每日科技名词天然气水合物
新能源可燃冰(天然气水合物)
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甲烷蒸汽。但此方法难处在于不好收集。海底的多孔介质不是集中为“一 片”，也不是一大块岩石，而是较为均匀地遍布着。如何布设管道并高效 收集是急于解决的问题。
第二是降压法。有科学家提出将核废料埋入地底，利用核辐射效应使其分 解。但它们都面临着和热解法同样布设管道并高效收集的问题。
第三是置换法。研究证实，将CO2液化（实现起来很容易），注入1500米 以下的洋面（不一定非要到海底），就会生成二氧化碳水合物，它的比重 比海水大，于是就会沉入海底。如果将CO2注射入海底的甲烷水合物储层， 因CO2较之甲烷易于形成水合物，因而就可能将甲烷水合物中的甲烷分子 “挤走”，从而将其置换出来。
存在于海洋浅水生态圈中。在海洋里，以高压 及18 °C的温度下，能维持稳定存在。
可燃冰是目前世界上迫切需要的能源之一，它所 带给我们的能源可以说像太阳一样取之不尽用之 不竭，但是如果没有好好开采和善加利用，反而 会害人类走向灭亡之路，加上人们不努力阻止全 球暖化，让蕴藏在海底的甲烷喷发出来，后果好 比世界末日。
燃烧影片
可燃冰它存在于300―500米海洋深处的沉 积物中和寒冷的高纬度地区
其储量是煤炭、石油和天然气总和的两倍， 估计一立方公尺的天然气水合物，可释放 六十立方公尺的天然气， 在能源紧缺的现在发现它真可解燃眉之急。
开采方案主要有三种。 第一是热解法。利用“可燃冰”在加二氧化 碳强23倍，在人类活动中会产生，尤其在畜牧業 的生产过程中，会大量增加。甲烷同时是一种
易燃、对人体有毒性的气体。全世界蕴藏着巨 量的甲烷，其主要分布在西伯利亚沼泽(约有近8 百亿吨)、南北极冰原(约蕴藏5千亿吨)及海底中 (约有2.5~10兆吨)。只要释放十分之一，就可毒 害全人类及生物。自然界中常以甲烷水合物状态
天然气水合物的产生与开采
天然气水合物的产生与开采天然气水合物（Natural gas hydrate)，简称天然气水合物，也称冰沸石，是一种在高压、低温条件下形成的天然气沉积物，为天然气与水素键合成分的混合物，通常以颗粒状或其它形态存在于海洋沉积物或极地深层地质中。
天然气水合物的成因是天然气在海洋底层沉积物和极地深层地质中，由于水体在低温高压环境下，形成氢键结合，使天然气分子与水分子形成水合物，形成所谓的天然气水合物。
天然气水合物通常存在于深水海底或者低温高压地区，有些水合物矿床中包含的有机质很高，其中蕴藏的可燃气数量多达全球其他天然气资源总量的数倍，为人类提供了一种巨大的新能源类型。
天然气水合物对人类社会的意义巨大，提供了新的能源来源，天然气水合物在全球应用于较早的国家有日本、韩国等，但其在燃烧时会产生二氧化碳，于是有人提出了是选择安全性高，温室气体排放较少的天然气水合物为新的能源，甚至有人认为天然气水合物是可再生能源。
天然气水合物开采目前在全球尚处于探索阶段，不过这项新能源对世界各国的科学家、工程师以及实验室正在进行着许多尝试。
不同的国家采用了不同的天然气水合物开采方法，如日本研究开发的坑道式和隔断缝隙式；美国和加拿大探讨的地面注射的沸石层，俄罗斯尝试的地面气水合物矿；而中国正在开展利用沉积物层的“4+1”水合物开采技术。
这些开采方法的不同，还需进一步验证其可行性，通常存在着较大的风险和挑战。
天然气水合物的开采面临许多困难和问题：第一是地质勘察和探测，如何准确判断潜在的矿床的位置和含量。
第二是采矿工艺和技术，如何实现高效率、稳定的采矿和萃取。
第三是环境问题，如何在开采过程中保证海洋生态系统和渔民的生产生活。
第四是经济问题，如何在开采中保持盈利和市场竞争力等等。
在开采天然气水合物的过程中，对环境和周围社区的影响需要更多的研究和关注。
虽然天然气水合物是一种很有前途的可再生能源，但我们仍然需要遵循杏仁经营、可持续发展的原则，同时采用更加可持续的生产方式，减少对环境的影响和损害。
天然气水合物
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。
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”。
它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键，构成笼状结构）。
它可用mCH4·nH2O来表示，m代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。
