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1-4天然气水合物

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天然气水合物

天然气水合物



一般来说, 人为地打破天然气水合物稳定存在的温压条件使其分解, 是目 前开采天然气水合物的主要途径。但是要考虑到天然气水合物作为储存 区地层的构成部分，在稳定该区域地层方面起着相当重要的作用。 众所周知, 二氧化碳是最重要的温室气体, 其在大气中含量增高是导致全 球气候变暖的主要原因之一。因此深海地层处置被认为是减少CO2排向 大气的有效手段。研究显示，当CO2 被收集起来并注入深海地层，将形 成CO2 水合物。 因此人们设想，若将CO2注入天然气水合物聚集层，既能将其中的CH4 置换出来， 又能有效减少CO2 向大气排放，还可以保持地层的稳定性 。由此Ebinuma及Ohgaki等于1996年提出了CO2 置换法开采天然气水 合物。
天然气水合物
天然气水合物简介

天然气水合物是在一定条件下由轻烃、二氧 化碳及硫化氢等小分子气体与水相互作用形 成的白色固态结晶物质，是一种非化学计量 型晶体化合物，或称笼形水合物，也称为可 燃冰、甲烷水合物、甲烷冰。

在自然界发现的天然气水合物多为白色、淡 黄色、琥珀色、和暗褐色，呈亚等轴状、层 状、小针状结晶或分散状。
形成原因

海洋生成
有两种不同种类的海洋存量。 最常见的绝大多数都是甲烷包覆于结构Ⅰ型的包合物，而且一般都 在沉淀物的深处才能发现。在此结构下，甲烷中的碳同位素较轻，因此 指出其是微生物由CO2的氧化还原作用而来。 在接近沉积物表层所发现较少见的第二种结构中，某些样本有较高 比例的碳氢化合物长链包含于结构Ⅱ型的包合物中。其甲烷的碳同位素 较重，据推断是由沉积物深处的有机物质，经热分解后形成甲烷而往上 迁移而成。


当存在游离水时，CO2 比CH4有更高的亲和势，更易使游离水形成水合 物，这有利于反应向正方向进行。 CO2与CH4的水合物均为结构Ⅰ型，发生在CO2与CH4水合物之间的置换 反应方程式为：

天然气水合物形成条件

天然气水合物形成条件

天然气水合物形成条件在天然气输送过程中，经常会出现水合物堵塞管道的情况，请大家讨论一下，天然气水合物形成的主要条件及如何预防水合物的形成。

1 天然气水合物的危害天然气水合物是石油、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复合物。

严重时，这些水合物能堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输和加工的正常运转。

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，这对油气生产及储运危害很大。

2 天然气水合物的性质和形成:2.1 水合物的性质及结构天然气水合物为白色结晶固体，是在一定温度、压力条件下，天然气中的烃分子与其中的游离水结合而形成的，其中水分子靠氢键形成一种带有大、小孔穴的结晶晶格体，这些孔穴被小的气体分子所充填。

形成水合物的首要条件是天然气中含水，且处于过饱和状态，甚至有液态游离水存在;其次是有一定条件的压力和低于水合物形成的温度。

在上述两种条件下的生产运行过程中，如遇压力波动、温度下降、节流或气流流向突变很快就可能形成水合物堵塞。

2.2 水合物的生成条件天然气水合物生成除了与天然气组分、组成和游离水含量有关外，还需要一定的压力和温度。

下式即为水合物自发生成的条件：M+nH2O（固、液）=[M·H2O]（水合物）也就是说，只有当系统中气体压力大于它的水合物分解压力时，才有可能由被水蒸气饱和的气体M自发地生成水合物。

由热力学观点看，水合物的自发生成绝不是必须使气体M被水蒸气饱和，只要系统中水的蒸汽压大于水合物晶格表面水的蒸汽压就足够了。

此外，形成水合物的辅助条件是：气流的停滞区。

2.3 长庆气田天然气水合物形成的基本参数及防治工艺根据长庆气田天然气组分，采用节点分析软件分析，计算压力在6～20 MPa时其水合物形成温度为14.5～22.3℃。

