深海天然气水合物开采概论(蒋宇静,公彬,王刚 编著)思维导图

日本成立甲烷水合物开发促进委员会，开始实施气水合物研究与开发的五年计划。
ODP164航次在大西洋西部的布莱克海岭组织了专门的天然气水合物调查。
第二届国际天然气水合物会议（ICGH-2）在法国图卢兹举行。
印度实施气水合物勘探计划。
我国正式以六分之一成员国加入大洋钻探计划。 中国科学院科技政策局组织召开以“中国天然气水合物的研究开发前景”为主题的21世纪能源科学发展战略研 讨会；中国科学院兰州冰川冻土研究所提出开展“青藏高原永久冻土层的天然气水合物”的研究工作。 美国参议院能源委员会通过“天然气水合物研究与资源开发计划”议案。
制“可燃冰”分布面积55平方公里，控制储量相当于1000亿～1500亿
立方米天然气。
17
南海北部勘探进展
1999～2001年，中国地质调查局科技人员首次在南海西沙海槽 发现了显示天然气水合物存在的地震异常信息（似海底地震发射波 “BSR”）。此项重大成果引起国家领导的高度重视，2002年国务 院批准设立我国海域天然气水合物资源调查专项。从此，我国正式 踏上大规模、多学科、多手段的天然气水合物资源调查历程。
天然气水合物形成的三个条件：
低温（0-源
天然气水合物分布区域：
海洋：大陆架外的陆坡、深海和深湖 永久冰土带：极地冰川冰土带和冰雪高山冻结岩
6
全球天然气水合物分布
海洋和湖泊 陆地（冻土区）
获得样品地区
推测地区
7
我国天然气水合物分布
目前，以日本为主导，已经结束在加拿大西北部永久冻土带地 区麦肯齐河三角洲Mallik2L-38井—4L-38井的钻探，进而推进了人 类大规模工业性开发利用天然气水合物甲烷的进程；也表明日本力 求争取在天然气水合物开发领域在研究与实验方面保持领先地位的 意图。

(3)说明导致乙站所在区域海岸线 变化的主要人为影响方式。
①气候变暖，导致海平面上升；②生态退耕、修建水库等人类活动，使河流 含沙量减少，输沙量和沉积量减少，三角洲面积缩小，沉积速率小于侵蚀速 率，海水侵蚀加剧，海平面上升；③位于板块内部，地壳均衡稳定，地壳下 降，陆面下降，海平面相对上升。
（2022·全国乙卷）阅读图文材料,完成下列要求。 影响海岸线位置的因素,既有全球尺度因素,如海平面升降,又有区域尺
图，完成4、5题。
A 4．图甲中油气勘探钻井平台所在的海底地形类型是( )
A．大陆架. B．大陆坡C．大洋盆地
D．大洋中脊
5．图乙海岸适宜的开发利
用方式是( D ) A．港口建设
B．海滨浴场.
C．海底探险
D．滩涂养殖
02 海岸带的开发及利用
拓一展、海岸带
含义
海岸带
海岸类型
资源
影响因素
陆地与海洋的交界地带，是海岸线向陆/海两侧 扩展一定宽度的带型区域
2、海岸线的变化的原因 （1）海平面升降：全球气候变化引起的海水水量变化和海水体积变化
（海进） （海退） （海进） （海退）
(2)陆面升降的因素：地壳运动和岩层形变
(3)海岸线的进退的影响因素——海岸沉积
海岸沉积会受到沿岸流， （海退） 河流输沙量等因素的影响，
通常主要考虑输沙量。
（海进） 输沙量的影响因素：河流 径流量，流域内落差，植 被覆盖度，水利设施。
(4)海浪侵蚀和海岸沉积的相对变化是海岸线进退的主因 （海进） （海退）
(5)人为原因海岸线变迁的人文原因主要考虑填海造陆、流域内植树造林 （破坏植被）、建设大坝拦沙、开采石油、天然气、地下水、养殖围滩 等人类活动。
海岸线 海进陆 退人文 原因

