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1、1、项目名称：陆域天然气水合物冷钻热采关键技术2、推荐单位意见天然气水合物钻采是非常规天然气勘探开发中的世界性难题，本项目针对我 国这一重大战略性技术储备需求，在科技部、国家外专局、国土资源部和中国地 质调查局等部门的持续资助下，历经10年的技术攻关，攻克了孔底快速冷冻样 品、泥浆强化制冷、耐低温泥浆和脉冲蒸汽控制等一系列技术难题，研发了国际 上第一套具有自主知识产权的陆域冻土带天然气水合物冷钻热采关键技术。本成果突破了国外对我国水合物钻探取样技术的封锁，在海拔4000m的木里 盆地，利用本技术首次钻获了我国陆地天然气水合物样品，首次实现了陆地天然 气水合物试开采，使我国成为继俄罗斯和加拿大之
2、后第三个开采水合物的国家， 第四个钻获水合物的国家。还推广应用于海拔5000m羌塘盆地和-50的漠河盆 地冻土带天然气水合物资源勘探工程中，以及冻土区油气资源地质调查钻探中， 未来还可应用于海洋水合物的钻采和冻土区油气资源的钻采，应用潜力巨大，前 景广阔。本项目获授权发明专利18件（含美国发明专利2件），实用新型专利7件, 软件著作权1件，发表学术论文73篇，其中SCI和EI收录30余篇，培养博士 生18名，硕士生25名。总体处于国际先进水平，其中，孔底冷冻取样技术和泥 浆强化制冷技术达到国际领先水平。2014年获教育部科技发明奖一等奖。推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。3、项目简介天然气水合
3、物储量巨大，主要埋藏在海底和陆地冻土带，由于特殊的地质成 藏条件（高压和低温）和复杂的地表自然环境（海洋、高海拔地区、严寒地区）, 天然气水合物的钻采是非常规天然气勘探开发中的世界性难题。本项目针对我国 这一重大战略性技术储备需求，在科技部、国家外专局、国土资源部和中国地质 调查局等部门的持续资助下，历经10年的技术攻关，研发了国际上第一套具有 自主知识产权的陆域冻土带天然气水合物冷钻热采关键技术。主要发明点：（1）首次发明了天然气水合物钻井泥浆强化制冷方法，提出了 “动态强化 制冷”新原理，研制了低温泥浆强化制冷系统和无机盐高聚物耐低温钻井泥浆体 系，通过同轴泥浆逆向强化对流换热技术，突破了
4、大流量钻井液动态强化实时制 冷的技术瓶颈，实现了高原缺氧地区泥浆换热效率达80%以上，系统总重量减轻 54%,泥浆耐低温能力达-20C,解决了因钻头摩擦生热导致水合物分解和因泥 浆温度高导致冻土井壁坍塌的保真取样钻探技术难题。（2）首次发明了天然气水合物孔底快速冷冻取样方法，提出了 “冷冻增强 型”水合物自保护效应原理，研制了干冰法和液氮法孔底快速冷冻取样装置，通 过干冰快速升华和液氮气化产生的超低温能量在孔底快速冷冻样品，实现了孔底 快速冷冻水合物岩心样品，冷冻样品的表面温度可达-10,解决了提取过程中 因井内围压降低导致水合物样品分解的取样技术难题。（3）首次发明了脉冲热激发和高压热射流开
5、采天然气水合物的方法，提出 了激振式往复热效应原理，研制了脉冲热蒸汽开采天然气水合物装置，通过热敏 式多段封隔器封闭水合物目标层，利用高压脉冲蒸汽诱发冻土带裂隙型水合物分 解，突破了井内产生高温高压脉冲蒸汽的技术瓶颈，蒸汽脉冲压力达4MPa,温 度达250C,成功实现了陆域冻土带水合物的试开采，解决了低品位水合物开采 的技术难题。项目获授权发明专利18件（含美国发明专利2件），实用新型专利7件，软 件著作权1件，发表学术论文73篇，其中SCI和EI收录30余篇，培养博士生 18名，硕士生25名。通过了科技部验收，评议等级为优秀；通过了中国地质学 会组织的专家鉴定，总体处于国际先进水平，其中，孔