一般开井初期井口压力在20MPa 以上，采气管线按25MPa压力设计。

根据下游用户交接点的压力情况，反算得出集气支、干线设计压力为6.4MPa。

天然气水合物

天然气水合物

• 天然气水合物开采中的环境问题 • 天然气水合物藏的开采会改变天然气水合物赖以赋存的温压条 件，引起天然气水合物的分解。在天然气水合物藏的开采过程 中如果不能有效地实现对温压条件的控制，就可能产生一系列 环境问题，如温室效应的加剧、海洋生态的变化以及海底滑塌 事件等。
• (1) 甲烷作为强温室气体,它对大气辐射平衡的贡献仅次于二氧化碳。 一方面，全球天然气水合物中蕴含的甲烷量约是大气圈中甲烷量的 3 000倍 ;另一方面，天然气水合物分解产生的甲烷进入大气的量即 使只有大气甲烷总量的0. 5 %,也会明显加速全球变暖的进程。因此， 天然气水合物开采过程中如果不能很好地对甲烷气体进行控制，就 必然会加剧全球温室效应。除温室效应之外，海洋环境中的天然气 水合物开采还会带来更多问题。①进入海水中的甲烷会影响海洋生 态。甲烷进入海水中后会发生较快的微生物氧化作用，影响海水的 化学性质。甲烷气体如果大量排入海水中，其氧化作用会消耗海水 中大量的氧气，使海洋形成缺氧环境，从而对海洋微生物的生长发 育带来危害。②进入海水中的甲烷量如果特别大，则还可能造成海 水汽化和海啸，甚至会产生海水动荡和气流负压卷吸作用，严重危 害海面作业甚至海域航空作业。
• (2)固体开采法。固体开采法最初是直接采集海底固态天 然气水合物，将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。 这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方 法的具体步骤是，首先促使天然气水合物在原地分解为气 液混合相，采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆，然 后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理， 促使天然气水合物彻底分解，从而获取天然气。
• 1立方米的可燃冰可在常温常压下释放164立方米的天然 气及0.8立方米的淡水）所以固体状的天然气水合物往往 分布于水深大于 300 米 以上的海底沉积物或寒冷的永久 冻土中。海底天然气水合物依赖巨厚水层的压力来维持其 固体状态，其分布可以从海底到海底之下 1000 米 的范 围以内，再往深处则由于地温升高其固体状态遭到破坏而 难以存在。

第四篇 第一章 天然气水合物

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e s 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e s 的比值，用φ表示。

即：se e =φ （1-1）3．天然气的水露点天然气在一定压力条件下与e s 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 ＝0.983WoC RD Cs （1-2）式中 W ——非酸性天然气饱和水含量，mg/m 3； W 0——由图1-1查得的含水量，mg/m 3； C RD ——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H 2S 和（或）CO 2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3)W y W y W 0.983(yW S H S H CO CO HC HC2222++= （1-3）式中 W —酸性天然气饱和水含量，mg/m 3；2CO y ，S H 2y ——气体中CO 2，H 2S 的摩尔含量；HC y ——气体中除CO 2，H 2S 以外的其它组分的摩尔含量；W HC ——由图1-1查得的含水量，mg/m 3；2CO W ——CO 2气体含水量，由图1-2查得； S H 2W ——H 2S 气体含水量，由图1-3查得。

