天然气水合物的利用
天然气水合物的提取和利用技术研究
天然气水合物的提取和利用技术研究第一章概述天然气水合物（NGHs）是一种深海沉积物，是天然气分子和水结晶形成的复合物。
它是一种新型的汇集能源，含天然气的量很大，如果能够高效开采和利用，可以成为世界能源结构中不可或缺的一部分。
然而，由于NGHs的存在为深海采矿提供了极大的技术难度和高昂的成本，因此现阶段的NGHs研究大多数集中在其提取和利用技术的探索上。
第二章 NGHs提取技术研究2.1 密闭式开采技术密闭式开采技术系指在海底将NGHs裹入一定直径的交错提取管道中，使用泵将钻井液（或原生水）通过提取管道的间隙进入NGHs发现区域，从而将NGHs推上交错管道。
这种技术相对于传统的盘管提取技术更加高效、可靠，因而受到越来越多的关注。
2.2 静压式开采技术静压技术是利用一个持续以恒定压力向海底NGHs发现区域供压的装置进行开采，过程中用水或空气将NGHs冲刷到管顶，保证气体和水不分离，避免结构损害，使得NGHs得以高效提取。
这种技术可行性高，可适用于各种NGHs沉积情况和组织形态，因此备受关注。
2.3 盘管提取技术盘管提取技术是指将一系列钢制盘管下潜至海底NGHs层埋藏区通过旋转盘管进行泵送等方式将NGHs推上盘管，最终通过提取管道将NGHs送上地面。
虽然该技术的开采效率较低，但是其成本相对较低，配合钻井技术可以减少生产成本和风险，因此一直以来都是研究的热点方向之一。
第三章 NGHs利用技术研究3.1 燃气发电NGHs是一种清洁的燃料，它燃烧产生的CO2带来的环境污染相对较低。
因此，使用NGHs发电是一种较为可靠且环保的方式，这种方式在欧美已经不是新鲜事物。
近年来，中国也在推进这种技术的应用范围和开采总量以减少对煤炭、石油和天然气等能源的依赖性。
3.2 工业加氢NGHs除了可以燃烧之外，利用其轻碳链结构和高热值也可进行加氢处理，得到丰富的烃类化学品，如乙烯、丙烯和芳香烃等。
利用NGHs进行的工业加氢目前正在快速发展，未来将成为石油化学工业的重要组成部分。
天然气水合物的合成与应用
天然气水合物的合成与应用天然气水合物是一种在高压和低温条件下形成的物质，是天然气和水在一定的比例下形成的。
它是地球上最丰富的可再生能源之一，具有丰富的能源储量和广泛的应用前景。
一、天然气水合物的合成天然气水合物的形成与条件密切相关，需要特定的温度和压力下才能形成。
它由氢键和茂分子间的力量相互作用而形成。
这种相互作用在水合物结晶中起着决定性的作用，从而使其形成和稳定。
天然气水合物中主要是甲烷，但也含有少量的乙烷、丙烷、丁烷等轻烃类成分。
天然气水合物的形成温度一般在0℃以下，压力高达几百倍于大气压力，因此常存在于深海底层或泥盆地等地质环境。
二、天然气水合物的应用天然气水合物作为一种天然、可持续的能源资源，被广泛研究和应用。
其应用领域主要包括以下三个方面：1. 能源领域天然气水合物是一种重要的清洁能源资源，其能量储量可与煤、石油相媲美，是一种非常有价值的能源来源。
未来随着科技进步，天然气水合物将成为人类重要的能源供应方式之一。
2. 化工领域天然气水合物还可以被用作化学原料，制备合成氨、合成甲醇等。
同时，天然气水合物还可以作为硫化氢的吸附剂，对于减少氢气硫化的排放，具有十分重要的意义。
3. 地质领域天然气水合物可以被用作地球科学研究的重要对象。
它可以为研究地质气的来源和形成规律提供重要的线索，同时对于开采用于固态氢能和热能存储等研究也有很大的意义。
三、天然气水合物的优点与传统的煤炭和石油等能源资源相比，天然气水合物有着很多的优点。
1. 能源储量大天然气水合物是一种可再生的能源，其含气量约为煤和石油的10倍以上。