6、底冷冻取样技术和泥浆强 化制冷技术达到国际领先水平。先后获中国地质学会2009年度“中国地质科技 十大进展”和2014年度教育部技术发明一等奖。本成果突破了国外对我国水合物钻探取样技术的封锁，成功应用于海拔 4000m的木里盆地、海拔5000m羌塘盆地和-50C的漠河盆地冻土带天然气水合 物资源勘探工程以及东北冻土区油气资源地质调查钻探工程，累计完成钻孔40 余口，完成钻探进尺超过20000m。本成果填补了我国陆域水合物钻采技术的空 白，成为我国陆域冻土区天然气水合物钻探的必备技术，支撑了XXX国家 专项的顺利实施，为我国成为第三个掌握陆地冻土带水合物钻采技术的国家做出 了重要贡献，取得了显著
7、的社会效益。本技术还可推广应用于海洋水合物钻采和 冻土区油气资源的钻采，应用潜力巨大，前景广阔。4、客观评价(1)科技部国际合作司验收意见，2010年，受科技部国际合作司委托，科 技部国际科技合作计划办公室组织专家对“天然气水合物孔底冷冻取样方法及取 样器研究”项目进行验收，通过验收并评为优秀。验收意见为：研发了自主知识 产权的天然气水合物主动式降温冷冻取样工艺和取样器，研制了适用我国冻土地 区的耐低温钻井液和强制冷系统，成功应用于青海木里天然气水合物勘探工作 中，为我国在陆地发现天然气水合物的工作做出了重要贡献，突破了国外对我国 在天然气水合物取样方面的技术封锁。”(2)中国地质学会成果鉴定
8、意见：2015年，中国地质学会组织专家对“陆 域天然气水合物冷钻热采关键技术”研究成果进行鉴定。鉴定结论为：本项目为 我国陆域天然气水合物的重大发现和成功试采提供了技术支撑，社会效益显著， 总体达到国际先进水平，其中孔底冷冻取样技术和泥浆强制制冷技术达到国际领 先水平。(3)中国国土资源报于2009年对本项目进行报道，评价本项目为：“研制 的天然气水合物孔底冷冻取样器和钻探泥浆制冷系统，在青藏高原冻土带天然气 水合物调查评价项目中发挥了重要的作用，为在青藏高原冻土带最终钻获天然气 水合物贡献了一份力量。”(4)科学时报于2010年对本项目进行报道，评价本项目为：“研制天然气 水合物孔底冷冻取样
9、器和钻探泥浆制冷系统。这两项内容的研究在此项目中起着 至关重要的作用。”(5)科技纵览于2015年对本项目进行报道，评价本项目为：“开发出一整 套具有自主知识产权陆地冻土带天然气水合物冷钻热采技术(6)中国科技成果于2015年对本项目进行报道，评价本项目为：“为我国 陆地天然气水合物的重大发现和成功试开采提供了技术支撑，并做出了重要贡 献。”5、推广应用情况本项目发明的方法和技术，被成功应用于天然气水合物国家专项的漠河盆 地、木里盆地和羌塘盆地冻土带及天然气水合物科学钻探工程中，满足了天然气 水合物钻探取样技术要求，支撑了我国陆地冻土带天然气水合物所有勘查工程, 为我国在青海祁连山木里盆地首次
10、钻获陆地天然气水合物样品和首次实现陆地 天然气水合物试开采做出重要贡献。该成果还被推广应用于神华集团的“木里盆 地天然气水合物资源勘探工程”。6、主要知识产权证明目录知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利 有效状态授权发 明专利FORCED COOLING CIRCULATIONSYSTEM FOR DRILLING MUD美国US9Q62,509B22015-06-23USB2吉林大学孙友宏，赵江鹏，郭威，徐 会文，王庆华，陈晨，李国 圣，贾瑞，赵建国，薛军有效授权发 明专利SAMPLING METHOD ANDSAMPLER FORGAS HYD
11、RATES BYHOLE BOTTOM FREEZING美国US8,()74,739B22011-12-13USB2吉林大学孙友宏，郭威，Valery Konstantinovich Chistyakov, 陈晨，张祖培，薛军有效授权发 明专利用于分段开采的热敏伞式封隔器中国ZL.12012-12-19吉林大学陈晨，温继伟有效授权发 明专利钻井泥浆强制冷却循环系统中国ZL.22012-09-26吉林大学孙友宏，赵江鹏，郭威，徐 会文，王庆华，陈晨，李国 圣，贾瑞，赵建国，薛军有效授权发 明专利干冰升华孔底冷冻保压取样器及取样 方法中国ZL.32011-12-28887849吉林大学孙友宏，郭威