天然气水合物

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。

天然气水合物结构类型

天然气水合物结构类型

天然气水合物结构类型天然气水合物（Gas Hydrate）是一种特殊的结晶化合物，由水分子和气体分子形成的固态晶体结构。

其中，水分子以六边形的结构排列，气体分子则嵌入在水分子的六边形晶格当中。

天然气水合物的稳定性取决于温度和压力，一般需要在高压低温的条件下形成。

天然气水合物广泛存在于海洋和陆地的冷寒地区，是重要的能源资源和环境地质问题。

根据水合物结构中气体分子的类型和排列方式，天然气水合物可分为多种结构类型。

下面将介绍几种常见的天然气水合物结构类型。

1. I型水合物（Structure I）I型水合物是最常见的天然气水合物结构类型，其中气体分子以单个分子的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。

这种结构类型适用于大部分低碳烷烃类气体，如甲烷、乙烷等。

I型水合物在低温高压条件下稳定，常存在于海洋沉积物中。

2. II型水合物（Structure II）II型水合物是由二氧化碳分子和水分子形成的结构类型。

在这种结构中，CO2分子以线性链的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。

II型水合物的稳定性较低，需要较高的压力和低温才能形成。

这种结构类型常见于深海寒冷地区。

3. H型水合物（Structure H）H型水合物是由大型气体分子（如烷烃类）形成的结构类型。

在这种结构中，气体分子以大团簇的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。

H型水合物的稳定性较低，需要更高的压力和较低的温度才能形成。

这种结构类型常见于陆地冷寒地区。

4. S型水合物（Structure S）S型水合物是由硫化氢分子和水分子形成的结构类型。

在这种结构中，H2S分子以线性链的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。

S 型水合物的稳定性较低，需要更高的压力和较低的温度才能形成。

这种结构类型常见于海洋沉积物中。

5. Clathrate水合物Clathrate水合物是由较大的气体分子形成的结构类型，气体分子以笼状结构嵌入在水分子的六边形晶格当中。

Clathrate水合物可以包括多种气体分子，如甲烷、乙烷、氮气等。

天然气水合物

天然气水合物
——未来洁净的新能源
冰可以燃烧吗 ?
偶然的发现
30 年 代 ， 为 了
输送天然气， 铺设了输气管 道 一些输气管道 经常奇怪的被 冰块堵塞
对这些冰块结构和成份分析后发现，
这是天然气和水的结合物，可以燃烧 !?
-> 可燃冰 !!
1927年在克里米亚大地震期间，黑海海面燃
化学成份
(CH4· 2O) H
高度压缩的固态天然气
外表上看它像冰霜
甲烷占80％ - 99.9％

1 m3 水合物
164 m3 天然气
＋
0.8 m3水
形成原因
一种途径是，海底的动植物 残骸被细菌分解时释放出的 甲烷被高压低温的海底环境 锁进水分子笼中。
另一种途径是，可燃冰由海 洋板块活动而成。当海洋板 块运动时时，海底石油和天 然气便随板块的边缘涌上表 面。当接触到冰冷的海水和 深海压力，天然气与海水产 生化学作用，就形成“甲烷 水合物”。
海洋生态环境的破坏
如果在开采过中向海洋排放大量甲烷气体将会 破坏海洋中的生态平衡。在海水中甲烷气体常常发 生下列化学反应： CH4 + 2O2 = CO2 +2H2O CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 这些化学反应会使海水中O2 含量降低，一些喜 氧生物群落会萎缩，甚至出现物种灭绝；另一方面 会使海水中的CO2含量增加，造成生物礁退化，海 洋生态平衡遭到破坏。
（2）海底大陆架斜坡
如美国和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我国 南海和东海海底均有储藏，估计我国黄海海域和青藏 高原的冻土带也有储藏。
估计全世界甲烷水合物的储量达1.87×1017m3 （按甲烷计），是目前煤、石油和天然气储量的二倍， 其中，海底的甲烷水合物储量占99％。

天然气水合物

3、水合物在地层多孔介质中形成，会造成堵塞油气 井、减低油气藏的孔隙度和相对渗透率、改变油气藏的 油气分布，改变地层流体流向井筒渗流规律，这些危害 使油气井的产量降低。
2019年12月14日星期六
二、天然气水合物生成的条件
1、有游离水存在（天然气的温度必须等于或低于天 然气中水的露点），若天然气中没有自由的游离水，则 不会形成水合物。
天然气水合物
2019年12月14日星期六
1
天然气水合物简介
2
天然气水合物生成的条件
3
阻止天然气水合物生成的措施
2019年12月14日星期六
一、天然气水合物简介 天然气水合物也称天然气水化物（可燃冰），是一种
天然气中的小分子与水分子形成的类冰状固态化合物， 是气体分子与水分子非化学计量的包藏络合物，即水分 子与气体分子以物理结合体所形成的一种固体。
2019年12月14日星期六
天然气水合物在外观上是白色的结晶体，类似于冰或 致密的雪。它的化学成分不稳定，一般用M nH2O 表示，M 为水合物中的气体分子，n为水分子的个数。也有多种气 体混合的水合物。水合物的相对密度为0.96到0.98之间， 可浮于水面，而沉于液烃中。天然气水合物是笼形包合 物:水分子借氢键形成了笼形多面体骨架，其中有孔穴， 孔穴体积由气体分子所占据，被包围在骨架中。甲烷、 乙烷和硫化氢可以占据较小的孔穴，而丙烷和丁烷只能 占据较大的孔穴，大于正构丁烷的分子因太大而不能形 成水合物。
2019年12月14日星期六
形成水合物的压力-温度曲线
2019年12月14日星期六
液态水
低温
高压
气流速度和方向 改变的地方，即
气流的停滞区
在节流阀、阀门关 闭不严处
形成水化物