未来一旦开始了天然气水合物的开采和利用，将为人类带来巨大的能源資源。
2. 环保清洁相比于传统燃料，天然气水合物的燃烧过程中产生的污染物极低，因而不会产生环境污染。
同时，天然气水合物的生产和运输过程中，也大大减少了污染物的排放。
3. 应用广泛天然气水合物可以广泛应用于能源、化工、地质等领域，因此其潜在的应用前景非常广阔。
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。
天然气水合物资源的开发利用
天然气水合物资源的开发利用天然气水合物是一种新兴的天然气资源，也被称为“冰燃料”。
它以水的形式存在，在高压和低温的条件下形成，是一种结晶的、类黑色固体物质，其中包含着天然气分子。
随着全球天然气产量逐渐减少和对清洁能源需求的增加，水合物资源的开发利用成为国际上一个备受关注的热点。
本文将从以下几个方面来探讨天然气水合物资源的开发利用。
一、天然气水合物资源的状况天然气水合物被广泛分布于大洋中的海底和极地海域，是一种富含能源的重要天然气资源。
据测算，全球水合物储量约为1.5万亿立方米，是世界天然气资源总储量的数倍。
其中，日本、中国、美国等国家都有较为丰富的水合物资源储量。
但由于其开采难度和成本较高，目前全球尚未对其进行大规模的商业开发利用。
二、天然气水合物的开采技术天然气水合物由于存在于深海等艰苦的环境中，因此其开采难度和风险明显高于传统的天然气资源。
目前，普遍采用的天然气水合物开采技术主要有两种：下行式钻井与钻井完井联合体技术。
下行式钻井是在水合物层通过钻井作业，然后将管道连接到井口和固定平台上，最后通过管道输送天然气。
钻井完井联合体技术是利用专用的水合物采集器吸收水合物，然后再通过管道输送天然气。
虽然两种方法各有优劣，但是技术难度都比较大，在开采中需要不断创新和完善。
三、天然气水合物的市场前景天然气水合物作为一种新兴的能源资源，其市场前景非常广阔，具有巨大的经济增长潜力。
首先，天然气水合物的储量丰富，能够满足全球能源需求的日益增长。
其次，天然气水合物的燃烧产生的二氧化碳和其他有害物质较少，与传统化石燃料相比，可以降低环境污染和温室气体的排放。
此外，随着技术的不断进步和成本的降低，天然气水合物的开采利用成本将逐渐降低，有望成为一种更为可行的清洁能源。
四、我国天然气水合物开发利用现状我国是天然气水合物资源比较丰富的国家之一，目前也在积极开展有关的开发利用工作。
截至2021年初，我国已经建成南海天然气水合物试采井，取得了明显进展。
天然气水合物的开采与利用
天然气水合物的开采与利用引言天然气水合物是一种富含甲烷的天然气产物，被誉为能源界的“冰油”，被广泛认为是未来能源的重要替代品之一。
然而，天然气水合物的开采与利用既是一项充满挑战的技术难题，也是促进能源转型发展的重要手段。
本文将探讨天然气水合物的开采等方面，旨在探索其在未来能源格局中的重要地位。
第一部分开采技术与挑战天然气水合物存在于深海沉积物中，其开采技术相对复杂且难度较大。
目前，国际上已经有多种天然气水合物开采方法，包括水合物表层开采、热解采和萃取等。
然而，这些方法在实际应用中还面临许多挑战。
首先，天然气水合物的开采对环境影响较大。
开采过程中可能会造成海洋污染、生态破坏等问题，给海洋生态系统带来潜在风险。
因此，在开采过程中需要采取一系列的环保措施，确保生态环境的可持续性。
其次，天然气水合物的开采技术还不够成熟。
目前，国际上的开采技术仍处于实验阶段，缺乏大规模商业化应用的先例。
因此，需要进一步加大投入，推动相关技术的研发与创新。
第二部分利用与价值天然气水合物的利用具有广泛的前景和巨大的经济价值。
