天然气水合物开采技术综述
天然气水合物的开采技术研究与应用
天然气水合物的开采技术研究与应用近年来，随着能源需求的大幅增加和传统能源消耗的不断削减，人们对新型能源的研究和开发越来越重视。
天然气水合物，作为一种新型能源，具有丰富的储量、高能量密度和环保等优势，备受瞩目。
本文将介绍天然气水合物的基本概念、开采技术和应用现状，并对未来的发展前景进行展望。
1. 天然气水合物的基本概念天然气水合物是由天然气分子和水分子组成的化合物。
它通常存在于海底深度较大的地层或堆积体中，是一种非常稳定的天然气储量。
据估计，全球天然气水合物储量约为3000万亿立方米，约占全球天然气储量的3倍。
因此，开采天然气水合物具有重要的战略意义。
2. 天然气水合物的开采技术天然气水合物的开采技术较为复杂，需要结合海洋工程、地质学、化学等学科知识。
目前，国内外主要采用以下几种开采技术：（1）冷热交替法：即利用水合物物性的特殊性质，在高压下降温使水合物分解，然后升温再次封闭水合物。
（2）化学促进法：即利用化学剂来改变水合物结构，使分解温度降低，以此降低开采成本。
（3）减压法：即利用将地下水减压的方式，导致水合物分解而释放出天然气。
3. 天然气水合物的应用现状天然气水合物的应用十分广泛，主要应用于城市燃气、工业加热、发电等方面。
同时，它还可以作为一种清洁能源，用于汽车和船舶等交通工具。
目前，日本、韩国、美国等国家已经开始了天然气水合物的开采和应用，并取得了一定的成果。
4. 天然气水合物的未来发展前景随着全球能源需求的不断增加，天然气作为一种清洁能源的地位日益突出。
而天然气水合物，作为一种新型的天然气资源，其储量极为丰富、环保、安全等特点也越来越受到人们的关注。
未来，随着技术的不断进步和投入的加大，天然气水合物的应用将更加广泛，成为世界能源格局中的一支重要力量。
总之，天然气水合物作为一种新型的清洁能源，具有广阔的发展前景。
虽然目前其开采和应用仍处于初级阶段，但相信随着相关技术和政策的不断推进，天然气水合物将成为未来世界能源体系中的一支不可忽视的重要力量。
天然气水合物开采技术研究进展
天然气水合物开采技术研究进展天然气水合物是指天然气和水分子在高压、低温下形成的结晶体，是天然气的一种新形式。
天然气水合物的丰富储量和广泛分布，在能源领域具有非常重要的战略意义。
目前，天然气水合物开采技术研究已经取得了一些进展，本文将从四个方面进行分析。
一、天然气水合物开采技术研究现状天然气水合物开采技术一直是石油天然气领域的研究焦点，当前主要包括以下方面：1、水合物钻探技术：研究水合物在钻探过程中的动力学行为和物理性质，并开发出适合于水合物探测的传感器、仪器等设备。
2、水合物开采技术：通过人工或自然措施改变温度、压力、浓度等环境因素，使水合物分解，达到开采目的。
3、水合物输送技术：在水合物开采后，需要将天然气输送到加工厂进行加工处理，目前研究正在进行中。
4、水合物加工技术：水合物加工技术是将开采的水合物转换成生产能用的商品气体，主要涉及水合物裂解、去除杂质、压缩储存等方面。
二、天然气水合物开采技术研究现状目前，世界各国均在加速水合物开采技术的探索，例如日本在2013年成功进行了深层水合物开采实验，韩国也在2016年成功进行了大规模天然气水合物探测试验。
而我国则于2017年成功进行了天然气水合物试采。
在这些实践中，研究者们不断探索优化开采技术，提高开采效率。
1、温度管理技术天然气水合物开采需要在压力较高的环境下进行，为使水合物分解，需要通过温度管理技术来控制水合物的热解温度。
目前，研究者们主要通过水淬、电热、压缩利用等方法来达到控制温度的目的。
2、压裂技术在水合物开采过程中，如果仅仅靠温度变化来改变水合物体积、压力，开采效率较低。
因此，需要依托压裂技术，通过向水合物区域注入压缩空气、水等物质来达到改变水合物体积的目的。
3、高效减阻剂技术在输送天然气的过程中，水合物会因发生极性相互作用而粘附在输送管道及設备表面，严重影响输送效率。
