天然气水合物合成实验

2009年第

4期　总第

170期低　温　工　程

CRYOGENICSNo1

2009

Sum　

No1

170

天然气水合物合成实验

祁影霞　杨　光　汤成伟　张　华

(上海理工大学能源与动力学院　上海　

200093)

摘　要

:为提高天然气水合物的生产效率及储气密度

,在专门设计的水合物合成实验装置上

,进

行了纯甲烷水合物的合成实验。实验结果表明

:对于纯净甲烷水合物

,压力越高

,合成速率越大

;但当

压力大于

5MPa时

,压力的提高对生成速率的影响不大。水合物合成前抽真空时间越长

,生成的水合

物吸收的气体量越大

,表明抽真空可以排出水中溶解的气体

,提高水合物的储气密度。

关键词

:水合物　甲烷　合成速率

中图分类号

:TB663、

TK12 文献标识码

:A 文章编号

:10002

6516(

2009)

042

00112

收稿日期

:20092

032

27;修订日期

:20092

062

基金项目

:上海市浦江人才计划(

08PJ1408300)、上海市重点学科建设项目(

S30503)资助。

作者简介

:祁影霞

,女

,45岁

,博士、讲师。Formationexperimentofnaturalgashydrate

QiYingxia　

YangGuang　

TangChengwei　

ZhangHua

(

SchoolofEnergyandPowerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)

Abstract:Inordertoincreasetheproductionefficiencyandstoredgasdensityofnaturalgashydrate,

puremethaneformationhydratetestswerecarriedoutonaspecialdesignedhydrateformationapparatus.

Theexperimentresultsindicatethat,forpuremethanehydrates,theformationrateincreaseswithpressure,

buttheincreaseofpressurehasnoobviouseffectsontheformationratewhenthepressureishigherthan5

MPa.Thelongervacuumingtimebeforetheformationofhydratesresultsinthelargeramountofgasab2

sorbedinformedhydrates,whichindicatesthatvacuumingcanmakethegasesdissolvedinthewaterrelease

offandincreasethestoredgasdensityofthehydrates.

Keywords:hydrates;methane;formationrate

1　引　言

天然气水合物是由天然气与水在高压低温条件

下结晶形成的固态笼状化合物

,主要存在于海底或陆

地冻土带内[1]

。据估算

,世界上天然气水合物所含

有的有机碳总量相当于全球已知煤、石油和天然气的

两倍。国际科学界预测

,它是石油、天然气之后的最

佳的替代能源。

纯净的天然气水合物呈白色

,形似冰雪

,可以像固体酒精一样直接被点燃

,因此

,又被通俗、形象地称

为“可燃冰”。

1m3

的天然气水合物可以释放出

164

的天然气

,且可以在常压和

-15℃的条件下稳定

储存。因此

,天然气水合物也是天然气储运的安全有

效的方式[2]

。

为提高水合物的生产效率及储气密度

,采用了多

种方法促进水合物的快速生成。目前应用比较广泛

的是应用磁力搅拌装置

,通过可无级调速的磁力搅拌

子

,促进水和气体的接触来加快水合物的生长速度

,低　温　工　程

2009年

但是增加搅拌后

,又会带来其它一些问题

,如能量消

耗大、储气密度低等[3]

。近期很多研究尝试通过加

入添加剂的方法来加速水合物的形成

,但由于添加剂

的高成本和添加剂对水合物的污染问题

,这一方法并

不适用[4]

。

Peng等[5]

采用在纯水中悬浮气泡的方

法

,在

273.35K—

279.35K温度下测定了

2和

4水合物膜的生长速率。李刚[6]

