， 大约落后西 方3 0 年[ ， 但成果非常显著 ， 从开始调查研究到钻获 天然气水合物用了不到1 0 年的时间。据文献[ 4 ， 5 ] ， 可 将天然气水合物的发现和调查划分为4 个阶段 实验 室研究阶段、 管道堵塞及防治阶段、 资源调查阶段和 开发试采阶段 。 天然气水合物资源的调查始于 1 9 6 5 年苏联在西 伯利亚梅索亚哈 M e s s o y a k h a 油气田区首次发现天 然产出的天然气水合物。之后在2 O 世纪7 0 年代初， 美国、 加拿大也相继在阿拉斯加、 马更些三角洲等陆 上冻土区中发现了天然气水合物。1 9 7 9 年， 国际深 海钻探计划 D S D P 第 6 6 、 第 6 7 航次先后在东太平洋 海域中美海槽的钻孔岩心中发现了海底的天然气水 合物， 此后 ， 水合物成为许多国家和部分国际组织关 注的热点。世界上至少有 3 0 多个 国家和地区进行了 天然气水合物的研究与调查勘探 ， 先后发现了1 0 0 余 处天然气水合物产地。 中国天然气水合物的调查研究始于 1 9 9 5 年 ， 2 0 0 7 年5 月 1 日， 在珠江 口盆地南部的神狐地区， 成 功钻获天然气水合物实物样品。从 1 9 9 9 年开始中国 一 些专家陆续提出了在青藏高原开展水合物调查研 究的建议 ， 2 0 0 2 年 ， 中国开始设立调查研究项 目， 2 0 0 8 年 1 1 月 5日在祁 连山木里地区 D K 一 1 井发现天 然气水合物实物样品， 成为世界上第一次在中低纬度 冻土区发现天然气水合物的国家【 。 世界部分国家正在开展天然气水合物的开发试 采研究 ， 如2 0 0 2 年、 2 0 0 6 --2 0 0 8 年， 加拿大、 日本等多 国合作对加拿大马更些冻土区的天然气水合物进行 了试验性开发。与石油、 天然气相比， 天然气水合物 呈 固态 ， 不易开采和运输 ， 极易引起环境污染和灾害 ， 预计在 2 0 2 0 年前后能实现陆上冻土区水合物 的商业 性开发， 2 0 3 0 - -- 2 0 5 0 年有望实现海底水合物的商业 性开发 。 3 世界天然气水合物资源及分布 3 ． 1 形成因素 影响天然气水合物形成的因素很多， 根据形成环 境的温度和压力条件， 将天然气水合物的成因机制分 为以低温条件为主控 因素的低温成 因型和以高压条 收稿 日期 2 0 1 l 一 0 8 1 0 修订 日期 2 0 1 1 - 1 0 1 2 作者简介 郭祖军 1 9 6 6 一 ， 男， 河南开封人， 高级工程师， 硕士， 石油地质， T e 1 0 l 0 8 3 5 9 7 9 6 1 E m a i l g u o z j p e t r o c h i n a ． c o rn ． c a ． 新疆石油地质 4 青藏高原天然气水合物有利勘探 区 4 ． 1 青藏高原具备天然气水合物的形成条件 青藏高原多年冻土 区是世界中低纬度区海拔最 高、 面积最大的冻土区， 也是典型的高原冻土区， 冻土 区面积达 1 5 0 x l 0 4 k m ， 实测冻土厚度 1 0 ～ 1 7 5 m， 最大 厚度计算值可达7 0 0 m 『 1 ， 冻土的发育说明该区具备 天然气水合物形成的温度 、 压力条件 。 中国部分学者n 。 “ 根据高原地区的冻土层厚度 、 地温梯度以及不同资料获得的气体组分 ， 运用天然 气水合物的热力学稳定域预测方法 ， 确定青藏高原 具备形成天然气水合物的基本条件 ， 计算出了高原 地 区 包括祁连 山木里地 区 冻土带天然气水合物的 产出特征。总的来说 ， 在天然气水合物分布的区域， 水 合物稳 定带 的顶界埋 深一般 为几 十米 至 2 0 0 m， 底 界埋 深 为 1 0 0 ～ 1 0 0 0 m， 水 合 物厚 度可 达到 几 百 米 ； 在冻 土层越厚 、 冻土层 及冻 土层 之下沉 积层地 温梯度越小的地区 ， 越有利于天然气水合物的发育 ； 资源量预测最 高达 2 ． 