一方面，天然气水合物是一种清洁能源，其燃烧过程中产生的污染物较少，对环境的影响相对小。
另一方面，天然气水合物具有丰富的储量，可以为国家提供持续稳定的能源供应。
首先，天然气水合物可以成为传统石油天然气的替代品，推动能源转型发展。
传统的石油和天然气资源逐渐枯竭，而天然气水合物则储量丰富，开采难度逐渐降低。
因此，通过开发和利用天然气水合物，可以减少对传统能源的依赖，提高能源供应的稳定性。
其次，天然气水合物的利用也可以推动地方经济的发展。
天然气水合物开采将带动相关产业链的形成，包括勘探开发、设备制造、交通运输等领域。
这将为当地经济带来巨大的发展机遇，促进就业增长和经济增长。
第三部分可持续发展与前景展望天然气水合物的开采与利用需要充分考虑可持续发展的问题。
一方面，需要加强环保意识，制定相关法规和规范，保护海洋生态环境。
天然气水合物的开发和利用
天然气水合物的开发和利用随着能源需求不断增长，传统石油和煤炭等化石燃料的开采和利用已经难以满足人们的需求。
为了将能源来源多样化，开发和利用新能源已经成为了必要的途径。
其中，天然气水合物（Methane hydrate）是近年来备受关注的一种新型能源，是一种以甲烷分子为主要成分，通过水分子形成的固态物质。
天然气水合物是一种丰富、广泛分布的可再生能源，具有极高的能量密度和环保性，其全球资源总量远远超过传统天然气，具有巨大的经济和社会价值。
一、天然气水合物的形成天然气水合物，是一种在深海和高寒地区常见的固态物质，由水和天然气混合形成，因而又称为“天然气冰”。
其基本的成分是甲烷和水，真正的水合物者，还需一定量的其他气体。
天然气水合物形成于低温、高压条件下，常见的分布在海洋沉积物中，也有一些分布在陆地上或在深度较浅的海域中。
通常情况下，海底深度超过1000米的海底含水层中，甲烷水合物的含量最高，可达到数百万亿立方米。
二、天然气水合物的开采从1970年代开始，国际上就开始了Methane Hydrate的研究工作，而Methane Hydrate的开采和利用则是最近几年的热点话题之一。
天然气水合物开采的主要难点在于其开采和加工过程非常复杂。
因为天然气水合物的结构非常稳定，需要在极端的高压、低温环境下开采和加工。
这需要耗费大量的能源投入，以及高超的技术和专业知识。
从目前的技术水平上来看，天然气水合物的开采和加工还是非常困难的，需要投入大量的资金和技术研究才能实现它的大规模商业开采。
三、天然气水合物的利用天然气水合物的利用可以轻松地看出几个方向：燃料、化工原料和CO2减排等。
首先，天然气水合物的利用最主要的方向是作为一种新的燃料资源。
天然气水合物燃烧后所产生的污染物极其少，对环境污染的危害比传统化石燃料小得多，并且其热值居于化石燃料之上，因此被普遍认为是环保型的能源形式。
其次，人们还可以将天然气水合物提炼甲烷后用于化工原料生产中。
天然气水合物的开采及利用方案
天然气水合物的开采及利用方案近几十年来，人类对于各种资源的利用进入了一个高峰期，对于传统化石能源的需求与使用越发亢奋。
这种过度的消耗不仅带来压力，更加速了全球气候变化。
因此，寻找新的、清洁化石能源便引起了人们广泛的关注。
其中，天然气水合物便是一个备受关注的新型能源。
那么天然气水合物是什么？如何开采？又应该如何利用呢？1. 天然气水合物是什么？天然气水合物是一种天然气的结晶体。
简单来说，就是天然气分子和水分子，在低温条件下无序地结合在一起。
其外观类似于普通的冰，因此又称为“火山冰”。
天然气水合物广泛分布于全球海域的地层中，十分丰富，可储量极为巨大。
以我国为例，据测算，其储量甚至超过了传统天然气资源，具有极大的资源价值。