组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。
形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。
到目前为止，已经发现的天然气水合物结构类型有三种，即I型结构、II型结构和H型结构。
I型结构气水合物为立方晶体结构，其在自然界分布最为广泛，其仅能容纳甲烷（C1）、乙烷这两种小分子的烃以及N2、CO2、H2S等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成CH4·5.75H2O的几何格架。
II型结构气水合物为菱型晶体结构，除包容C1、C2等小分子外，较大的“笼子”（水合物晶体中水分子间的空穴）还可容纳丙烷（C3）及异丁烷（i-C4）等烃类。
H型结构气水合物为六方晶体结构，其大的“笼子”甚止可以容纳直径超过异丁烷（i-C4）的分子，如i-C5和其他直径在7.5～8.6A之间的分子（表2）。
H型结构气水合物早期仅见于实验室，1993年才在墨西哥湾大陆斜坡发现其天然形态。
II型和H 型水合物比I型水合物更稳定。
除墨西哥湾外，在格林大峡谷地区也发现了I、II、H型三种气水合物共存的现象。
天然气水合物
4、2023年中国地质调查局同意了“天然气水合 物取样技术方案研究”旳课题—中国地质大学（武 汉）；
5、2023年国土资源部对天然气水合物旳保压取 样器立项研究—中国地质科学院勘探技术研究所；
6、2023年国家准备开启专题基金，3千万元人 民币。
估计在2023年进行开采。
引起这场火灾旳，原来是一种叫做水化甲烷旳
天然气水合物。
-> 可燃冰 !!
何为“天然气水合物” ？
¡ 天然气水合物，也称气体水合物，是由天然气与水分 子在高压（>100大气压或>10MPa）和低温（0～ 10℃）条件下合成旳一种固态结晶物质。因天然气中 80%～90%旳成份是甲烷，故也有人叫天然气水合 物为甲烷水合物。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶 体，外貌类似冰雪，能够象酒精块一样被点燃，故也 有人叫它“可燃冰”。
Hale Waihona Puke 如美国和日本旳近海海域，加勒比海沿岸及我国
南海和东海海底都有储备，估计我国黄海海域和青藏 高原旳冻土带也有储备。
估计全世界甲烷水合物旳储量达 1.87×1017m3（按甲烷计），是目前煤、石油和 天然气储量旳二倍，其中，海底旳甲烷水合物储量占 99％。
天然气水合物—将来旳替代能源
★估计全球储量：
海域：1610千亿吨(数百年)； 冻土地域： 5.3千亿吨。
（3）在里海和巴拿马北部近海还发觉水合物分解产生旳海 底泥火山。
（4）全球冻土层退化（如我国旳青藏高原冻土层），存在 天然气水合物大量释放旳危险。
（5）在高纬度永冻土带及极地地域，油井、油气管道等生 产设施中水合物旳形成会造成管路堵塞，而产生事故或灾害 。
气候
CH4旳温室效应比C02要大21倍。在自然界，压 力和温度旳微小变化都会引起天然气水合物分解，并 向大气中释放甲烷气体。
天然气水合物
天然气水合物一、简介天然气水合物（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。
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”。
分子式为CH4·8H2O。
组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S 等可形成单种或多种天然气水合物。
形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。
首先，低温。
可燃冰在0—10℃时生成，超过20℃便会分解。
海底温度一般保持在2—4℃左右，所以一般在冰土带的地方较多。
；其次，高压。
可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。
最后，充足的气源。
海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。
海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。
二、特点天然气水合物具有分布广、资源量巨大、埋藏浅、能量密度高的特点。
1.分布广泛据推算，世界上占海洋总面积90%的海域具有天然气水合物形成的温压条件；据调查，世界天然气水合物矿藏的面积可达全部海洋面积的30%以上。
