天然气水合物研究现状Word文档格式.docx

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天然气水合物又称笼形包合物,是由甲烷等气体和水分子组成的类似冰状的固体物质,其中甲烷含量达99%的天然气水合物又叫甲烷水合物。

天然气水合物的分子式为MnH2O,其中M是以甲烷气体为主的气体分子数,n为水分子数。

天然气水合物分子实质上是一种水包气的笼形物,其中水结晶成等轴晶系,而不像冰那样的六方晶系。

由水分子通过氢键形成不同形式的刚性笼架晶格,每个笼架晶格中包含一个主要为甲烷的天然气分子,水分子与天然气分子之间通过范德华力相互吸引。

笼型水合物多面体到目前为止已经发现的天然气水合物结构有3种（如下图所示）:

结构Ⅰ型：

最常见，属于体心立方体结构,可由天然气小分子在深海形成,其笼架晶格以各自的笼架体心堆砌排列。

结构Ⅱ型：

属于金刚石立方结构,可由含分子大于乙烷小于戊烷的烃形成。

结构H型：

属于六面体结构,可由挥发油和汽油等大分子形成。

结构Ⅱ型和结构H型由复杂的热成因的天然气水合物构成,含有与地下深处烃类系统中渗漏的油气有直接关系的各种热成因烃和CO2。

灯笼水合物多面体

天然气水合物的勘探迄今仍处于调查和摸索阶段，目前所使用的勘探方法可以说是传统油气勘探方法的借鉴和总结。

通过概括天然气水合物的勘探方法主要有以下几种：

1、地震地球物理法，它使用最为广泛，通过检测BSR异常地震反射层来检测天然气水合物的存在2、钻孔取样技术，通过钻井过程中观察钻井泥浆中充气和层段时间的排气现象来发现天然气水合物层段3、测井技术，利用天然气水合物的水为纯水等自有性质来检测天然气水合物的存在

4、地球化学方法，主要为有机的、流体的和同位素等地球化学方法。

而对于天然气水合物的开采具有一定的危险性，水合物本身极不稳定，在接近冰点和处于500m水深以下的高压才会稳定。

如果将天然气水合物在这种状态下采出，就会迅速分解，不仅如此开采时容易泄漏于大气中的甲烷气体，造成的温室效应将十分严重，会对整个人类造成灾难性的后果开采天然气水合物的基本原理是先将水合物分解为气和水,然后收集天然气。

如下天然气水合物转化机理相图：

天然气水合物溶解相图

它表明分解天然气水合物。

开采天然气可采用3种方法：

钻井降压开采、化学剂注入开采和热力开采，其中钻探方法通过降低水合物层下面游离气聚集层位的平衡压力，破坏水合物水藏的稳定性水解水合物而析出甲烷气体，而化学剂注入开采都是用注入的化学物质改变天然气水合物形成的相平衡条件，促使水合物分解，现实中一般不采用此种方法，主要因为费用太昂贵，而且由于大洋中天然气水合物所处压力较高，回采气体较困难，不宜采用此种方法。

热力开采是研究最多、最深入的天然气水合物开采技术，它各种开发出来的方法各有优点和不足，等待我们去进一步完善。

天然气水合物的勘探开发是一项大型的、高难度的综合工程,涉及到海洋工程、勘探、开发,乃至材料、通讯、信息等众多技术领域,需依靠各领域的专家共同努力,开发出一系列高新技术装备。

只有在技术装备上缩短与国外先进水平的差距,才有可能使中国天然气水合物的找矿和开发取得突破性进展,并加速其勘探开发进程。

天然气水合物世界研究历史及国内外的研究现状

世界研究历史

从1810年英国HumpheryDavy发现气水合物和1888年Villard人工合成天然气（甲

烷）水合物以来,人类就再没有停止过对气水合物的研究和探索。

期间也曾出现过数次研究高潮，在这将近200年的时间内,全世界对天然气水合物的研究大致经历了3个阶段:

第一阶段是从1810年Davy合成氯气水合物和次年对气水合物正式命名并著书立说

到20世纪30年代初。

在这120年中,气水合物的研究仅停留在实验室,争议很多。

第二阶段是美国Hammerschmidt1934年发表了关于水合物造成输气管道堵塞的有关数据后,人们开始注意到气水合物的工业重要性,从负面的角度加深了气水合物及其性质的研究。

这个阶段,研究主题为工业条件下水合物的预报、清除以及水合物生成阻化剂的研究和应用。

随后随着俄国科学家对天然气水合物存在于海洋底部地表层中的预言以及西伯利亚冻土中天然气水合物底层的发现，天然气水合物步入了研究高潮，可以说,从二十世纪60年

代至今,全球气水合物研究跨入了一个把气水合物作为一种能源进行全面研究和实践开发的阶段-----第三阶段，开展了对气水合物的类型及物化性质、自然赋存和成藏条件、资源评价、勘探开发手段以及气水合物与全球变化和海洋地质灾害的关系等广泛而卓有成效的研究。

国外研究现状

就国外天然气水合物的研究来说，属美国、德国、日本、俄罗斯等发达国家对天然气水合物的研究较为广泛。

尤其日本对于天然气水合物,尤其是海底的天然气水合物研究表现出了异乎寻常的热情,在1995年专门成立了甲烷水合物开发促进委员会,并制定了5年的研究开发计划,在5年间投入了150亿日元,而且全世界天然气水合物的3口探井中,就有两口是以日本石油公司为首的多国石油公司钻探的，而作为经济强国的美国在1998年通过了一个投资2亿、为期10年的天然气水合物研究与资源开发计划,目的是为了研究布莱克海台天然气水合物中甲烷资源的巨大潜力。

德国则一方面靠国际合作,一方面在国家项目支持上,主要针对大陆斜坡力学稳定性的问题,研究因甲烷水合物的失稳作用引发的脱气过程[4]。

加拿大麦肯其三角洲冻土地区已经完成了天然气水合物的实验性开采,了解了天然气水合物的形成,解决在冻土区钻井技术和造成的环境问题,开发和试验最佳的天然气水合物钻井和采收工具与方法,确定天然气水合物储层的天然气采收率和产量[5]。

俄罗斯是最早发现和全方位开展天然气水合物资源调评价的国家之一,它拥有全球唯一正在从天然气水合物中开采天然气的西西伯利亚Messoyaha气田,并对黑海的天然气水合物进行了前景分析和资源评价[6􀀁

8]。

印度也在政府的五年计划中投入5600万美元用于调查其东、西部近海天然气水合物。

刚果、巴基斯坦、韩国等国对天然气水合物均有不同程度的调查和研究。

国内研究现状

对于中国，天然气水合物的研究也起始于实验室，然后再扩展到资源调查领域，自1999年开始国土地质调查局系统开展了大量调查研究工作，研究表明，我国许多还去具有天然气水合物的形成条件，我国是世界冻土第三大国，尤其是青藏高原是多年生冻土带，可能埋葬着丰富的天然气水合物，经过研究获得的主要成果有：

1、水合物成矿带的顶、底面是一个客观存在的物性界面2、天然气水合物一般存在于地形转折处的下端、岩性中等偏细的沉积中3、研究表明南海北部具有天然气水合物较为有利的成矿环境。

不仅如此，中国地质科学院矿产资源研究所、广州海洋地质调查局、中国科学院与地球物理研究所等单位对中国近海天然气水合物的成矿条件、调查方法、远景预测等方面进行了前期预研究，为中国开展天然气水合物调查做好了资料和技术准备。