高效减阻剂技术可将水合物与管道表面分离，提高天然气输送效率。
三、天然气水合物开采技术成果目前，天然气水合物开采的有效储量还未被准确评估。
综述天然气水合物分离
西南石油大学天然气水合物的开采分离方法综述一、课题国内外现状天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。
形成天然气水合物有三个基本条件：温度、压力和原材料。
一旦温度升高或压强降低，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。
因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
天然气水合物甲烷含量占80%～99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。
目前，30多个国家和地区已经进行“可燃冰”的研究与调查勘探，最近两年开采试验取得较大进展。
我国计划于2015年在中国海域实施天然气水合物的钻探工程，将有力推动中国“可燃冰”勘探与开发的进程。
日本2013年3月12日成功从爱知县附近深海可燃冰层中提取出甲烷，成为世界上首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家。
日本希望2018年开发出成熟技术，实现大规模商业化生产。
采掘试验由日本经济产业省属下的石油天然气金属矿物资源机构实施。
该机构利用地球深处探测船“地球”号，从爱知县渥美半岛附近约1000米的海底挖入330米，到达可燃冰层后，通过把可燃冰中的水分抽出降低其压力，使水和甲烷分离，然后提取出甲烷，整个过程约用了4小时。
因从20 世纪80 年代开始，美、英、德、加等发达国家纷纷投入巨资相继开展了本土和国际海底天然气水合物的调查研究和评价工作，同时美、加、印度等国已经制定了勘查和开发天然气水合物的国家计划。
特别是日本和印度，在勘查和开发天然气水合物的能力方面已处于领先地位。
世界上有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏，世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。
产业洞察网《可燃冰市场调研与发展趋势研究报告》显示1960年，前苏联在西伯利亚发现了第一个可燃冰气藏，并于1969年投入开发，采气14年，总采气50.17亿立方米。
天然气水合物的开采技术
天然气水合物的开采技术随着全球能源需求的不断增长，传统的石油和天然气资源正在逐渐减少。
在这种情况下，人们开始关注新型能源资源的探索和开发。
其中一种备受关注的新型能源资源就是天然气水合物。
天然气水合物是一种在海洋底部和地下埋藏的天然气资源。
它主要由甲烷和水分子组成，可以被看作是天然气和水的一种混合物。
在本文中，我们将讨论天然气水合物的开采技术。
天然气水合物的开采技术主要有两种：第一种是通过在水合物层上方注入高压液体，使天然气水合物分解成天然气和水。
这种方法称为“热力破坏法”。
这种方法的优点是操作简单、效率高、成本低。
但是，这种方法有一个风险，就是在水合物分解过程中释放出的甲烷会增加大气中甲烷的含量，从而加剧全球变暖的现象。
第二种方法是通过将热量传递到水合物层，从而使其中的甲烷蒸发成为气态。
这种方法称为“压力平衡法”。
这种方法的优点是不会释放甲烷到大气中，不会对环境造成负面影响。
但是，这种方法需要高能耗和高成本的设备，需要对现有技术进行改进，以降低成本。
在进行天然气水合物开采的过程中，还涉及到以下两个重要的技术：第一项技术是关于安全问题的。
天然气水合物开采过程中会涉及到高压和低温，如果操作不当就会引发安全事故。
因此，开采过程需要进行严格的安全防护。
比如，使用优质的管道和阀门、加强安全培训、做好紧急预案等。