2. 天然气水合物的开采天然气水合物开采的难点主要在于其物理、化学等多个方面，目前主要采取冷却法和化学方法等多种针对性的开采方式，在这里只简要介绍一下两种主要的开采方式。
2.1 冷却法冷却法开采的原理主要是靠低温条件将天然气水合物分解出来。
冷却可以通过采用低温液体（比如液氮和液氧）或者采用某种物理设备（如循环冷冻系统）来实现。
其优点在于能够高效地提取天然气，但是其缺点也很明显，即设备价格高昂、能耗大、开采效率不高等。
2.2 化学方法化学方法主要是通过向天然气水合物中注入某种物质来使得其气态分离，提取出天然气。
目前主要采取的方法有醇切和溶剂浸提等。
这种方法相对冷却法开采的成本较低，能耗相对较小。
但是，它也存在着某些问题，比如可能对周边环境造成较大影响、大量注入溶剂的过程中很难准确把握等。
3. 天然气水合物的利用天然气水合物的利用主要体现在以下几个方面。
3.1 能源天然气水合物是一种非常重要的化石能源，其能量储备十分丰富、可再生性强、没有二氧化碳的排放等特点，十分符合当今国际社会对于非常高效、清洁且可持续能源的追求。
3.2 化工天然气水合物所含有的不仅是天然气，同时也含有大量水分，所以水合物可以用来提取到清凉剂、制造纯水等方面，特别是在能源供应压力逐步增大的背景下，它的化学利用方案将显得越发重要。
天然气水合物的开采与应用
天然气水合物的开采与应用天然气水合物，简称天然气冰，是固态的天然气和水混合体，主要由甲烷组成。
在高压低温的环境下形成，通常存在于海底深处。
天然气水合物是一种崭新的能源来源，被誉为能源领域的“黑马”。
不仅具有较高的能量密度和广泛应用前景，而且储量巨大。
据国际能源署预计，全球天然气水合物储量为气体当量2.5万亿至3万亿立方米，约为全球天然气储量的2000倍。
因此，开采与应用天然气水合物具有重要的战略意义和深远的经济意义。
一、天然气水合物的开采目前，天然气水合物的开采技术还处于起步阶段。
其开采方式主要分为两种：海洋开采和陆地开采。
海洋开采是目前天然气水合物开采的主要方式。
目前被认为最有潜力的区域是东海、南海和北极地区。
这些地区都是高压低温的海底环境，适合天然气水合物的形成和储存。
目前，日本、韩国、美国等国家已进行了国内水合物沉积规模和分布的调研和评估。
陆地开采主要是指天然气水合物的煤层气开采。
这种开采方式目前在中国较为流行，主要选择煤层气富集区域。
在我国，这种方式的开发具有较高的经济、环保和社会效益。
二、天然气水合物的应用天然气水合物具有很高的能量含量和广泛的应用前景，可以替代传统燃料，实现能源结构的转型。
其应用领域主要包括燃料、化工、热电联产等。
1.燃料领域天然气水合物可以清洁高效地燃烧，是替代煤炭和油类燃料的一种重要选择。
它的主要优点是燃烧后不会产生大气污染物和温室气体，且能够降低车载和船舶的运输成本。
目前，日本和韩国等国家已将天然气水合物列为稳定的燃料资源，是实现低碳经济、环保经济的一个良好选择。
2.化工领域天然气水合物可以通过裂解甲烷等方式，生产出丰富的化学原料，如丙烯、丁烯等。
这些物质广泛应用于塑料、橡胶、合成纤维、服装、医疗等行业，对提高我国化学工业的核心竞争力和推动经济发展具有重要意义。
3.热电联产利用天然气水合物进行热电联产，可以有效解决城市和工业部门的供热和供电需求。
特别是在冷地区，天然气水合物具有广阔的应用前景。
天然气水合物的采集和利用
天然气水合物的采集和利用天然气水合物是一种储存在海洋或陆地沉积物中的天然气资源，由甲烷分子和水分子组成。
它的分布非常广泛，全球有很多国家都拥有天然气水合物资源，例如日本、韩国、美国、加拿大、印度等。
由于天然气水合物是一种新兴的能源资源，其可采集性和开发利用还面临很多挑战和难题。