现就中国天然气水合物成矿区南海、东海、陆地冻土区及国际海底区域分别展开论述。

南海是中国天然气水合物成矿条件和找矿前景最好的地区,也是调查研究程度最高的地区,且已取得找矿工作的重大突破。

目前的各种调查研究结果显示,南海北部陆坡区和南部陆坡区最有可能找到天然气水合物,西部陆坡区如中建南盆地、万安北盆地也有可能找到天然气水合物，而东海西太平洋沟-弧-盆体系中的一个弧后盆地,主要包括东海陆架、冲绳海槽等单元，从水深、海底温度、热流值、沉积厚度、沉积速率、有机物形成条件。

各种研究表明冲碳含量等区域地质条件来看,冲绳海槽特别是其西南斜坡具有良好的天然气水合绳海槽特别是其中南部也可能存在天然气水合物，如下图所示：

中国部分海域天然气水合物找矿远景区预测图

中国多年冻土面积达215×

104km2,占国土总面积的22.4%[20],是仅次于俄罗斯、加拿大的世界第三冻土大国。

冻土区主要分布于青藏高原、大兴安岭及其他高山地区，也是天然气水合物主要成矿区，如下所示：

中国冻土区天然气水合物找矿远景区预测图

而国际海地区域，迄今所发现的绝大多数均大路边缘，即各沿岸国家的领海或专属经济区内，浩瀚的海洋依然不曾展示它神秘面纱后的一面，等待我们去探索发现，浩瀚的国际海底究竟有无天然气水合物还是一个未解的谜团，为在新一轮的“跑海圈地”运动中占据有利位置，中国大洋矿产资源研究开发协会设立太平洋国际海底天然气水合物成矿地质背景与找矿远景区预选研究的探索性课题圈出南极近海的威尔克斯陆缘区、中太平洋海山区内的沉积盆地和西太平洋Pigafetta盆地等供大洋协会下一步开展调查时的决策参考。

但迄今为止,中国还没有开展国际海底天然气水合物的调查工作，中国队天然气水合物的研究展开了探索性的发展。

如下

中国天然气水合物文献年际变化图

正如前面所论述的，中国正处于资源调查阶段的早期，尽管取得了一系列的进展，但是由于起步晚、基础差，目前仍然存在较多的问题，主要有总体研究处于起步阶段，调查程度较低，投入的人力物力财力不少，不过才初步形成天然气水合物的研究热潮，研究工作相对薄弱，仅学术论文发表上虽多但大多为综述性文章。

另外对于科研有极重大意义的技术设备与国外先进水平相差较远，开发利用、储运等技术仅仅开展了探索性的实验研究或模型研究，离实际利用还有很长的距离。

目前世界各国都在大力发展天然气水合物的开发利用研究，预计在2020年前后能实现陆上冻土区水合物的商业性开发，2030---2050年前后有望实现海底水合物的商业性开发，如下是我国天然气水合物领域的发展历程图，叙述了我国天然气水合物从发现到发展以及未来的前景预测：

天然气水合物领域发展历程示意图

天然气水合物的研究价值有目共睹，中国目前正处于资源调查阶段的早期，资源分布情况不是很清楚，估算出的资源量也仅仅是理论资源量、推测资源量或潜在资源量，与国外还有一段的距离但随着中国有关部门的大力重视和一些政策的支持，中国天然气水合物已取得一定成果，它的调查与研究会得到进一步的加强与重视，调查研究进程将会进一步加快，在不久的将来将会像预测图上一样过渡到试生产阶段和商业性生产阶段。

期待着中国天然气水合物进一步的发展。

参考文献：

[1]江怀友等，世界天然气资源现状与展望,中国能源.2009.

[2]张美，天然气水合物的研究现状和前景，中山大学研究生学刊.2006.

[3]杨帆等，天然气水合物的研究现状与展望，资源与产业.2007.

[4]安青等，天然气水合物开采研究现状，河南化工.2008.

[5]张洪涛等，中国天然气水合物调查研究现状及其进展，中国地质.2007.

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