目前，实际上在所有海洋边缘水深大于300～500m 的大陆斜坡上均已发现了天然气水合物，在一些海洋边缘的深水海台或盆地的浅部地层中也都直接或间接地发现有天然气水合物，在极地冻土带和极地陆架海也发现有天然气水合物，证明天然气水合物分布十分广泛。
据初步研究，我国东海陆坡和南海陆坡及盆地具备天然气水合物的成矿条件和找矿前景，其中南海西沙海槽、台湾东南陆坡已发现天然气水合物存在的地球物理标志。
2.资源量巨大天然气水合物是全球第二大碳储库，仅次于碳酸盐岩，其蕴藏的天然气资源潜力巨大。
据保守估算，世界上天然气水合物所含天然气的总资源量约为（1.8～2.1）×1016m3，其热当量相当于全球已知煤、石油和天然气总热当量的2倍，也就是说，水合物中碳的总量是地球已知化石燃料中碳总量的两倍。
天然气水合物
目 录
一、水合物的概念 二、水合物抑制剂相关工艺 三、水合物对天然气田的影响实例
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水合物的概念
水合物也叫做水化物， 就是目前的最新能源“可 燃冰”，外观类似松散的 冰或致密的雪，是白色晶 体。水合物主要存在于天 然气工业生产过程中，以 及最新发现的海洋深处和 冻土带。目前已经证实水 合物的分子结构为 CH4·8H2O。 图为JZ20-2气矿水合物 实拍照片。
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水合物的概念
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水合物的概念
水合物的形成条件有三个，必须同时存在时才能形成： 1、气体处于水汽的过饱和状态或者液态水的存在，即游离水。 2、有足够高的压力和足够低的温度。 3、压力的波动、气流的搅动、晶体的存在等。 简单的理解即必须有游离水，在高压、低温的条件下，如果存 在节流、紊流、杂质等辅助条件，即可形成水合物。 至于要多高的压力、多低的温度，通常采用图表法来预测水合 物的形成。如下页曲线图所示。
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水合物对天然气田的影响
水合物对气井的影响 气井一般采用零套压，安装井下安全阀的形式完井，很多情 况下，由于井下安全阀的节流效应，在井下会形成水合物，导 致开井失败。2005年11月，JZ20-2气矿北平台投产，平台有 两口气井N1、N2，产量30万方/日。在一次关井故障之后，发 现N1井开井时油气很快下降，通常的判定为井下安全阀没有 打开，于是用柴油打平衡压，发现压井泵的压力到23MPa就上 不去了，再开井，又失败。反复进行亦是如此，经过分析认为， 该井为高产气井，含水低于1%，不存在气井被水淹死的可能， 唯一值得思考的便是井下安全阀，于是向井内打入1方左右甲 醇和乙二醇的混合物，关井4小时后，再次开井成功。后来经 过分析认为，该井下安全阀为带平衡孔的安全阀，在开启过程 中，平衡孔会出现比较严重的节流效应，加之开井之初温度低， 所以形成水化物，使得安全阀处于开启一条缝的状态，导致开 井失败。
天然气水合物
天然气水合物引言天然气水合物（Methane Hydrates），简称NGHs，在过去几十年中备受关注。
天然气水合物是一种特殊的化学物质，它是天然气和水形成的结晶化合物。
它的结构中包含了天然气分子（主要是甲烷）和水分子，形成了固体晶体结构。
天然气水合物存在于寒冷的深海底部和极地地区的沉积物中，被认为是一种巨大的未开发能源资源。
这篇文章将会介绍天然气水合物的形成过程、分布情况、潜在的能源潜力以及对环境和气候的影响。
形成过程天然气水合物的形成需要同时具备压力和温度条件。
在大部分的天然气水合物形成地点，地下水的渗透会将水带到脆弱的沉积物层中。
当水和天然气接触时，由于寒冷的温度和高压力，水和天然气中的甲烷分子会结合成为水合物晶体。
这种过程被称为水合物形成。
天然气水合物形成的主要条件是温度低于零下6摄氏度且压力超过200个大气压。
分布情况天然气水合物广泛分布于全球寒冷的海洋和极地地区。
它们主要存在于深海海底的沉积物中，以及北极地区的冻土和冰川中。
据估计，全球的天然气水合物资源量巨大，可能比现有的天然气储量还要多。
然而，由于水合物存在的极端环境条件和技术挑战，目前还没有进行大规模开采。
潜在的能源潜力天然气水合物被认为是未来能源的候选者之一，因为它们拥有巨大的能源潜力。
根据估计，全球的天然气水合物储量可能远远超过传统天然气储量。
特别是在亚洲地区，天然气水合物被视为减少对进口石油和天然气依赖的一种替代能源。