9 8 x 1 0 m 。 表 3 ， 比极地冻土区 资 源大很 多 ， 预示 青藏高 原具有很 好 的勘 探前 景 。 但由于该区勘探程度还很低 ， 很多计算参数尚不准 确， 无论天然气水合物的埋深和厚度， 还是资源量都 有待于进一步地勘探证实与校正 。 表3 青藏高原冻土区水合物资源预测 4 ． 2 已证实祁连山木里高原地 区存在水合物 祁连山木里地 区是我国陆上冻土区首次钻探并 发现天然气水合物的地区， 该区位于青藏高原的东北 端 ， 海拔 4 0 0 0 ～ 4 3 0 0 m， 实测冻土层厚度 6 O ～ 9 5 m， 具 备水合物形成的温压条件n 。构造上该区为南祁连 盆地的一个次级坳陷， 坳陷内发育石炭系、 下二叠统、 上三叠统、 侏罗系等4 套以暗色泥页岩为主的烃源岩， 烃源岩质量较好 ， 大部分已经进入高成熟一过成熟阶 段， 以生气为主。另外 ， 侏罗系含有丰富的煤层气资 源， 这些条件皆有利于天然气水合物的形成 ， 2 0 0 8 2 0 0 9 年 ， 4口钻井均获得 了水合物样 品或异常显示 。 与高纬度马更些三角洲冻土区相比 表4 ， 木里 地区冻土层厚度要小得多， 对形成天然气水合物相对 不利 ， 从钻探结果也证实了这一点 ， 木里地区天然气 水合 物 深度 为 1 1 0 ～ 4 0 0 m， 4口井 水 合物 单 层厚 度 O ． 2 ～ 5 6 - 3 m， 平均 l 4 ． 5 m， 单井 累计厚度 8 ． 5 ～ 7 8 ． 4 m， 平 均4 7 ． 3 m， 而M a l li k 钻井显示水合物有 1 O 层 ， 累计厚 度在 1 1 0 m左右 。不 同的是木里地 区水合物赋存于 油页岩 、 泥岩 、 粉砂岩 、 细砂岩等岩性相对较细的岩层 中， 横向对比难度较大， 赋存空间以裂隙为主， 其次是 孔隙； 气体组分比较复杂， 除甲烷外还含有较高的乙 烷 、 丙烷等重烃组分 ， 以热解成因为主 。 目前的水合物仅发现于木里坳陷， 在该坳陷西北 部还发育疏勒 、 野马 、 党河 、 哈拉湖、 下 E t 哈等坳陷， 这 些坳陷同样具备水合物形成的冻土条件和生烃条件 ， 尤其是与木里坳陷处于同一构造带的疏勒坳陷 ， 应是 下步水合物勘探的重点地区 。最新二维地震资料显 示 ， 相对于木里坳 陷， 疏勒坳陷构造稳定 ， 中新生界发 育完整， 水合物 目的层侏罗系厚度大、 分布稳定、 保存 表4 中国祁连山木里地区与加拿大马更些盆地冻土区水合物特征对比 地区舯 k m 积 2 胨 度 发现井钻探概况 赋存地层 祁连山木里地 区 7 6 0 0 6 0 ～ 9 5 3 ． 0 2 ． 2 DK 一 1 D K一 2 、 3 、 4 0 ． 2 ～ 4 ． 8 8 ． 5 4 层 1 3 3 ． 5 ～ 7 0 ． 5 中侏 罗统 波弗特海一马更些盆地 1 2 5 0 0 0 5 1 0 7 4 0 1 ． 8 2 ． 7 Ma l l i k L - 3 8 M a l l i k 2 、 3 、 4 、 5 L 一 3 8 3 ． 1 2 5 ． 4 l 1 1 ． 4 1 0 层 8 1 0 ～ 1 1 0 2 古近- 新近系 地 区 地 层 岩 性 赋 存 方 式 { 孑 } 宦 天 然 气 成 分 天 然 气 成 因试m 3采／d 祁连山木里地区 泥岩、 油页岩、 粉、 细砂岩 裂隙、 孔隙 波弗特}每 一马更些盆地 中粗砂岩和砾岩 孔隙 4 0 ～ 9 O 有难度 C H 为主， c 一 c 、 c O 等 热解气 3 2 4 5 可以 C H 为主， C 、 C ， 等生物气、 深部热解气 降压法 2 0 0 0 4 0 0 0 条件好， 有利于形成垂向上厚度大、 侧向上范围广且 连续分布的水合物层。 4 ． 