天然气水合物能源应用基础研究的中坚力量——自然资源部天然气水合物重点实验室

刊出时间:2020

2020年第8期《天然气工业》推出了“天然气水合物勘探开发钻井专辑”，由来自11家单位的专家撰写的16篇文章组成，内容涵盖海域天然气水合物地质勘探、开发工程、钻井工程三大领域。该专辑在2019年底，由本刊第八届编委会委员、自然资源部天然气水合物重点实验室主任吴能友研究员，本刊首届青年编委李彦龙助理研究员联合发起，经过近一年的精心打磨，最终成型。在专辑推出之际，我们走进我国天然气水合物能源应用基础研究的中坚力量——自然资源部天然气水合物重点实验室。

一、概况

自然资源部天然气水合物重点实验室（以下简称重点实验室）依托于自然资源部中国地质调三查局青岛海洋地质研究所（以下简称青岛海洋地质研究所）。2012年青岛海洋地质研究所获原国土资源部批准，筹建部级重点实验室。2015年6月，重点实验室正式挂牌运行，立足于国际前沿、瞄准国家能源和海洋强国战略需求，在国内率先开展海洋天然气水合物模拟实验研究。2001年，重点实验室在国内率先成功合成天然气水合物；2000—2015年，先后承担国家天然气水合物118专项、127专项的水合物项目10余项，在国家海洋天然气水合物调查研究中发挥了重要作用，逐步建成以“天然气水合物能源应用基础研究”为基本定位，以天然气水合物“基础理论与物性”“成藏机制与资源评价”“开采方法与技术”“环境效应”为重点研究方向的科技创新平台。重点实验室现任主任为吴能友研究员，学术委员会主任为业渝光研究员，现有固定成员36人，其中40岁以下青年科研人员占比超过85%，拥有博士学位人员超过80%。重点实验室优秀科技骨干先后获得“自然资源部高层次科技创新人才”“中国地质调查局李四光学者杰出地质人才—优秀地质人才”“山东省泰山学者”“青岛市拔尖人才”“青岛市创新团队”等一系列荣誉称号，建成了一支学科交叉、结构合理、创新突出强的研究队伍。近5年来，实验室累积承担国家天然气水合物专项、国家五大科技平台项目60余项，在天然气水合物基础研究、实验测试技术、资源勘查与评价、开采理论与技术等研究方面获得了丰硕的成果，建立了自主研发了水合物力、热、声、电以及钻采一体化等实验装置40余套，获国家授权120余项、国际专利10余项，形成水合物专利技术集群，发表高水平论文200余篇、出版专著5部，产学研一体化创新平台初具规模，为我国海洋天然气水合物勘察与试采提供坚实的科技支撑，成为我国海洋天然气调查研究领域的核心力量。

二、特色研究成果或方向

（1）天然气水合物实验测试技术体系

实验室科研人员经过10余年的研究，创新研发了系列低温高压装置，实现了与多种商业分析仪器联用，解决了制约水合物样品制备与测试关键技术的难题，建立并完善了水合物实验测试技术体系，主要包括水合物晶体分析技术、水合物谱学分析技术、水合物形态学分析技术、水合物地化分析技术、水合物热学分析技术等。这些测试技术可获取水合物的晶体结构、笼占有率、气体组成、形态学、赋存状态等重要信息，为我国广泛、深入地开展天然气水合物研究提供有力的技术支撑。目前，这些测试技术已得到广泛应用。

（2）天然气水合物微观机理研究

天然气水合物微观机理主要涉及微观孔隙结构分析和表征、微观渗流、微观生成—分解动力学等内容，旨在从孔隙甚至分子尺度上理解水合物生成—分解行为及流体流动规律，是重要的基础研究领域之一。借助高分辨率X 射线层析扫描仪、扫描电子显微镜和低场核磁共振测试仪等先进微观探测设备，并结合分子动力学模拟、离散元模拟、有限元模拟等数值模拟手段，重点实验室完成了大量天然水合物样品的微观测试与分析，旨在从微观角度阐明我国南海多类型水合物试采的产出机理，为海洋天然气水合物资源高效开采提供理论支撑。

（3）天然气水合物钻探获重大突破

重点实验室科研人员通过多年的研究与实践，建立了一套“ROV下潜声呐扫描—摄像及精细取样—原位实时监测”三合一的冷泉探测技术，创造性地提出了近海底三维快速精准锁定冷泉的技术方法，在我国重点海域发现大片冷泉、泥火山区及海底活动甲烷羽状流，证实了8个冷泉活动，明确了自然条件下水合物的泄漏特征，为寻找海底水合物指明了方向。针对重点海域特殊的地质构造条件，提出了“高热流背景水合物成矿理论”，自主形成了“小道距多道地震优选区带、三维立体探测锁定目标、钻探取样验证靶区”的一套精准高效的勘查技术体系，获得了重点海域的高精度地震、地质和地球化学资料，为浅钻取芯选址和层位预测奠定基础。2016年首次钻获了大量厚层块状水合物实物样品，发现2个浅层泥火山型水合物藏，证实了海底浅层水合物的资源前景。

（4）天然气水合物试采理论与技术体系

重点实验室研究人员根据水合物开采原理，建立了多学科交叉、多尺度融合的研究方法和装置，从微纳尺度、孔隙尺度、岩芯尺度和仿真尺度等不同维度建立了海域天然气水合物开采模拟技术体系，实现了海洋水合物储层参数的多手段模拟，获得了对水合物分解过程中储层参数动态演化特征的基本认识；围绕天然气水合物增产和稳产工艺，开展多分支水平井、静力触探、出砂预防等方面的实验和数值模拟研究，构建了海域天然气水合物试采过程中“透明储层”研究的基本框架，为水合物开采产能模拟、储层稳定性评价和控砂方案优选提供了有力的支撑。