等在定容条件下

以两种不同的降温模式(缓慢降温和快速降温)进行

甲烷水合物在沉积物中的形成实验。结果表明

,降温

模式对水合物生成的热力平衡影响较小

,但对水合物

生成动力学有显著改变

,快速降温下水合物生长速度

明显快于缓慢降温

,随着水合物初始条件不同

,缓慢

降温比快速降温水合物形成时间约增加

21.4%—

28.8%。本文在专门设计的水合物生成实验装置上

研究了压力和真空时间对纯净甲烷水合物生成速率

的影响。

2　甲烷水合物的特性

甲烷水合物是笼型水合物

,属于主客体化合物。

水分子间以氢键相互吸引构成笼子作为主体

,甲烷作

为客体居于笼中

,以范德华力与水分子相互吸引而形

成笼型水合物。笼子的空间与气体分子的大小必须

匹配

,才能形成稳定的笼型水合物。水合物的结构主

要有立方体心结构的

I型、菱形立方体结构的

II型和六方体结构的

H型。应用

X射线衍射等技术已确定

不同大小笼型水合物的结构

,有的呈五角十二面体

有的呈五角六角十六面体等

,如图

1所示。甲烷气体

水合物属于结构

I型水合物

,生成反应是一个结晶放

热过程

,可表示为

+nH

2O=M・

2O+Q↑

式中

:M为气体的分子式

,n为水分子数

,M・

2O为生成的水合物

,Q为水合物生成过程的放热

量。

图

1　水合物晶体构造示意图

Fig.1　

Schematicdiagramofhydratecrystal

表

1为甲烷水合物的相平衡数据。从表中可以

看出

,温度为

274.3K时

,其平衡压力为

2.99MPa。

表

1　甲烷水合物相平衡数据

Table1　

Phasedataofmethanehydrates[1]

参数

值

T/K273.7274.3275.4275.9275.9277.1279.3280.4280.9281.5282.6284.3285.

p/MPa2.772.993.243.423.433.814.775.355.716.066.778.129.78

3　实验装置及步骤

实验室内水合物的生成过程包括气体分子在水(水

溶液)中的溶解、晶核的形成和水合物的生长、稳定

4个

阶段。在本实验中

,主要研究生长及稳定两个阶段。

实验装置如图

2所示。该装置包括一个生成水

合物的高压、低温密封反应釜。在反应釜的一侧沿着

中心垂直轴线分布两个可视窗口

,两窗口相距

mm。在相反方向的一侧对应分布着相同的两个可视

窗口。通过可视窗口

,可以观察水合物在气液表面以

及在水中的形成过程。反应釜的内容积为

500mL

(直径

60mm,高

150mm)。反应釜置于一个恒温水浴中。反应釜内装有温度和压力传感器

,以监控水合

物反应温度与压力。在反应釜内部还安装了一个具

有

2组位于不同高度的叶片的搅拌器

,在水合物生成

过程中持续搅拌水或生成的水合物。甲烷储存在

300mL的活塞压缩式气缸中

,通过移动活塞以恒定

压力向反应釜自动供应甲烷气体。冷却流体通过泵

在恒温水浴和汽缸的保温夹套之间循环流动

,以使反

应釜和汽缸以及其内部的气体同时得到冷却。该装

置可控制的压力精度是±

0.01MPa,恒温水浴温度

精度是±

0.1K,气体容积精度±

0.1mL。实验中所

采用的水为去离子蒸馏水

,水量为

200mL,甲烷纯度

为

99.9%。21

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第四篇第一章天然气水合物

1 第一章天然气水合物

第一节水合物的形成及防止

一、天然气的水汽含量

天然气在地层温度和压力条件下含有饱和水汽。天然气的水汽含量取决于天然气的温度、压力和气体的组成等条件。天然气含水汽量，通常用绝对湿度、相对湿度、水露点三种方法表示。

1．天然气绝对湿度

每立方米天然气中所含水汽的克数，称为天然气的绝对湿度，用e表示。

2．天然气的相对湿度

在一定条件下，天然气中可能含有的最大水汽量，即天然气与液态平衡时的含水汽量，称为天然气的饱和含水汽量，用es表示。

相对湿度，即在一定温度和压力条件下，天然气水汽含量e与其在该条件下的饱和水汽含量es的比值，用表示。即：

see （1-1）

3．天然气的水露点

天然气在一定压力条件下与es相对应的温度值称为天然气的水露点，简称露点。可通过天然气的露点曲线图查得，如图1-1所示。

图中，气体水合物生成线（虚线）以下是水合物形成区，表示气体与水合物的相平衡关系。该图是在天然气相对密度为0.6，与纯水接触条件下绘制的。若天然气的相对密度不等于0.6和（或）接触水为盐水时，应乘以图中修正系数。非酸性天然气饱和水含量按下式计算：