本文将从采集和利用两个方面介绍天然气水合物的相关情况。
一、天然气水合物的采集1. 采集技术目前，海洋天然气水合物的采集技术包括垂直控制钻井和水平导向控制钻井，一般使用的是自动化钻机或海底生产设备。
陆地天然气水合物的采集技术则包括钻探和热解两种方法，其中钻探是通过特殊的土壤样品钻探机获取土壤样品来判断天然气水合物的分布情况，热解则是在土壤中喷洒水混合甲醇，然后用热源加热，使天然气水合物分解成天然气和水。
2. 采集设备天然气水合物的采集设备包括钻探船、海洋钻探平台、控制钻台、自动化钻机等。
钻探船和海洋钻探平台一般用于海洋地质勘查和油气田钻探，而控制钻台和自动化钻机则主要用于海底天然气水合物的钻探和采集。
3. 采集难点天然气水合物的采集面临着多方面的挑战和难题，主要包括以下几个方面：（1）稳定性问题：天然气水合物在高压高温环境下形成，如果降低温度或增加压力，其稳定性会受到影响，可能会导致天然气水合物失稳释放天然气，引发安全事故。
（2）技术引进问题：技术引进难度大，目前世界上只有少数几个国家掌握了天然气水合物采集技术，其他国家需要进行技术引进或技术合作，这需要大量的资金和时间投入。
（3）环境限制问题：天然气水合物存在于海洋或处于深海或高寒等特殊环境下，采集设备和技术需要遵循一系列环保和安全规定，增加了采集的成本和难度。
二、天然气水合物的利用1. 燃料天然气水合物主要成分是甲烷，可以作为一种清洁、高效的能源燃料使用。
相比于煤炭和石油，天然气水合物的燃烧产生的二氧化碳排放量更低，对环境影响也更小。
同时，天然气水合物比天然气更为丰富，储量更大，未来有机会成为重要的燃料来源。
天然气水合物开发与应用前景
天然气水合物开发与应用前景天然气水合物（Natural Gas Hydrates，简称NGH）是一种能源资源，由天然气分子和水分子在一定条件下形成的晶体物质。
NGH是在寒冷深海和极地环境中广泛存在的，是地球上最丰富的天然气资源之一。
其潜在储量巨大，被视为未来能源开发的一项重要资产。
本文将探讨天然气水合物的开发和应用前景。
天然气水合物的开发是一个技术难题，但是随着技术的不断进步，开采NGH的前景变得更加乐观。
目前，主要的开采方法包括水合物脱水和水合物低温分解。
水合物脱水是通过降低温度和/或增加压力，使水合物中的天然气分子脱离水分子而得到天然气。
水合物低温分解是通过提高温度和减小压力，使NGH分解为天然气和水。
这些方法在实际应用中仍面临许多挑战，例如高成本、技术复杂性和环境风险等问题。
但是，经过不断的研究和实验，这些问题将逐渐得到解决，促进NGH的开发。
天然气水合物的应用前景广阔。
首先，天然气是一种清洁能源，相对于煤炭和石油，它的燃烧过程中产生的二氧化碳和污染物排放量较小。
因此，天然气水合物的开采和利用有助于减少化石燃料对环境的影响，推动可持续能源发展。
其次，NGH具有储量丰富的特点，可以为世界各国提供稳定、可靠的能源供应。
这对于许多发展中国家来说尤为重要，因为它们可以减少对进口能源的依赖，提高能源安全性。
此外，天然气水合物的开发还可以创造就业机会，推动经济发展。
天然气水合物的应用不仅局限于能源领域，还可在其他领域发挥重要作用。
例如，在化学工业中，天然气水合物可以用作原材料生产合成气、合成石油和合成油脂等化学产品。
在海洋工程领域，NGH可以被利用为填海工程注气、海底土壤稳定等。
此外，天然气水合物还可以应用于气候调节和二氧化碳封存等领域，帮助减少温室气体的排放和气候变化。
然而，天然气水合物的开发和应用仍面临一些挑战。
首先，开发NGH的成本较高，需要投入大量资金用于技术研发、设备采购和运营成本等方面。