天然气水合物



天然气的露点是指在一定的压力条件下， 天然气中开始出现第一滴水珠时的温度。天然 气的露点降是在压力不变的情况下，天然气温 度降至露点温度时产生的温降值。 通常，要求埋地输气管道所输送的天然气 的露点温度比输气管道埋深处的土壤温度低 5℃左右。
12
二、天然气含水量的确定方法
1.天然气含水量测定方法
CRD W / W0.6
19

另 外 ， 如 果 水 中 溶 解 有 盐 类 （ NaCl 、 MgCl2 等），则溶液上面水汽的分压将下降， 这样，天然气中水汽含量也就降低。此时， 就必须引入含盐度的修正系数Cs （见图 2-3 左上角的小图）。
Cs Ws / W
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相对密度为的天然气含水量 CRD 相对密度为0.6时天然气含水量 水中含盐时天然气的含水量 Cs 水中不含盐时天然气的含水量
8
1．绝对湿度或绝对含水量e
给定条件下每立方米天然气所含水汽的质 量数，称为天然气的绝对湿度或绝对含水量。
G e V
式中： e——天然气的绝对湿度，g/m3； G——天然气中的水汽含量，g； V——天然气的体积，m3。
9
2．饱和湿度或饱和含水量
一定状态下天然气与液相水达到相平衡 时，天然气中的含水量称为饱和含水量。 用 es 表示在饱和状态时一立方米体积内的 水汽含量。如果 e<es ，天然气是不饱和的。 而e=es时，天然气则是饱和的。
1
一、水化物形成的主要条件 1．天然气的含水量处于饱和状态
Hale Waihona Puke 天然气中的含水汽量处于饱和状态时，常有 液相水的存在，或易于产生液相水。液相水 的存在是产生水合物的必要条件。
2
2．压力和温度