然而，天然气水合物的开采和利用面临着技术挑战和环境风险。
技术挑战天然气水合物的开采和利用面临着许多技术挑战。
首先，水合物形成的地点通常位于深海或极地等极端环境中，需要克服高压、低温和深水等条件。
其次，水合物本身的物理性质使得开采过程更加困难，因为水合物在外部环境下会分解成天然气和水，导致压力下降和结构不稳定。
此外，无论是开采还是运输天然气水合物，都需要解决海底管道技术和安全问题。
环境风险天然气水合物开采和利用会对环境产生一定的影响和风险。
天然气水合物简介
一、水合物的定义
中国石油
它可用M·nH2O来表示，M代表水合物中的气体分子， n为水合指数（也就是水分子数）。组成天然气的成分如CH4、
C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或
多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷， 对甲烷分子含量超过99％的天然气水合物通常称为甲烷水 合物（Methane Hydrate）。
3.解堵措施
（3）在设备和管线未被水合物堵死时，可以加入防冻剂， 使已经形成的水合物分解集气管线完全被水合物堵死时，
可用降压法降低管线压力、降压时将管线内的天然气放空，
使水合物分解。 （4）当水合物分解后应对该管线清管或吹扫。
中国石油
四、防止水合物形成的方法
中国石油
在节流前加入防冻剂 在节流前加入防冻剂，可降低天然气露点，是天然气 在较低的温度下不生成水合物。防冻剂的种类比较多，有 甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、氯化钙水溶液等。采气
中使用最多的是乙二醇。
防冻剂的注入方法一般有自流注入（低压）和泵注入
法（高压连续）。
四、防止水合物形成的方法
2.高压
高压是生成水合物的重要条件。对组分相同的气体， 水合物生成概率随压力升高而升高，也就是压力越高石油
3.低温
低温是水合物形成的重要条件。采气中，天然气从井
底流到井口，经过节流阀、孔板等节流件时，会因压力下 降而引起温度下降。由于温度的下降，会使天然气中呈气 态的水蒸气凝析，当天然气的温度低于天然气中水蒸气露 点时，就为水合物生成创造条件。
中国石油
1.水合物的预测
水合物生成的平衡 曲线是天然气水合物生
成的压力—温度曲线。
已知天然气的相对密度， 通过该平衡曲线就可以 确定天然气形成水合物 的最低压力及最高温度。
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每日科技名词天然气水合物
天然气水合物
natural gas hydrate
又称：可燃冰
定义：天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。
分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。
学科：化工名词_原料与产品
相关名词：天然气冻土矿物燃料
【延伸阅读】
天然气水合物，也称作甲烷水合物、甲烷冰、甲烷气水包合物或可燃冰，为固体形态的水于晶格（水合物）中包含大量的甲烷。
最初人们认为只有在太阳系外围那些低温、常出现冰的区域才可能出现，但后来发现在地球上许多海洋洋底的沉积物下，甚至地球大陆上也有可燃冰的存在，其蕴藏量也较为丰富。
天然气水合物存在于低温高压的环境，是海洋浅水生态圈中常见的成分，它们通常出现在深层的沉淀物结构中，或是在海床处露出，据推测是因地理断层深处的气体迁移后与海洋深处的冷水接触，通过沉淀和结晶等作用形成。
大陆区域的天然气水合物主要蕴藏于西伯利亚和阿拉斯加800米深的砂岩和泥岩床中。
海生形态的矿床分布于整个大陆棚（指大陆边缘倾斜平缓的海底地带），且可能出现于沉积物下或沉积物与海水接触的表面。
天然气水合物是未来很有潜力的重要矿物燃料来源。
世界上只有美国、日本、印度、中国四个国家通过国家级研发计划采到可燃冰实物样品。
中国自1999年起实施海域天然气水合物资源调查。
2007年6月12日，我国第一次开展天然气水合物钻探，科学家共在3个工作站成功获得天然气水合物实物样品。
2008年，首次在陆域上发现天然气水合物，使中国成为继加拿大、美国之后，第三个在陆域上通过国家计
划钻探发现天然气水合物的国家。
2017年7月，首次海域天然气水合物试采圆满成功。
2017年9月22日，科学家首次在我国南海海域发现裸露在海底的天然气水合物。
2017年11月3日，国务院正式批准将天然气水合物列为新矿种，成为我国第173个矿种。
（延伸阅读作者：吉林农业大学资源与环境学院副教授王明辉）。