其次，水合物的大规模开采可能对海洋环境造成一定的影响，例如底部沉积物的破坏和生物多样性的丧失。
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天然气水合物的利用摘要：本文对天然气水合物进行了简要介绍，并对当前天然气水合物的开采利用现状以及研究进展作了简要分析，虽然到目前为止，天然气水合物的开采利用还有诸多瓶颈，我们相信在不久的将来这些难题会被一一克服的。
关键词：天然气天然气水合物利用开采Abstract: This paper gives a brief introduction of natural gas hydrates and analyzes the current exploitation status and research progress of natural gashydrates. So far, although there are many bottlenecks about theexploitation of the natural gas hydrates, we believe that in the near futurethese problems will be overcome one by one.Keywords: natural gas, natural gas hydrates, utilize, exploitation1 天然气水合物概述1.1 天然气水合物概念天然气水合物(Natural Gas Hydrates，简称NGH)是在低温、高压条件下由天然气与水相互作用形成的类冰状可燃固态物质，又称可燃冰（图1-1），在自然界中存在的水合物，其天然气主要成分是甲烷(>90％)，因此又称为甲烷水合物(Methane Hydrates)[1]。
图1-1 实验室天然气水合物在燃烧水合物是一种笼型结晶化合物，水分子（主体分子）在氢键作用下形成“笼”，气体分子(客体分子)充填在水分子结晶构架的空穴中，两者在低温和一定压力下通过范德华力稳定结合，分子式可表示为M·nH2O，M为“客”气体分子，一般为CH4（甲烷）、C2H6（乙烷）、C3H8（丙烷）及C4H10（丁烷）等同系物与N2（氮气）、CO2（二氧化碳）、H2S（硫化氢）等一种或几种组成[2,3]，n为水合指数（水分子数）。
按照水分子构成的不同多面体，目前已发现水合物主要有三种不同的结构类型：Ⅰ型、Ⅱ型和H型（图1-2）。
对3种结构水合物进行相比较得出，Ⅱ型和H型水合物更稳定一些，但是在自然界发现的天然气水合物以Ⅰ型水合物（甲烷水合物）为主[4]。
图1-2 I型、II型与H型水合物结构图表1-1 天然气水合物的结构项目I型II型H型晶种类小晶穴大晶穴小晶穴大晶穴小晶穴中晶穴大晶穴晶穴结构512 51262 512 51264 512 435663 51268 晶穴数目 2 6 16 8 3 2 1晶穴平均半径/nm 3.95 4.33 3.91 4.73 3.8 3.85 5.2单位晶胞水分子数46 136 34可容纳分子大小/nm ＜0.52 0.52-0.69 0.75-0.90 晶体结构立方型菱形菱形六面体1.2 天然气水合物分布目前自然界中水合物存在形式主要有：(l)伴随少量沉积物的大块水合物；(2)分布在大的岩石粒间孔隙中；(3)填充在岩层裂缝中；(4)以球粒状分散于细粒沉积物中。
自然界存在的天然气水合物大多为白色、暗褐色、琥珀色、淡黄色等[5]。
天然气水合物的形成条件：低温，温度一般低于10℃；高压，压力一般高于10MPa；充足的天然气（烃类，以甲烷为主）气体来源；有利的水合物赋存空间[6]。