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。

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• 天然气水合物往往分布于深水的海底沉积物中或寒
冷的永冻± 冷的永冻±中。埋藏在海底沉积物中的天然气水合 物要求该处海底的水深大于300-500ｍ，依赖巨厚 物要求该处海底的水深大于300-500ｍ，依赖巨厚 水层的压力来维持其固体状态。但它只可存在于海 底之下500ｍ或1000ｍ的范围以内，再往深处则由 底之下500ｍ或1000ｍ的范围以内，再往深处则由 于地热升温其固体状态易遭破坏。 储藏在寒冷永冻土中的天然气水合物大多分布在四 季冰封的极圈范围以内。 从含碳量估算，全球天然气水合物中的含碳总量大 约是地球上全部化石燃料的两倍。因此，据最保守 的统计，全世界海底天然气水合物中贮存的甲烷总 量约为1.8× 量约为1.8×108亿ｍ3，约合11万亿t（11×1012t）。 ，约合11万亿t 11× 数量如此巨大的矿物能源是人类未来动力的希望。
• •
• 2、天然气水合物的研究现状 • ⑴、分布与环境效应 • 世界上绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，储存在深 •
水的海底沉积物中，只有极其少数的天然气水合物是分布 在常年冰冻的陆地上。 世界海洋里天然气水合物的资源量是陆地上的100倍以上。 世界海洋里天然气水合物的资源量是陆地上的100倍以上。 到目前为止，世界上已发现的海底天然气水合物主要分布 区有大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、 非洲西部陆缘和美国东岸外的布莱克海台等，西太平洋海 域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、日本海、四国海槽、 日本南海海槽、冲绳海槽、南中国海、苏拉威西海和新西 兰北部海域等，东太平洋海域的中美海槽、加州滨外、秘 鲁海槽等，印度洋的阿曼海湾，南极的罗斯海和威德尔海， 北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内的黑海与里海等。 陆上寒冷永冻土中的天然气水合物主要分布在西伯利亚、 阿拉斯加和加拿大的北极圈内。我国最有希望的天然气水 合物储存区可能是南海和东海的深水海底。
• 印度科学与工业委员会设有重大研究项目《国家海 印度科学与工业委员会设有重大研究项目《
底天然气水合物研究计划》，于1995年开始对印度 底天然气水合物研究计划》，于1995年开始对印度 近海进行海底天然气水合物研究，现已取得初步的 良好结果。 由于天然气水合物的资源前景还有待于进一步研究 证实，而煤和油气等常规能源又能维持一段时期， 因此，目前各能源企业对水合物研究的资金投入还 较少主要是各国政府对天然气水合物研究予以支持。 如美国计划投入.1.5～ 如美国计划投入.1.5～2亿美元，日本在五年计划中 已投入150亿日元，计划2007～2011年进行开采试验 已投入150亿日元，计划2007～2011年进行开采试验 和技术经济评估，2012～2016年完成商业开发评估 和技术经济评估，2012～2016年完成商业开发评估 和确认。 印度在1996～2000年间投入5600万美元。 印度在1996～2000年间投入5600万美元。 1998年 1998年4月，我国，正式加入大洋钻探计划。加大了 水合物的投资，总投资8.1亿RMB，计划到2011完成 水合物的投资，总投资8.1亿RMB，计划到2011完成 对中国南海天然气水合物调查。
• • • • • •
• 天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称 天然气水合物（Natural Hydrate，简称
Gas Hydrate），又称笼形包合物（Clathrate），它是在 Hydrate），又称笼形包合物（Clathrate），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）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、 pH值等）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、 笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧，俗称“可燃冰” 笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧，俗称“可燃冰”。它 可用M.nH 来表示，M代表水合物中的气体分子，n 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CH 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。 等同系物以及CO 天然气水合物（gas hydrate）是一种白色固体结晶物质， 天然气水合物（gas hydrate）是一种白色固体结晶物质， 外形像冰，有极强的燃烧力，可作为上等能源。天然气水 合物由水分子和燃气分子构戚，外层是水分子格架，核心 是燃气分子。燃气分子可以是低烃分子、二氧化碳或硫化 氢，但绝大多数是低烃类的甲烷分子（ CH4 ），所以天然 气水合物往往称之为甲烷水合物（methane hydrate）。 气水合物往往称之为甲烷水合物（methane hydrate）。 据理论计算，1 的天然气水合物可释放出164ｍ 据理论计算，1m3的天然气水合物可释放出164ｍ3的甲烷 气和0.8ｍ 气和0.8ｍ3的水。这种固体水合物只能存在于一定的温度 和压力条件下，一般它要求温度低于0~10℃ 和压力条件下，一般它要求温度低于0~10℃，压力高于 10MPa，一旦温度升高或压力降低，甲烷气则会逸出，固 10MPa，一旦温度升高或压力降低，甲烷气则会逸出，固 体水合物便趋于崩解。