W＝0.983WoCRDCs （1-2）

式中 W——非酸性天然气饱和水含量，mg/m3；

W0——由图1-1查得的含水量，mg/m3；

CRD——相对密度校正系数，由图1-1查得；

Cs——含盐量校正系数，由图1-1查得。

对于酸性天然气，当系统压力低于2100kPa（绝）时，可不对H2S和（或）CO2含量进行修正。当系统压力高于2100kPa（绝）时，则应进行修正。酸性天然气饱和水含量按下式计算： 2

图1-1 天然气的露点

天然气水合物试样制备及力学性质研究进展

第２９卷第６期　２ｏ１１年１２月　低温与特气　Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ　Ｇａｓｅｓ　Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．，２０１１　

天然气水合物试样制备及力学性质研究进展　

崔　青　，孙晓杰　，李令东　，董丙响　

（１．中国石油大学石油工程学院，山东青岛２６６５５５；２．天津中油渤星工程科技有限公司，天津３００４５１）　

摘要：天然气水合物是天然气与水在低温高压条件下形成的笼形物。天然气水合物储量丰富，是人类理想的潜在　

替代能源，被认为是２１世纪具有商业开发前景的战略资源。分析了国内外水合物实验装置设计及相应的实验研　

究内容，重点介绍了我国天然气水合物试样制备研究现状及取得的成果。　

关键词：天然气水合物；试样制备；力学性质　

中图分类号：ＴＱ１１７　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—７８０４（２０１１）０６．００３２—０６　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－７８０４．２０１１．０６．００７　

Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ　Ｈｙｄｒａｔｅ　Ｓａｍｐｌｅｓ　

Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　

ＣＵＩ　Ｑｉｎｇ　，ＳＵＮ　Ｘｉａｏｊｉｅ　，ＬＩ　Ｌｉｎｇｄｏｎｇ　，ＤＯＮＧ　Ｂｉｎｇｘｉａｎｇ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５５５，Ｃｈｌｎａ；　

２．Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｂｏｘｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＣＮＰＣ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００４５１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｈｙｄｒａｔｅ　ｉｓ　ａ　ｅｌａｔｈｒａｔｅ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　

天然气水合物的形成机理及防治措施

天然气水合物的形成机理及防治措施X

刘　佳,苏花卫

(中原油田分公司,河南濮阳　457061)