天然气水合物形成的气体来源主要是：存在于深部的有机质受热解作用所产生的气体并向上运移；微生物降解沉积物中有机质而产生的气体；火山作用产生的气体；大气溶解。
根据对以上条件的分析和探测，天然气水合物主要分布于高纬度陆地（冻土带)和海底（图1-3）。
据统计，90％海域均含有天然气水合物（图1-4），分布于各大洋边缘海域的陆坡、陆隆以及盆地与部分内陆海，在特殊环境中，则可以在海底表面富集。
这些区域沉积物发育，有机质丰富，烃类气体（甲烷）来源充足，为形成天然气水合物提供有利条件[7]。
图1-3 海底和永冻土区天然气水合物稳定存在的温度、压力条件据资料显示，海洋中，30%以上的海洋中存在天然气水合物资源，其资源量为陆地的100倍以上。
至今，全球范围内已发现的海洋天然气水合物分布区主要为太平洋海域、大西洋海域、印度洋海域、北极的巴伦支海与波弗特海，南极的罗斯海与威德尔海及大陆内的里海和黑海等。
陆地永冻土带中，水合物主要存在于加拿大北极圈内、阿拉斯加与西伯利亚。
调查结果表明，我国很多海域与冻土带均具备水合物形成条件，我国的南海北部陆坡、东海陆坡、台湾东北与东南海域、冲绳海槽以及东沙与南沙海槽等区域都具有天然气水合物产出有利的地质条件，并于2007年我国成功从南海海域钻取水合物；另外，因为青藏高原为多年生冻土区域，可能会储藏着大量的水合物资源，且于2009年在祁连山已取得水合物样品[11]。
图1-4 世界范围内天然气水合物分布图[6]标准条件下，一体积天然气水合物分解可以得到160-180体积甲烷（CH4）气体。
天然气水合物中包含的天然气气体量取决于以下因素：水合物储层厚度、分布面积以及水合物饱和度、孔隙度与水合指数。
因为各研究者采用不同的研究方法，尤其是采用的参数（沉积物孔隙度、天然气水合物密度与面积等）各异，因此所得到的天然气水合物所含甲烷资源量的结果差异悬殊，但是所有数据都证明了天然气水合物具有极大的资源潜力，并且海域中所含资源量要远远大于陆地。
目前各国科学家较为一致的评价世界范围天然气水合物资源量为2×1016m3，其有机碳约为全球有机碳的53.3％，说明水合物蕴藏总碳量为现有化石燃料的2倍。
1.3 环境效应海洋矿产资源是一柄“双刃剑”，它在为人类带来丰富的可利用资源的同时，却存在着潜在的不可逆转的环境破坏。
天然气水合物开采潜在的环境问题是水合物开采利用中必须考虑的关键问题。
（1）温室效应和海底滑坡天然气水合物开采过程中可能带来温室效应的加剧和海底滑塌事件等。
甲烷是一种极强的温室气体，温室效应比二氧化碳要大21倍，而且对大气辐射平衡的影响仅次于二氧化碳，若水合物分解的甲烷气体进入大气圈的数量达大气甲烷总量的0.5%时，就会明显加快全球变暖的进程。
天然气水合物以固体状态存在时，将沉积物颗粒胶结在一起，使原来较为疏松的结构变得致密，增强了地层的内聚力和摩擦角。
当天然气水合物分解时会产生大量的气体和水，增大了含水合物地层的孔隙压力，同时也降低了水合物与沉积物颗粒间的胶结强度，使得含气地层的抗剪切强度和承载能力大为降低，水合物分解所形成的润湿带将形成一个向下的滑动面，并且水合物通常分布于大陆架外缘陆坡和陆隆沉积物中，其坡度都达到或超过海底滑坡的一般坡度，此时一旦受地震或者沉积载荷增大等因素触发，仅依靠沉积物的自重，便可引起海底滑[18]。
（2）海洋化学和生物环境污染开采海洋中的天然气水合物还会带来其它更多的环境问题。
举例说明，当水合物分解得到的甲烷气体进入海水水体中后，会较快的发生有氧或无氧氧化作用，对海水的化学性质进行改变；在进行有氧氧化作用时海水中的大量氧气被消耗，导致缺氧环境，危害海洋微生物的繁殖生长；在进行无氧氧化作用时，海水中的大量硫酸根离子会被消耗掉，产生大量硫化氢离子，致使海水酸化；若大量甲烷进入海水中，则会产生气流负压卷吸作用和海水动荡，对海面作业和海域航空作业危害严重[8]。
