天然氣水合物能源應(yīng)用基礎(chǔ)研究的中堅力量——自然資源部天然氣水合物重點實驗室
刊出時間:2020
2020年第8期《天然氣工業(yè)》推出了“天然氣水合物勘探開發(fā)鉆井專輯”，由來自11家單位的專家撰寫的16篇文章組成，內(nèi)容涵蓋海域天然氣水合物地質(zhì)勘探、開發(fā)工程、鉆井工程三大領(lǐng)域。該專輯在2019年底，由本刊第八屆編委會委員、自然資源部天然氣水合物重點實驗室主任吳能友研究員，本刊首屆青年編委李彥龍助理研究員聯(lián)合發(fā)起，經(jīng)過近一年的精心打磨，最終成型。在專輯推出之際，我們走進我國天然氣水合物能源應(yīng)用基礎(chǔ)研究的中堅力量——自然資源部天然氣水合物重點實驗室。
一、概況
自然資源部天然氣水合物重點實驗室（以下簡稱重點實驗室）依托于自然資源部中國地質(zhì)調(diào)三查局青島海洋地質(zhì)研究所（以下簡稱青島海洋地質(zhì)研究所）。2012年青島海洋地質(zhì)研究所獲原國土資源部批準(zhǔn)，籌建部級重點實驗室。2015年6月，重點實驗室正式掛牌運行，立足于國際前沿、瞄準(zhǔn)國家能源和海洋強國戰(zhàn)略需求，在國內(nèi)率先開展海洋天然氣水合物模擬實驗研究。2001年，重點實驗室在國內(nèi)率先成功合成天然氣水合物；2000—2015年，先后承擔(dān)國家天然氣水合物118專項、127專項的水合物項目10余項，在國家海洋天然氣水合物調(diào)查研究中發(fā)揮了重要作用，逐步建成以“天然氣水合物能源應(yīng)用基礎(chǔ)研究”為基本定位，以天然氣水合物“基礎(chǔ)理論與物性”“成藏機制與資源評價”“開采方法與技術(shù)”“環(huán)境效應(yīng)”為重點研究方向的科技創(chuàng)新平臺。重點實驗室現(xiàn)任主任為吳能友研究員，學(xué)術(shù)委員會主任為業(yè)渝光研究員，現(xiàn)有固定成員36人，其中40歲以下青年科研人員占比超過85%，擁有博士學(xué)位人員超過80%。重點實驗室優(yōu)秀科技骨干先后獲得“自然資源部高層次科技創(chuàng)新人才”“中國地質(zhì)調(diào)查局李四光學(xué)者杰出地質(zhì)人才—優(yōu)秀地質(zhì)人才”“山東省泰山學(xué)者”“青島市拔尖人才”“青島市創(chuàng)新團隊”等一系列榮譽稱號，建成了一支學(xué)科交叉、結(jié)構(gòu)合理、創(chuàng)新突出強的研究隊伍。近5年來，實驗室累積承擔(dān)國家天然氣水合物專項、國家五大科技平臺項目60余項，在天然氣水合物基礎(chǔ)研究、實驗測試技術(shù)、資源勘查與評價、開采理論與技術(shù)等研究方面獲得了豐碩的成果，建立了自主研發(fā)了水合物力、熱、聲、電以及鉆采一體化等實驗裝置40余套，獲國家授權(quán)120余項、國際專利10余項，形成水合物專利技術(shù)集群，發(fā)表高水平論文200余篇、出版專著5部，產(chǎn)學(xué)研一體化創(chuàng)新平臺初具規(guī)模，為我國海洋天然氣水合物勘察與試采提供堅實的科技支撐，成為我國海洋天然氣調(diào)查研究領(lǐng)域的核心力量。
二、特色研究成果或方向
（1）天然氣水合物實驗測試技術(shù)體系
實驗室科研人員經(jīng)過10余年的研究，創(chuàng)新研發(fā)了系列低溫高壓裝置，實現(xiàn)了與多種商業(yè)分析儀器聯(lián)用，解決了制約水合物樣品制備與測試關(guān)鍵技術(shù)的難題，建立并完善了水合物實驗測試技術(shù)體系，主要包括水合物晶體分析技術(shù)、水合物譜學(xué)分析技術(shù)、水合物形態(tài)學(xué)分析技術(shù)、水合物地化分析技術(shù)、水合物熱學(xué)分析技術(shù)等。這些測試技術(shù)可獲取水合物的晶體結(jié)構(gòu)、籠占有率、氣體組成、形態(tài)學(xué)、賦存狀態(tài)等重要信息，為我國廣泛、深入地開展天然氣水合物研究提供有力的技術(shù)支撐。目前，這些測試技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。
（2）天然氣水合物微觀機理研究
天然氣水合物微觀機理主要涉及微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析和表征、微觀滲流、微觀生成—分解動力學(xué)等內(nèi)容，旨在從孔隙甚至分子尺度上理解水合物生成—分解行為及流體流動規(guī)律，是重要的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域之一。借助高分辨率X 射線層析掃描儀、掃描電子顯微鏡和低場核磁共振測試儀等先進微觀探測設(shè)備，并結(jié)合分子動力學(xué)模擬、離散元模擬、有限元模擬等數(shù)值模擬手段，重點實驗室完成了大量天然水合物樣品的微觀測試與分析，旨在從微觀角度闡明我國南海多類型水合物試采的產(chǎn)出機理，為海洋天然氣水合物資源高效開采提供理論支撐。
（3）天然氣水合物鉆探獲重大突破
重點實驗室科研人員通過多年的研究與實踐，建立了一套“ROV下潛聲吶掃描—攝像及精細取樣—原位實時監(jiān)測”三合一的冷泉探測技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了近海底三維快速精準(zhǔn)鎖定冷泉的技術(shù)方法，在我國重點海域發(fā)現(xiàn)大片冷泉、泥火山區(qū)及海底活動甲烷羽狀流，證實了8個冷泉活動，明確了自然條件下水合物的泄漏特征，為尋找海底水合物指明了方向。針對重點海域特殊的地質(zhì)構(gòu)造條件，提出了“高熱流背景水合物成礦理論”，自主形成了“小道距多道地震優(yōu)選區(qū)帶、三維立體探測鎖定目標(biāo)、鉆探取樣驗證靶區(qū)”的一套精準(zhǔn)高效的勘查技術(shù)體系，獲得了重點海域的高精度地震、地質(zhì)和地球化學(xué)資料，為淺鉆取芯選址和層位預(yù)測奠定基礎(chǔ)。2016年首次鉆獲了大量厚層塊狀水合物實物樣品，發(fā)現(xiàn)2個淺層泥火山型水合物藏，證實了海底淺層水合物的資源前景。
（4）天然氣水合物試采理論與技術(shù)體系
重點實驗室研究人員根據(jù)水合物開采原理，建立了多學(xué)科交叉、多尺度融合的研究方法和裝置，從微納尺度、孔隙尺度、巖芯尺度和仿真尺度等不同維度建立了海域天然氣水合物開采模擬技術(shù)體系，實現(xiàn)了海洋水合物儲層參數(shù)的多手段模擬，獲得了對水合物分解過程中儲層參數(shù)動態(tài)演化特征的基本認(rèn)識；圍繞天然氣水合物增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)工藝，開展多分支水平井、靜力觸探、出砂預(yù)防等方面的實驗和數(shù)值模擬研究，構(gòu)建了海域天然氣水合物試采過程中“透明儲層”研究的基本框架，為水合物開采產(chǎn)能模擬、儲層穩(wěn)定性評價和控砂方案優(yōu)選提供了有力的支撐。