第二项技术是关于环境问题的。
开采天然气水合物会对地下和海洋环境带来一定的影响。
因此，开采过程需要采取一系列措施，以减小环境影响。
比如，在开采过程中使用环保设备、实行环保措施等。
天然气水合物的开采技术是一个综合性的问题，需要从多个方面进行考虑。
只有通过技术创新，持续改进，才能实现天然气水合物的高效开采和利用。
同时，我们也需要时刻关注天然气水合物开采对环境和人类健康的影响，做到开采和保护的平衡。
总之，天然气水合物是一种潜力巨大的能源资源，目前仍处于开采阶段。
通过不断的技术研究和创新，我们有望在未来几十年内实现天然气水合物的商业开发，为全球能源供给做出更大的贡献。
天然气水合物的开发利用技术分析
天然气水合物的开发利用技术分析天然气水合物是一种天然气的新型储存形式，是由甲烷和水分子结晶形成的，储存量极其巨大。
因此，发掘和利用这种天然气储量已成为全球能源界和科技界的研究热点之一。
本文将对天然气水合物的开发利用技术进行分析。
一、天然气水合物的开采技术天然气水合物的开采技术主要有以下几种：钻孔法、注水法、热解法和超声波荡涤法。
1. 钻孔法钻孔法是使用钻探设备在海底或陆地上开采水合物的一种方法。
通过钻孔设备将泥沙层和水合物层分离，然后以泥浆或水将水合物层中的水分冲刷掉，从而破坏了水合物的晶体结构，使之变化成气体。
这种方法适用于水合物分布较为均匀、饱和度高的海域和陆地。
2. 注水法注水法是将淡水或高压水注入到水合物层中，使之溶解成气体，然后通过开采口抽取天然气。
该方法不仅可用于海底，也可用于陆地上，但它在开采效率、生产成本等方面存在一定的局限性。
3. 热解法热解法是利用热量将水合物层的结构破坏，从而释放天然气的一种方法。
发展迅速、效果明显，但是热能的使用成本较高。
目前这种方法还处于研究阶段。
4. 超声波荡涤法超声波荡涤法是利用超声波对水合物层进行荡涤，从而使天然气释放。
这种方法可以在不破坏水合物结构的情况下实现气体释放，不会对环境造成不良影响。
然而，该技术的高成本和复杂性限制了其应用范围。
二、天然气水合物的输送技术天然气水合物采集后需要输送至加工厂进行加工和利用，主要的输送技术有管道输送、船运输和悬浮巨型平台输送。
1. 管道输送管道输送是一种传统的气体输送方式，它是将水合物压缩成气态后装入管道中，通过锚定在海底的管道输送至加工厂。
该方法可靠性高、成本低，但需要大规模基建，而且对环境产生一定影响。
2. 船运输船运输是将水合物转运至市场的一种常见方式。
这种方法适用于水合物储量分布较为分散的海域，便于灵活调配资源。
但是它的运输成本较高，需要专门的运输船只。
3. 悬浮巨型平台输送悬浮巨型平台输送是一种新型的输送方式，它可以充分利用海洋空间，通过巨型平台将水合物输送至加工厂。
新型天然气水合物的开采技术和应用
新型天然气水合物的开采技术和应用近年来，新型天然气水合物正逐渐受到世界各国的关注。
天然气水合物是一种广泛存在于深海沉积物和极寒地区的天然气储藏形式，不仅储量巨大，还具有高能量密度和碳排放低的优点。
而且，开采水合物也可以为低碳经济、清洁能源等领域提供新的机会。
本文将从开采技术和应用方面，深入探讨新型天然气水合物的发展趋势。
一、新型天然气水合物的开采技术新型天然气水合物的开采技术是关键问题之一。
天然气水合物在地下深处，状如冰块，如果不采用科学合理的方法进行开采，不仅无法实现高效率开采，而且还会对环境带来严重影响。
目前，国内外均在积极探索开采水合物的技术路线。
1. 溶解气体开采技术溶解气体开采技术是目前应用最广泛的一种方法。
主要采用二氧化碳和甲烷混合物对水合物进行开采。
溶解气体可渗透入水合物晶体结构中，破坏水合物晶体结构并将其中的甲烷释放出来。
但是，采用溶解气体开采技术，存在生产成本高、破坏沉积物结构、长期存放二氧化碳等局限性。
2. 热解分解技术热解分解技术利用加热、蒸汽气或空气等途径提高水合物温度，使水合物内的甲烷脱离水合物的结构而释放出来。