采用注化学试剂法开采水合物过程中需要添加一些酒精、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、氯化钙等化学试剂，这些化学试剂的渗漏可能给海洋环境带来严重污染，造成海洋化学成份污染、海洋生物食物链中断和一些海洋生物的绝灭，陆地上使用这些化学剂，也会造成局部地区地下水资源的污染。
因此，目前在研究天然气水合物开采技术方案的同时，应该考虑水合物开采过程中可能会带来的环境效应问题。
2 天然气水合物开采研究现状目前水合物开采方法的研究仍处于试验阶段，主要有实验室实验研究与数值模拟两种手段，本文仅介绍实验室研究进展。
2.1 实验室研究进展Kono等人进行了天然气水合物在不同粒径多孔介质中生成和降压分解过程，温度273.5K，生成水合物压力范围6.8-13.6Mpa，得出了天然气水合物动力学分解速率方程以及反应级数，发现分解速率随着沉积物的性质不同而改变，并计算了水合物分解的动力学参数[12]。
哥伦比亚大学Yue Zhou等在实验室进行了水合物生成与减压开采实验，得出水合物先在沉积物上层生成，下层生成较慢，进气压力高时，水合物分布较均匀；降压时当压力降到平衡压力时，各个温度只有稍稍降低，当压力从平衡压力480psi继续减压时，温度迅速降低，温度3降至0℃以下，此阶段吸热多、分解较快[13]。
Hong等设计了两套实验装置进行天然气水合物分解时间的测定，实验采用同步降压的方法进行水合物分解，实验结果与数值模拟进行对比，得出估算水合物分解速度的公式[14]。
Sun等在实验室内测定了不同压力与不同温度下水合物的分解动力学参数，发现了气体扩散速率对水合物分解过程有影响[15]。
Wonmo Sung等利用实验管实验模拟系统在多孔介质中进行了甲烷水合物的合成和采用降压、加热及注入化学剂等分解方法的实验研究，并描述了降压分解的实验过程，对实验中出现的脉动现象进行解释，并研究了分解后的水和气体的流动特性[16]。
Jeonghwan Lee等在水合物开采实验装置中进行了水合物生成和降压开采实验，多孔介质为Berea 岩芯，长30.4cm，直径3.81cm，孔隙度31%，得出了降压幅度对水合物分解的影响。
Tsimpanogiannis等研究了海洋沉积物的孔隙分布、渗透率、填充率和热导性等参数对甲烷水合物分解的影响，得出水合物的分解主要受多孔介质的渗透率控制[17]。
Ioannis采用热激发法研究了海洋沉积物中水合物的分解过程，得出了影响多孔介质中热交换率的因素主要有：孔隙度，渗透率和颗粒大小等，对于海洋沉积物中的水合物其分解速率主要决定于渗透率，而且认为可能存在一个ΔP 临界压力值，当ΔP超过上限时，降压对于分解将不会起到太大影响；文章同时指出水合物分解过程是一个复杂的现象，虽然目前研究的文献很多但都不完善，应该先建立一个宏观模型，将主要影响因素确定，再逐步研究细节。
水合物开采的实验研究，除了降压法和热力法外，对化学法开采过程的动态特性的研究也日渐增多[18]。
Kawamura等进行了向含水合物岩芯中注入甲醇溶液来分解水合物的实验，实验中改变甲醇溶液浓度和温度参数，结果得出了丙烷水合物分解动力学参数[18]。
Sira等进行了注入化学试剂法分解水合物实验，来研究水合物分解规律，化学试剂采用乙二醇(ethylene glycol)和甲醇(methanol)溶液，得出水合物分解速率决定于温度、压力、注入速度、化学试剂浓度及水合物与化学剂接触面积等参数的结论[18]。