俄罗斯自20世纪70年代末以来，先后在黑海、里 海、白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟和太平洋西南部 等海域进行海底天然气水合物研究，发现具有工业价 值的区域，近期仍在对巴伦支海和鄂霍茨克海的天然 气水合物进行研究。 联邦德国于20世纪80年代与印尼等国对西南太平洋的 边缘海进行过联合研究，在莽拉威西海发现海底天然 气水合物的识别标志。目前，德国正在筹划大规模的 国家研究计划，可能计划与俄罗斯合作研究鄂 • •
• ⑶、天然气水合物的开发技术
随着天然气水合物研究的不断深人入，天然气水合物 相关技术的研究和开发也得到快速的发展。主要包括以下 几个方面： 地球物理探查技术、地球化学探查技术、钻孔取样技术、 资源评价技术、开采技术、实验室模拟技术和管道中水合 物的探测与清除技术等。地球物理探查技术包括多道地震 反射勘探和测井等方法。现在主要通过识别地震剖面上因 水合物存在而引起的波阻抗反差界面-拟海底反射层BSR 水合物存在而引起的波阻抗反差界面-拟海底反射层BSR （Bottom Simulating Reflector）来判别天然气水合物的 Reflector）来判别天然气水合物的 存在及分布。 目前正在开发特殊处理技术，以获取深水区浅层高分辨率、 高信噪比、高保真的地震数据，建立岩石物理模型，研究 水合物沉积层及下伏游离气的弹性性质与特征，并研究基 于矢量波动方程的多弹性参数叠前正、反演技术，以估算 水合物的分布与数量。
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⑵、全球关注天然气水合物研究 1810年Humphrg Davy在伦敦皇家研究院首次合成氯气水 合物。 1832年Faraday对水合物的性质作了较系统的描述。其 后,人们陆续在实验室合成了Br2、SO2、CO2、H2S等的气体 水合物。 1884年Roozeboom提出了天然气水合物形成的相理论。 此后不久，Villard在实验室合成了CH4、C2H4等的水合物。 1919年，Scheffer和Meijer建立了一种新的动力学理论 方法来直接分析天然气水合物，他们应建立三相平衡曲线， 来推测水合物的组成。 19世纪30年代初，人们开始注意到天然气输气管线中形 成的天然气水合物。 1934年，Hammerschmidt发表了水合物造成天然气输气管 线堵塞的有关数据，人们开始更加详细地研究天然气水合 物和它的性质。
天然气水合物资源利用
• 一、人类未来能源的希望
• 人类的生存发展离不开能源。当人类学会使用第一个火
种时便开始了能源应用的漫长历史。几千年来，人类所 使用的能源已经历了三代，正在向第四代能源时代迈进。 主体能源的更替充分反映出人类社会和经济的进步与发 展。 第一代能源为生物质材，以薪柴为代表； 第一代能源为生物质材，以薪柴为代表； 第二代能源以煤为代表； 第二代能源以煤为代表； 第三代能源则是石油、天然气和部分核裂变能源。 第三代能源则是石油、天然气和部分核裂变能源。 第四代能源的构成将可能是核聚变能、 第四代能源的构成将可能是核聚变能、氢能和天然气 水合物。 水合物。 1、天然气水合物 主要成分是甲烷（CH 主要成分是甲烷（CH4）和水，甲烷气燃烧十分干净， 为清洁的绿色能源，其资源量特别巨大，开发技术较为 现实，有可能成为21世纪的主体能源，是人类第四代能 现实，有可能成为21世纪的主体能源，是人类第四代能 源的最佳候选。
• 1995年，勘查美国东岸大西洋海底的布莱克海台，首次 1995年，勘查美国东岸大西洋海底的布莱克海台，首次
证实该处海底的天然气水合物具有商业开采价值，并初 步估算出该区水合物的资源量多达100亿ｔ，可满足美 步估算出该区水合物的资源量多达100亿ｔ，可满足美 国105年的天然气需要。 105年的天然气需要。 1994年日本制定了庞大的海底天然气水合物研究计划， 1994年日本制定了庞大的海底天然气水合物研究计划， 投巨资对日本周边海域进行大规模海底天然气水合物研 究，初步估计仅南海海槽处的水合物资源量就可满足日 本100年的能源消耗。 100年的能源消耗。 1995年，又专门成立天然气水合物开发促进委员会，分 1995年，又专门成立天然气水合物开发促进委员会，分 别于1997年在阿拉斯加和1999年在日本南海海槽进行了 别于1997年在阿拉斯加和1999年在日本南海海槽进行了 海底水合物的钻探试验。 1999年，美国制定《 1999年，美国制定《国家甲烷水合物多年研究和开发项 目计划》 目计划》，预期可建立天然气水合物矿床气体资源评价 体系、发展商业生产技术，了解和定量评价甲烷水合物 在全球碳循环中的作用及其与全球气候变化的相关性， 解决水合物工程技术和海底稳定性问题。
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• 天然气水合物固然给人类带来了新的能源希望，但
它也可对全球气侯和生态环境甚至人类的生存环境 造成严重的威胁。近年来，人们不断讨论地球大气 层的温室效应，认为其造成的异常气候（全球变暖） 和海面上升可能正威胁着人类的生存。 主导大气温室效应的因子，普遍认为是水气和二氧 化碳气。水气是大自然循环中的活跃分子，难以调 控，于是二氧化碳便成为人们严重关注的对象。许 多国际会议讨论二氧化碳的温室效应，并决定限制 各国二氧化碳废气的排放量。 当前大气中的二氧化碳气以每年0.3％的速率在增加， 当前大气中的二氧化碳气以每年0.3％的速率在增加， 而大气中的甲烷气却以每年0.9％的速率在更为迅速 而大气中的甲烷气却以每年0.9％的速率在更为迅速 地增加着。