摘　要:天然气水合物是在天然气开采加工和运输过程中,在一定温度和压力下,天然气与液态水

形成的冰雪状结晶体。在天然气开采加工和运输过程中,会堵塞井筒管线阀门和设备,从而影响天然气

的开采、集输和设备的正常运转。本文通过分析天然气水合物的形成条件,得出了几条具有实际意义的

水合物防治措施,对天然气的安全生产具有一定的现实意义。

关键词:天然气水合物;形成条件;防治措施

中图分类号:TE868 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)13—0049—02

天然气水合物是在天然气开采加工和运输过程

中,在一定温度和压力下,天然气与液态水形成的结晶体,外观形似松散的冰或致密的雪,它的相对密度

为(0.8～0.9)[1];天然气水合物是一种笼形晶状包

络物,即水分子借氢键结合成晶格,而气体分子则在

分子力作用下被包围在晶格笼形孔室中;天然气水

合物极不稳定,一旦条件破坏,即迅速分解为气和

水。在天然气开采加工和运输过程中,在管道中形成

的水合物能堵塞井筒管线阀门和设备,从而影响天

然气的开采、集输和设备的正常运转。只要条件满

足,天然气水合物可以在管道井筒以及地层多孔介

质孔隙中形成,这对油气生产和输送危害很大。

1　天然气水合物形成的条件

1.1　水分

生成水合物的首要条件是具有充足的水分[2],

即管道内气体的水蒸气分压要大于气体-水合物中

的水蒸气分压。若气体中的水蒸气分压低于水合物

中的水蒸气分压,则不能形成水合物,即使已经形成也会融化消失。

1.2　烃类及杂物

研究表明,烃类物质并不是全部都可以形成水

合物,直链烷烃中只有CH4、C2H6、C3H8能形成水合

物[3],支链烷烃中只有异丁烷能形成水合物。此外,

天然气中的杂质组分H2S、CO2、N2和O2等也可促使

水合物的生成。通常,天然气组分中C2以上烃类含

量不高,它们主要形成I形水合物。相对密度越高的

盐类体系下添加剂对天然气水合物生成条件的影响试验

石油天然气学报（江汉石油学院学报）　２０１０年４月第３２卷第２期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｏｉｌ　ａｎｄ　Ｇａｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊ．ＪｐＩ）　Ａｐｒ．２０１０　Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．２　

盐类体系下添加剂对天然气水合物生成条件的　

影响试验　

王树立　（江苏工业学院机械与能源工程学院，江苏常州２１　３０１　６）　

宋琦，郑　志　余；［军，谢　若：ｉ５．１５　（江苏工业学院江苏省油气储运技术重点实验室，江苏常州　’。。’　）　

［摘要］基于天然气水合物的各种应用技术具有广泛的工业应用前景，通过试验研究了盐类体系下添加剂　对水合物生成的影响，选用氯化钠（ＮａＣ１）和阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ）混合溶液作　为试验溶液，发现ＮａＣ１＋ＳＤＢＳ混合溶液在ＳＤＢＳ浓度为２５５ｍｇ／ｋｇ时诱导时间最短，为复合添加剂的最　

佳反应浓度，此时的溶液体系能很好地优化水合物形成过程，且比单一的ＮａＣ１溶液或ＳＤＢＳ溶液的诱导　时间都有明显缩短，此时的氯化钠溶液浓度为海水浓度。此数据对今后储存运输水合物有着重要的指导　意义。　［关键词］天然气水合物；盐类；添加剂；最佳反应浓度　［中图分类号］ＴＥ８３２．３　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１０００—９７５２（２０１０）０２—０１３８—０４　

天然气水合物（ＮＧＨ）储运技术是一种新型的天然气储运技术，目前ＮＧＨ技术需要解决的关键　

技术问题是水合物的大规模快速生成、固化或型、集装和运输过程的安全问题。那么实际生产中水合物　

的生成速度快慢和储气量高低是该技术能否实施和具有优势的关键。近年来，水合物的研究领域不断扩　

大，已从最初石油与天然气工业中的水合物形成预测与防治扩展到化工、能源和环境保护等领域。但就　

目前国内外研究现状看，天然气水合物生产和储运工艺还远未成熟。因此对天然气水合物的基础性研究　

非常必要，人们采用和提出了各种不同的方法和措施来增加水合物储气量、缩短诱导时间以及加速水合　

天然气水合物抑制剂DVP的合成及性能研究

李欢;孙丽;唐坤利;吴洋;鲁雪梅

【摘要】合成了新型动力学天然气水合物抑制剂DVP,以四氢呋喃法(THF)对其性能进行了评价.DVP的最佳合成条件为:n(N-乙烯己内酰胺):n(丙烯醇):n(甲基丙烯酸羟乙酯)=5:1:1,引发剂加量为0.5%(占单体质量百分数),反应温度60℃,反应时间8 h.DVP的加量0.5%,抑制效果最好,水合物结冰温度为-8℃.结合天然气水合物抑制剂PVP做性能对比,DVP具有加量少、抑制效果好的优点.将DVP与热力学水合物抑制剂进行复配,DVP的抑制性能得到进一步提高.%A new kinetic of natural

gas hydrate inhibitor DVP is independent synthetic equipment using self-designed evaluation,by the method of four hydrogen barking dogs