热分解技术成本相对低廉、操作简单，但存在着破坏水合物结构、能耗大和只能利用浅层水合物等限制。
3. 通气压裂技术通气压裂技术利用机械力和压力技术将水合物破碎，从而释放甲烷。
相对于其它两种技术，通气压裂技术具有高效率、精度高的优点，但存在着需采用大量水和液压作用等限制。
二、新型天然气水合物的应用前景新型天然气水合物不仅是一种新兴的能源资源，而且在各个领域都有广阔的应用前景。
1. 清洁能源天然气水合物不仅具有含碳量低、污染少和储量丰富等特点，而且还可以直接制成LNG、LPG等清洁燃料，成为替代化石燃料的新型清洁能源。
2. 极地航运在极地航运中，由于油航运污染严重，人们越来越倾向于采用清洁能源进行动力发电。
天然气水合物具有高储量，能够为船只提供长时间、高效的动力，成为未来极地航运的首选燃料。
【天然气水合物的开采方法】
天然气水合物的开采方法天然气水合物的开采方法天然气水合物的开采是很大的难题。
通用的方法是先用各种方法将水合物分解再回收游离的气体。
前苏联的麦索亚哈水合物气藏最早进入了试验性工业开采。
2001年10月～2002年3月，在加拿大的Mallik气藏钻了一口生产试验井和两口观察井，成功地进行了为期79d的降压开采和加热开采试验。
目前提出的天然气水合物的开采方法基本上还是概念性的，这方面的研究尚处于试验阶段。
1 热力开采法热力开采法又称热激法。
是研究最多、最深入的天然气水合物开采技术。
其利用钻探技术在天然气水合物稳定层中安装管道，对含天然气水合物的地层进行加热，提高局部储层温度，破坏水合物中的氢链，从而促成天然气水合物分解，再用管道收集析出的天然气f见图1。
对含天然气水合物的地层加热有两种途径：一是将蒸汽、热水、热盐水或其他热流体通过地面泵注入水合物地层：二是采用开采重油时使用的火驱法或利用钻柱加热器。
热开采技术的主要缺陷是会造成大量热损失，效率很低，特别是在永久冻土区，即使利用绝热管道．永冻层也会降低传递给储集层的有效热量。
蒸汽注入和火驱技术在薄水合物气层的热损失很大，只有在厚段(大于15m)水合物气层热效率较高。
注入热水的热损失较蒸汽注人和火驱小，但水合物气层内水的注入率限制了该方法的使用。
采用水力压裂工艺可改善水的注入率，但由于连通效应，又要产生较低的传质效率。
研究表明，电磁加热法是一种比常规加热方法更为有效的方法 1，其有效性已在开采重油方面得到了显示。
此法是在垂直(或水平)井中沿井的延伸方向，在紧邻水合物带的上下(或水合物层内)放入不同的电极，再通以交变电流使其生热并直接对储层进行加热。
储层受热后压力低．通过膨胀产生气体。
此外，电磁热还很好地降低了流体的黏度．促进了气体的流动。
其中，最有效的电磁加热法当属微波加热。
因为天然气水合物对微波有一定的吸收作用。
在微波的辐射下会产生热效应而加快天然气水合物的分解。
天然气水合物开采技术
天然气水合物开采技术天然气水合物是一种新兴的能源资源，它可以替代传统石油和天然气，成为未来能源领域的主要来源。
由于其储量丰富，而且含量稳定，天然气水合物被认为是一种充满潜力的资源，但是由于其开采难度较大，开采技术也相对复杂。
本文将分享一些目前应用的天然气水合物开采技术。
1. 常规水平钻探常规水平钻探是一种基于传统石油开采的方式，通过钻探设备在海底进行，以获取天然气水合物储层的数据。
这种方法比较简单，由于在海底的环境下操作，所以需要钻探设备具有足够的耐腐蚀性能，以确保钻探设备能够在极端天气和海洋环境下运作。
不过这种方法却存在一定的限制，由于水合物储层往往是深埋在海底以下，这种开采方式的效率相对较低，而且成本相对较高。
2. 气体旋流法气体旋流法是一种新型的天然气水合物开采技术，它可以有效解决常规水平钻探的缺陷。
气体旋流法基于一个简单的原理，利用高速气流旋转和冲击力破坏天然气水合物储层结构，并将储层内的天然气释放出来。