12、，陈晨，张祖 培，薛军有效授权发 明专利孔底冷冻绳索取心钻具及其取心方法中国ZL.12013-01-30吉林 大学孙友宏，赵建国，郭威，赵 江鹏，陈晨，薛军，李国圣， 贾瑞有效授权发不提钻孔底冷冻绳索取心钻具及取心中国ZL.32015-04-01吉林郭威，孙友宏，王元，贾瑞，有效明专利方法大学李冰，刘华南，刘卫卫，薛 军授权发 明专利液氮孔底冷冻绳索取心钻具及取心方 法中国ZL.22015-02-18吉林 大学郭威，孙友宏，贾瑞，王元， 李冰，刘华南，刘卫卫，薛 军有效授权发 明专利高压热射流开采天然气水合物的方法中国ZL.12012-09-12吉林大学陈晨，孙友宏，房治强，高 文爽，陈大勇，
13、冯雪威专利权终 止授权发 明专利热敏伞式折叠型多层封隔器中国ZL.32013-12-04吉林大学陈晨，温继伟有效7、主要完成人情况孙友宏，排名1,副校长，教授，吉林大学，提出了钻井液“动态强制制冷”方法和同轴泥 浆强制对流制冷技术，授权美国发明专利1项，国家发明专利1项；提出了天然气水合物 孔底快速冷冻取样方法，授权美国发明专利1项；提出了脉冲热蒸汽法开采天然气水合物， 授权发明专利1项。郭威，排名2,副主任，副教授，吉林大学，研发了水合物钻井泥浆制冷装置，授权美 国发明专利1项，中国发明专利1项；研发了干冰法和液氮法孔底冷冻取样器及配套技术， 授权国家发明专利4项；设计了注蒸汽法开采冻土区天
14、然气水合物模拟软件，授权软件著作 权1项。陈晨，排名3,副院长，教授，吉林大学，提出了“可控制式”强制冷冻与关闭球阀方法, 授权发明专利1项；提出了利用高压热射流对埋藏于地下的天然气水合物矿藏进行开采的方 法，设计了热敏伞式折叠型多层封隔器、用于分段开采的热敏伞式封隔器和注蒸汽热敏扩张 式折叠型多段封隔器三种不同结构型式的具有热射流开采水合物功能的封隔器装备，授权发 明专利2项。张永勤，排名4,主任，教授级高工，中国地质科学院勘探技术研究所，对技术发明点3 脉冲蒸汽热激法提出了循环热力开采提高开采效率的改进方法；负责技术发明点1和3的野 外试验工作。祝有海，排名5,主任，研究员，中国地质调查局
15、油气资源调查中心，提出了祁连山冻 土水合物气体多组份的重要认识及注热开采的基本方法；负责技术发明点1和3的野外试验 地质指导工作。高科，排名6,副主任，副教授，吉林大学，吉林大学，提出了水合物地层仿生减阻降 热钻进，研制了系列减阻钻头和钻杆。8、完成合作关系说明关系说明一：合作方式：共同知识产权合作者/项目排名：孙友宏/I、郭威/2、陈晨/3、高科/6合作时间：合作成果：1） SAMPLING METHOD AND SAMPLER FORGAS HYDRATES BY HOLE BOTTOM FREEZING （孙友宏、郭威、陈晨）2） FORCED COOLING CIRCULATION S
16、YSTEM FOR DRILLING MUD （孙友宏、郭威、 陈晨）3）高压热射流开采天然气水合物的方法（孙友宏、陈晨）4）天然气水合物孔底冷冻取样器及其取样方法（孙友宏、郭威、陈晨）5）干冰升华孔底冷冻保压取样器及取样方法（孙友宏、郭威、陈晨）6）钻井泥浆强制冷却循环系统（孙友宏、郭威、陈晨）7）孔底冷冻绳索取心钻具及其取心方法（孙友宏、郭威、陈晨）8）液氮孔底冷冻绳索取心钻具及取心方法（孙友宏、郭威）9）天然气水合物勘探用仿生耦合金刚石钻头的研制与应用（孙友宏、高科）10）注蒸汽法开采冻土区天然气水合物模拟软件VL0 （孙友宏、郭威）关系说明二：合作方式：合著论文。合作者/项目排名：孙友宏/I、郭威/2、张永勤/4、祝有海/5合作时间:2004.06.01-2012.12.31 o合作成果：1） Design and Experimental Study of the Steam Mining System for Natural Gas Hydrates （孙 友宏、郭威、张永勤、祝有海）