(THF)on its performance is evalu-ated.The DVP optimal synthetic

conditions were determined as follows:n (N-vinyl caprolactam):n(pro-pylene glycol):n (hydroxyl ethyl methacrylate)=5:1:1,amount of initiator

added was 0.5%(mass per-cent)of monomer,reaction temperature

60 ℃,the reaction time of 8 h.The DVP added value of 0.5%, hydrate

freezed temperature is 8 ℃.Performance compared with gas hydrate

天然气水合物发展史

气水合物发展史

Davy于1810年首次在伦敦皇家研究院实验室成功地合成了氯气水合物，引起了化学家们的极大关注，如法国 Berthelot相Villard，美国Pauling等化学家在科学辩论的同时还进行了各种水合物合成实验，成功地合成了系列气水合物。本世纪初期 30年代，人们发现输气管道内形成白色冰状固体填积物，并给天然气输送带来很大麻烦，石油地质学家和化学家便把主要的精力放在如何消除气水合物堵塞管道方面。直到60年代苏联在开发麦索亚哈气田时，首次在地层中发现了气水合物藏[4]，人们才开始把气体水合物作为一种燃能研究。此后不久，在西伯利亚、马更些三角洲、北斯洛普、墨西哥湾、日本海、印度湾、中南海北坡等地相继发现了气水合物，这使人们意识到气水合物是一种全球性的物理—地质作用现象，便掀起了70年代以来空前的水合物研究热潮。

在石油即将耗尽的现代，科学家积极的寻找有效的替代能源，近年来在海中发现的大量天然气水合物固体，天然气水合物(natural gas hydrates)简称为气水合物(gas hydrates)，是由主成分水分子组成似冰晶笼状架构，将气体分子等副成分包裹于结晶构造空隙中之一种非化学计量(non-stoichiometric)的笼形包合物结晶。所包合的气体分子组成可能有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、异丁烷(C4H10)、正丁烷(C4H10)、氮(N2)、二氧化碳(CO2)或硫化氢(H2S)等。自然界产出的气水合物所含气体分子组成常以甲烷为主，故也有些学者将气水合物通称为甲烷水合物(methane hydrate)，而水合甲烷 (methane hydrate)，成了目前的当红替代能源研究目标之一。

布鲁克黑文国立实验室的化学教授马哈詹等人，１３日在加利福尼亚州圣叠戈举行的美国化学学会全国会议上报告说，他们建造了一个能放在桌面的耐压、耐低温透明舱室。研究人员在这个实验舱中仿真海底环境，人工制造出水合甲烷。圖一水合甲烷(Methane clathrate, also called

天然气水合物储运天然气关键技术[论文]

天然气水合物储运天然气的关键技术

摘要：用水合物作为天然气储运的新方法，具有安全可靠、费用低的优势，因而对它的研究成为当今世界能源开发的热点，阐述了天然气水合物储运天然气技术的关键技术及其工业使用价值，提出了今后水合物技术的研究重点和方向。

关键词：天然气储运关键技术

目前利用天然气水合物储运天然气的技术仍处于研究开发阶段，虽然其应用前景十分广阔，但实现工业化过程的一些关键技术尚待解决。

1、水合物的合成

天然气水合物合成过程属于气-液-固反应，需要相应的反应器来提高效率。国际上用于水合物合成反应的反应器大致可以分为3种，即搅拌式反应器、鼓泡式反应器和喷淋式反应器。

搅拌式反应系统主要有反应器、分离器、热交换器和循环泵4个单元组成。水合物形成过程中，先往反应器中装入水，天然气通过反应器底部的两个止回阀进入，在搅拌器的作用下天然气和水充分混合生成天然气水合物，使用管壳式换热器，把生成的天然气水合物所释放的潜热以及转动部件如循环泵和反应器中的搅拌器所产生的热量及时带走。热交换过程中，水合物浆（水合过程中由于大量水的存在水合物以浆液形式存在）在管侧流动，乙二醇水溶液在壳侧流动。

鼓泡式反应系统是利用高压天然气通过孔板产生气泡，由此生成水合物。鼓泡法水合物生成过程中，上升的气泡和水接触并在气液接触面上生成水合物。因为水合物层是沿着上升的气泡形成的，上升天然气在气水界面处的轻微扰动都可能使气泡破碎，气泡的破碎可以增大气泡的接触面，同时水合物生成热可以通过水的传热及时带走，从而提高了水合物的生成速度。鼓泡法水合物生成系统不仅在热量传递方面有优势，而且微小的气泡极大的增大了气液接触面积并增强了天然气的溶解能力。但是该方法由于孔板上的孔径很小，容易在孔板上生成水合物，影响进气，也影响系统的正常运行。