这种技术可以提高开采效率，降低成本，在未来有望成为一种主要的开采方式。
3. 洁净隔离技术洁净隔离技术是一种未来重点研发的天然气水合物开采技术，它可以有效地实现天然气和水合物的分离和纯化。
这种技术可以减少环境污染，提高天然气水合物的纯度，从而提高其经济价值。
与此同时，洁净隔离技术还可以防止水合物被氧化和热解，避免不必要的资源浪费。
4. 微生物耦合方法微生物耦合方法是在天然气水合物开采领域探索的一种新型技术，其原理是通过添加细菌和病毒来促进水合物分解和提取。
这种方法可以在不改变天然气水合物储层化学成分的情况下，迅速将煤层气释放出来，从而提高开采效率和经济效益。
此外，微生物耦合方法不会对环境产生负面影响，是一种环保的开采技术。
总结天然气水合物是未来能源领域的一个潜力非常大的资源，开采技术不断取得进展，加上政策方面对于绿色能源的支持，未来天然气水合物有望成为主要的能源来源之一。
当前，常规水平钻探和气体旋流法是目前应用比较广泛的开采技术，而洁净隔离技术和微生物耦合方法是未来需要加强研究的新型技术，未来水合物开采将逐渐转向低成本、高效率、环保、绿色的方向。
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孙晨曦，李明阳 Table 1. The advantages and disadvantages of different thermal extraction methods 表 1. 不同的热开采方法优缺点
方法 注入热流体 (热水、盐水) 电磁加热 微波加热 太阳能加热 优点 简单且循环利用 加热迅速、易于控制 易于控制、通过波导管传输 高效、清洁、无污染 缺点 效率低，热量大量流失 需要大量的能量来源且设备复杂 缺乏大功率磁控管 易受气候变化影响
2.2. 水合物的降压开采
2.2.1. 降压开采技术原理 降压法是目前主要的天然气水合物开采方法之一。是通过泵吸作用降低气体水合物储层的压力，使 其低于水合物在该区域温度条件下相平衡压力，从而使水合物从固体分解相变产生甲烷气体的过程。
Figure 2. Gas hydrate phase equilibrium diagram 图 2. 天然气水合物相平衡图
Open Journal of Nature Science 自然科学, 2017, 5(2), 211-217 Published Online May 2017 in Hans. /journal/ojns https:///10.12677/ojns.2017.52028
2. 天然气水合物开发方法
2.1. 水合物的热激发开采
2.1.1. 热激发技术原理 热激法开采天然气水合物是一种在压力变化不大的情况下，通过像注入热水等从水合物储层之外的
Figure 1. Gas hydrate samples 图 1. 天然气水合物样品
212
孙晨曦，李明阳
外部环境直接供给储层热量，用来提升水合物储层温度，使水合物分解，进而采气的开采方案。这种开 采方式比降压法和化学试剂法具有热量直接、作用效果迅速、水合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分解效果明显等优点；另外可以控 制加热位置，使储层在技术所能达到的情况下就满足给热需求，而且具有环境影响小、适用于多种不同 储藏特性等优点(图 2)。 这种开采方式的分解形式如下式所示：M 为气体分子，s 为固态，g 为气态，l 为液态。
Keywords
Gas Hydrate, Thermoelectro-Liminesence, Pressure Reduction, Inhibitor, Gas Substitution
天然气水合物开采技术综述
孙晨曦，李明阳
东北石油大学，石油工程学院，黑龙江 大庆 收稿日期：2017年5月5日；录用日期：2017年5月24日；发布日期：2017年5月27日