3 羌塘盆地是天然气水合物勘探的有利地区 羌塘盆地 面积约 1 8 x 1 0 k m ， 是 目前高原地 区石 油地质条件最好的中生代海相沉积盆地 ， 该盆地从 二叠系到古近系发育 l 0 余套烃源层。其中上三叠统 肖查卡组 T 3 X 、 中侏罗统布曲组 J b 及夏里组 J 2 x 、 上侏罗统索瓦组 J ， s 分布广泛 ， 构成盆地内的4 套主 要烃源层 。 中上侏罗统泥页岩有效烃源层 有机碳含量大于 0 ． 3 5 ％ 累积厚度 ， 北羌塘坳陷一般为 1 0 0 ～ 3 0 0 i n ， 最厚 的是北羌塘坳 陷西部山缢湖剖面 7 1 3 1T I ； 南羌塘坳陷 第3 3 卷第3 期 郭祖军， 等 天然气水合物分布及青藏高原有利勘探区 2 7 1 [ 4 ] 宋岩， 柳少波， 洪峰， 等． 天然气水合物的研究进展及分 布[ J ] ． 当代石油石化， 2 0 0 6 ， 1 4 1 O 1 7 1 8 ． - 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t u r e ． T h e r e s o u r c e s i n t h e w o d d a mo u n t t o a b o u t 2 x 1 0 m a n d d i s t rib u t e i n t h e o c e a n s e d i me n t s an d p e rm a f ros t r e g i o n s wh i c h a r e f o u n d i n ‘ Ma k e n z i e d e l t a i n C ana d a ， n o r t h s l o p e o f A l ask a i n A me ri c a ， S i b e ri a i n R u s s i a and Q i n g h a i - T i b e t p l a t e a u i n C h i n a ． A n d Q i a n g t a n g b a s i n i s t h e mo s t f a v o r a fi l e a r e a w i t h s u b a e r i a l h y d r a t e s ． I t i s s p e c u l a t e d a c c o rdi n g t o t h e p e r ma f r o s t and h y d roc a r b o n g e n e r a t i n g c o n d i t i o n s t h a t t h e m o s t f a v o r abl e a r e a s w i t h n a t u r a l g a s h y d r a t e s a r e l o c a t e d i n t h e w e s t e rn N o rt h Q i a n g t a n g d e p r e s s i o n and t h e e ast e rn S o u t h Q i a n g t a n g d e p r e s s i o n ． Al s o ， i n v i e w o f t h e p r e s e n t i s s u e s ， t h e r e l a t e d e x p l o r a t i o n s u g g e s t i o n s are p rop o s e d i n t h i s p a p e r ． Ke y Wo r d s Q i n g h a i - T i b e t p l a t e a u ； Q i a n g t a n g b a s i n ； p e r maf r o s t r e g i o n ； n a t u r al g a s h y d r a t e