2、水合物的储气效率

天然气水合物储运技术是一种崭新的天然气储运方式，实际生产的水合物储气量高低是该技术能否实施和具有优势的关键。自从1990年挪威科学家gudmundsson提出第一个大型天然气水合物生产工艺流程以来，人们采用和提出了各种不同的方法和措施来增加水合物储气量，如采用合适的反应器形式和操作条件，或者使用添加剂、活性炭等介质改变反应物的组成、进行催化、改善传质条件等。下面介绍几种常用的增加水合物储气效率的措施。

水合物资料(图文解说) 超级完整

甲烷水合物

（重定向自甲烷氣水包合物）

甲烷因加热释放而燃烧，水分溢出（美国地质调查所）。

来源：美国地质调查所

另一种甲烷气水包合物结构:甲烷被十四面体（tetrakaidecahedral，24个水分子）的水笼结构。

甲烷气水包合物（Methane clathrate），也称作甲烷水合物、甲烷冰、天然气水合物或可燃冰[1]，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底下，甚至地球大陆上也有可燃冰的存在，其蕴藏量也较为丰富。

甲烷气水包合物在海洋浅水生态圈中是常见的成分，他们通常出现在深层的沉淀物结构中，或是在海床处露出。甲烷气水包合物据推测是因地理断层深处的气体迁移，以及沉淀、结晶等作用，于上升的气体流与海洋深处的冷水接触所形成。

在高压下，甲烷气水包合物在18 °C的温度下仍能维持稳定。一般的甲烷气水化合物组成为1 摩尔的甲烷及每5.75摩尔的水，然而这个比例取决于多少的甲烷分子“嵌入”水晶格各种不同的包覆结构中。据观测的密度大约在0.9 g/cm³。一升的甲烷气水包合物固体，在标准状况下，平均包含168 升的甲烷气体。

甲烷形成一种结构一型水合物，其每单位晶胞内有两个十二面体（20个端点因此有20个水分子）和六个十四面体（tetrakaidecahedral，24个水分子）的水笼结构。其水合值（hydratation value）20可由MAS NMR来求得。[2]甲烷气水包合物频谱于275 K和3.1 MPa下记录，显示出每个笼形都反映出峰值，且气态的甲烷也有个别的峰值。

天然存量

已确定与推测中可能有甲烷冰蕴藏的大陆棚海域。资料来源：USGS

甲烷气水包合物受限于浅层的岩石圈内（即< 2000 m深）。此外，发现在一些必要条件下，惟独在极地大陆的沉积岩，其表面温度低于0 °C，或是在水深超过300 m，深层水温大约2 °C的海洋沉积物底下。大陆区域的蕴藏量已确定位在西伯利亚和阿拉斯加800 m深的砂岩和泥岩床中。海生型态的矿床似乎分布于整个大陆棚（如图），且可能出现于沉积物的底下或是沉积物与海水接触的表面。他们甚至可能涵盖更大量的气态甲烷。[3]