甲烷气体和水反应生成水合物以及水合物分解生成甲烷气体和水的化学反应方程式如下，M 为气体 分子，s 为固态，g 为气态，l 为液态：
M ⋅ nH 2 O ( S ) → M ( g ) + nH 2 O ( l )
当地层压力升高或者温度降低时反应朝右进行，此时地层多孔介质中的甲烷气体分子会结合在水分 子中，其中水分于之间借助氢键形成结晶网络，甲烷气体分子和水分子之间通过范德华力结合成固体形 状的水合物[4]。当地层压力降低或者温度升高时反应向左进行，此时甲烷气体分子和水分子之间范德华 力减弱，固体形状的水合物结构会释放出大量的甲烷气体分子。因此，从己经形成天然气水合物的地层 中开采天然气，实际上就是天然气水合物的分解反应，即水合物的分解过程。降压法就是促进水合物发 生分解反应的措施。 当水合物矿藏的底层和盖层都是非渗透层，在一口生产井中可以钻穿盖层而达到水合物层，此时降 低井底压力可使水合物的稳定状态发生破坏，最终水合物发生分解，连续产生气体。由于该种类型的水 合物矿藏在初期的降压面积有限，可能会导致较低的初期产气速度。随着水合物的不断分解，分解面会 不断增加，产气速度也会有所改善。为了提高初期产气速度，可以先通过注热法或注入化学试剂在井底 形成一个较大的天然气“囊”，增大不稳定水合物的面积，提高产气速度[2]。 在合适的条件下，天然气水合物和气藏往往伴生在一起，天然气水合物层由于其较低的渗透率可作 为天然气藏的盖层封闭游离的天然气。此时可在生产井中钻穿水合物层到达自由气藏，通过开采水合物 层之下的游离气来降低储层压力，使得与天然气接触的水合物不稳定而分解。 2.2.2. 降压开采的特点 降压法开采井的设计与常规油气开采相近，渗透性较好的水合物藏内压力传播很快。开采水合物层 之下的游离气是降低储层压力的有效方法之一，另外通过调节天然气的开采速度也能达到控制储层压力 的目的，进而达到控制水合物分解的效果。降压法不需要昂贵的连续激发。因此，降压法是极具潜力的 经济、有效的开采方式。 而其缺点主要包括： (1) 开采过程中必需对生产速度和压力进行精细控制，间歇性地为地层提供热量； (2) 需要装备人工举升设备及产出水收集与处理设备，并制定严格的防砂措施； (3) 钻井的后勤和作业费用巨大，井筒和集输设备必须采取流动保障措施。 因此需要与周期加热、机械举升、化学增产等诸多方法集成。
Open Access
1. 引言
天然气水合物作为一种新能源，已经引起了政府、各大公司和高等院校的广泛注意，他们纷纷开设 相关研究部门和新学院以加强水合物方面的研究。有关水合物的开发也随即成为热点。天然气水合物， 简称水合物，又称“可燃冰”，是由水和天然气在高压低温环境条件下形成的冰态、结晶状笼形化合物 (图 1)。天然气水合物主要分布在深水(>300 m)的海洋地下和永久冻土带，天然气水合物常常以甲烷水合 物为主，其包络的气体以甲烷为主，与天然气组成非常相似，这种化合物分子量小，化学成分不稳定。 分子式 M·nH2O。 海洋天然气水合物资源量十分巨大，通常是陆地冻土带的一百倍以上[1] [2]。天然气水合物的显著特 点是分布广、储量大、高密度、高热值。1 m3 天然气水合物可以释放出 164 m3 甲烷气和 0.8 m3 水，所以 天然气水合物，特别是海洋天然气水合物被普遍认为将是 21 世纪的替代能源。因此，了解天然气水合物 的开采尤为重要。 天然气水合物开采的基本思路都是首先考虑如何使储藏在沉积物中的天然气水合物分解，然后再将 天然气采至地面。一般来说，人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件，即相平衡条件，造成 其分解，是目前开采天然气水合物中天然气资源的主要思路。
摘
要
天然气水合物作为一种新能源，已经引起了政府、各大公司和高等院校的广泛注意，他们纷纷开设相关 研究部门和新学院以加强水合物方面的研究。有关水合物的开发也随即成为热点。天然气水合物开采的 基本思路都是首先考虑如何使储藏在沉积物中的天然气水合物分解，然后再将天然气采至地面。一般来
文章引用: 孙晨曦，李明阳. 天然气水合物开采技术综述[J]. 自然科学, 2017, 5(2): 211-217. https:///10.12677/ojns.2017.52028
2.3. 水合物的抑制剂开采
2.3.1. 水合物抑制剂原理 通过注入化学抑制剂(包括盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等)，可以改变水合物形成的相平衡条
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孙晨曦，李明阳
件，降低水合物稳定温度，改变天然气水合物稳定带的稳压条件，导致部分天然气水合物的分解。 当添加抑制剂时，相平衡曲线左移，而反应朝右进行。甲烷气体分子和水分子之间范德华力减弱， 固体形状的水合物结构会释放出大量的甲烷气体分子。因此，从己经形成天然气水合物的地层中开采天 然气，实际上就是天然气水合物的分解反应，即水合物的分解过程；“抑制剂”抑制了水合物的生成， 实际上就是促进水合物分解，进而能使我们开采天然气。因此水合物抑制剂，除了能应用于水合物开采 领域，钻井液中加入水合物抑制剂也是深水钻井作业水合物防治中广泛应用。 水合物抑制剂具有降低初始能源输入的优点，但添加化学抑制剂较加热法作用缓慢，其费用昂贵不 适用于商业应用，且易造成环境污染。海底水合物压力较高因而不宜大规模采用水合物抑制剂，需要结 合其他开采手段联合使用。 2.3.2. 抑制剂的种类 向管道中加入抑制剂可以使水合物的成核速率、 聚集方式等条件发生变动， 在流体正常流动情况下， 降低水合物的生成温度，提高其压力，使产生水合物因素的临界点改动来抑制水合物的产生，抑制剂的 种类主要有热力学抑制剂、动力学抑制剂、防聚剂等。 (1) 热力学抑制剂(THI)作用机理 利用水分子与抑制剂分子或离子之间的竞争作用来改变热力学平衡条件，使其压力与温度处在实际 应用条件以外，来防止水合物的产生或者让其与水合物进行接触，让相平衡曲线产生改变，使得水合物 结构不能趋于稳定状态，从而达到了分解水合物的目的。 (2) 动力学抑制剂(KHI)作用机理 动力学抑制剂是为了减慢水合物的成核速率，减缓其生成速度，干扰其晶体的生长方向等一些列方 式来抑制水合物生成的。它一般为水容性或水分散性聚合物，一般在水相中动力学抑制剂才能起到抑制 效果， 当注入的浓度较低时， 水合物生成的热力学条件不会受其影响。 在水合物产生和生长的早期阶段， 它们会附着在水合物晶体的表面，水合物晶体与抑制剂的氢键作用，这样就起到了抑制其晶核成形时间 或者阻止晶核的生长，从而减少管道中水合物的形成，促进水合物的分解，让管道通畅，降低损失[4]。 (3) 防聚剂(AA)作用机理 防聚剂与其它抑制剂的作用机理有所不同，其主要就是起到乳化的作用，就相当于聚合物和表面活 性剂，若同时有油和水存在时方可使用，才能起到抑制效果。往系统中加入一定量的防聚剂便能使油水 相乳化，可以把油相中的水分散成很多水滴，即便是油相中分散出来的水滴和气体生成水合物，但由于 生成的水合物被增溶在微乳中，很难凝聚成块，堵塞情况就难以发生。因此防聚剂在管线密闭或过冷度 相对较大的条件下具有非常好的抑制效果。 前 3 种开采方法的不足主要表现在地层传热效率低，制约水合物分解效率，这是由于水合物分解吸 收大量热，地层较差的热传导性使得水合物分解区域降低的温度不能得到快速补偿，所以作用效率低。 另外，这 3 类方法都是基于分解水合物的原理，会引起水合物层强度降低，进一步带来边坡失稳、海底 破坏等环境问题。因此，CO2 置换开采水合物正逐渐成为科学家们研究的重点[3]。
Summary of Natural Gas Hydrate Exploitation Technology