天然气水合物研究分析

2019年11

月油田管理天然气水合物研究分析杨楠（辽河油田海南油气勘探分公司，辽宁盘锦124010）摘要：结合实际，对天然气水合物进行研究，首先阐述天然气水合物开发现状，其次在论述天然气水合物研究方向同时，对该技术在实践过程中的要点进行研究，希望阐述后，可以给相关领域的研究者提供帮助。关键词：天然气；水合物；研究分析1天然气水合物开发研究进展从世界范围内来分析，主要是开展了8次天然气水合物的试采工作，特别是在2017年5月在我国南海神狐海域内试采达到30.9×104ｍ3的累计产气量和60ｄ的连续开采，创造世界纪录。但是水合物在开采的过程，需要考虑到内部水合物相变的实际情况，然气水多相渗流会随着气水砂运移和外部环境传热条件没有充分的了解清楚，并且开采环节中由于砂质胶合物分解后会给沉积层力学性能造成较大的影响，而这些问题的存在使得整个开采过程无法达到安全性的要求。因此，要想达到水合物的安全、高效、经济性的提升，还需要加强该技术的研发，实现技术性的突破。天然气水合物的研发和应用，总结经过组成结构研发、热力学模型研究、动力学研究等3个环节。1810年，氯气水合物已经开展了第1次实现人工合成，给水合物的利用开启了先河，进入到20世纪50年代，Stackelberg和Claussen首次确定了Ⅰ型和Ⅱ型水合物中的小分子气体与水分子在持续低温的条件之下会逐步的形成笼型的晶体结构，给水合物的开采带来了非常大的优势，从此进入快速研发阶段。1958年，Waals和Plat-teeuw提出以统计热力学为基础所建立的热力学模型，加强了对于水合物方面的研发和利用，了解其具体的赋存条件等。1965年，前苏联在进行麦索雅哈气田开发的过程中，也是首次在世界范围内公布了自然界中的天然气水合物的储量存在，受到世界工业领域的持续关注，并于1968年进行了首次水合物的试采，开创历史，但是从整体上来说，在试采中存在产量低、管道堵塞等问题，阻碍了水合物的持续开采，所以各个国家开始进行储层内相变规律的研发，也是科学家研究的重点。2研究方向分析与思考2.1研究方向分析第九届世界水合物大会（ＩCGH9）和第十一届世界水合物开发大会（FIERYICE-11Ｆ）在会议中研究，各个国家都需要投入更大的精力进行天然气水合物的研究，具体要从以下几个方面来进行：（1）储层基础物性的研究需要从天然气水合物的特性、动力特性、分子状态、生产流动、物理特性、地球物理表征等方面来进行，研发如何进行分析与储存处理，为开采提供基础。（2）开发研究主要是针对天然气水合物开采环境中的黏土对砂的压缩性、渗透率方面的影响，同时还需要进行地质力学、流动耦合以及开采环节中的水合物颗粒的流动情况展开研究。（3）环境保护方面主要是研发在开采之后的天然气水合物渗漏的具体情况、甲烷等额材料的排放量、水合物分解过程中的导电率变化等情况。随着研发的深入，世界范围内的天然气水合物勘探、试采的研究方向和成果是不同的，研究程度也是不同的。2.2研究方向思考（1）对于勘探与地质方面年的研究，其主要针对的是水合物特性的角度，因为其属于水合物的形式，就要进行成因、组成结构、基础结构等指标的研究，从而可以将该地质研究结果应用到工业开采领域中，希望可以取得更好的效果。（2）对于经济性定量标准方面的研究中，当前的世界范围内的天然气水合物储量是非常惊人的，认识要想全面化开采，并且水合物密度并不稳定，其标准也是相差比较大。因此，在进行水合物开采经济性方面研究之下，还需要从技术方面进行突破，更为关键的是了解现场的勘探技术参数，为后续的开采提供有力的基础。（3）对于开采方式的研究上，当前主要是从油气田开采的角度出发，水合物具备非常高的热力学特性，并且开采的环节中极易发生相变的情况，所以造成开采中难度较高，与油气田开采有着明显的区别。以往的油气开采都是采用直接开采的方式，在开采环节中石油、天然气都处于稳定的状态中。而天然气水合物却存在不同的性质，在开采环节会由于温度升高或者压力的下降而导致其快速分解而发生相变反应，从而就会导致管路内存在天然气、水、砂石等材料而造成严重堵塞的问题。因此，应该更加注重细化二者的区别，可以参考传统油气田的开采方式来确定。（４）对于开采过程中的安全、环保等方面，当前通常只能使用诸如水合物自身分解的方式来实现温室反应、地质滑坡、环境影响等方面的性能分析，没有直接参与到开发工程中，也没有按照不同模式所造成的环风险和环保性能展开模拟试验，所以针对于该方面还需要进行深入的研究和分析。比如，应用降压法来实现海洋天然气水合物方面开发的过程中，如果其上部存在的覆层砂比较薄，天然气经过气化之后会快速的溢出上上部位置，而气体的流动性是无法确定的，可以沿着管线流动，也可能会沿着井筒直接溢出到海内，所以需要进行生态安全方面的评价与分析；天然气水合物在开采中的压力下降而导致地层气化问题的出现，就不能有效的支撑地下内部空间内而导致2182019年11