• 在勘探方面,地震资料似海底反射(BSR)是用来证 明海底存在水合物的最常见证据然而,BSR只是由 于上下沉积层速度差异形成,有BSR不一定代表存 在水合物。因此人们尝试了大量其它技术用于水 合物的勘探测试，从而开发出了几大类勘探方法
• 分类如下：地球物理勘探法，地球化学勘探法， 地貌勘测与水下成像勘测
勘探法细分类
地球物理勘探法 地球化学勘探法
1.地震勘探法 2.海底热流勘探 3.海底电磁、重力勘探 4.测井技术 1.气体异常检测法
2.孔隙水Cl ˉ浓度异常
3.稳定同位素法
地貌勘测与水下成像勘测
地球物理勘探法-地震勘探法
• 物探法是现在普遍使用的天然气水合物的 勘探方法，准确度也比较高，尤其是地震 勘探技术应用广泛。单道和多道地震是勘 探天然气水合物中一直使用的传统方法。
天然气水合物结构图
1.天然气水合物的成藏条件
• 天然气水合物的形成与稳定存在需要低温和高压的条件。
• 而天然气水合物形成区往往会有一个天然气水合物稳定带 （简称GHSZ）
• GHZS与水深、底层水温度、压力、地温梯度、孔隙水盐 度、天然气成分有关。
天然气水合物分布预测图
地层温度与压力
• 在纯水——甲烷体系中 • 大陆极地地区（地表温度低于0℃）甲烷水
地球物理勘探法—测井技术
• 测井技术——是进行天然气水合物勘探的 有效方法，测井方法能够在原位地层压力 和温度条件下测量地层物理特性，这种方 法对发现和研究天然气水合物来说是其他 的勘探方法所不能替代的
地球化学勘探方法—气体异常检测 法
• 甲烷是构成天然气水合物的主要物质，另 外还有少量烃类，如乙烷、丙烷等，和非 烃类的化合物，如H������������，C������������等因此存在天 然气水合物的地区，在海底沉积物、海水 及海面大气中，这些气体元素含量必然会 出现异常。固可通过检测海水中这些物质 含量的异常来判断水合物的分布与含量。

中国是继美、法、俄、日之后世界上第五个掌握大深度 载人深潜技术的国家。“奋斗者”号部件的国产化率超过了 96.5%，具备了全海深进入探测和作业的能力。随着“海斗”号 无人潜水器、“海翼”号水下滑翔机等装备不断面世和投入作 业，我国探索深海的记录不断刷新。我国形成了从1 000米、 4 500米、7 000米到万米级全海深潜水能力，作业功能覆盖海 洋科研、大洋矿产资源开发、搜救打捞、旅游观光等方面。
同步训练 一、单项选择题
知识点① 丰富的海洋宝藏 1. 中国是世界上重要的海洋大国，下列叙述不正确的是（ D ） A. 我国沿海有许多港口，是对外交往的窗口 B. 湿润海风为我国东部地区带来丰沛的降水 C. 在海里养殖珍珠、捕鱼虾，发展海洋渔业 D. 沿海受台风等灾害影响大，海洋可有可无
我国南海油气资源丰富，近年 来，我国又在南海成功试开采可燃 冰，可燃冰如果能大规模开发，中 国将可以实现能源自给。据此读南 海可燃冰预测远景区分布示意图（ 图3-4-2），完成2～4题。
深海蕴藏着地球上远未被认知和开发的宝藏。6 500米以 下的深渊，是国际公认的研究生命起源、地球演化、气候变 化等重大科学问题的前沿领域。马里亚纳海沟水压高、完全 黑暗，是地球上环境最恶劣的区域之一，其最深处为11 034米 ，被称为“地球第四极”。在万米深海，水压超过110兆帕，约 合1千个标准大气压，相当于2 000头非洲象踩在一个人的背上 。马里亚纳海沟一直以其无比巨大的能量阻挡人类探索的步 伐。
知识点② 保护海洋资源
（核心素养·人地协调观）赤潮 （图3-4-3）是局部海域水温在20℃～ 30℃之间时，因浮游生物(蓝藻、硅藻、 夜光虫等)突发性大量繁殖或高密度聚 集而使海水变色发臭的异常现象，我 国已成为赤潮多发的国家之一。据此， 完成5～7题。

3 特点
天然气水合物具有高能 量密度、资源丰富、无 燃烧产物和环境友好等 特点。
天然气水合物的开发与利用
1
开发历程
天然气水合物的开发始于20世纪60年
开发现状
2
代，经历了不断的实验研究和技术突 破。
目前，天然气水合物的商业开发仍处
于初级阶段，但已取得了一些关键进
展。
3
利用前景
天然气水合物可能成为未来能源的重 要替代品，具有广阔的利用前景。
天然气水合物的未来发展
1
发展趋势ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测
天然气水合物的发展前景广阔，将成为能源行业的重要一环。
2
技术难题解决方案
持续的技术研发和创新将帮助解决天然气水合物开发中的技术难题。
3
政策支持分析
政府的政策支持将成为天然气水合物发展的重要推动力。
结束语
1 未来展望
天然气水合物作为一种重要的能源资源，其开发与利用将在未来发挥重要作用。
天然气水合物的应用
能源领域
天然气水合物可作为天然气的替代品，满足 能源需求，并适应未来能源趋势。
其他应用领域
天然气水合物也具有广泛的应用领域，包括 医药、生物学和矿产等领域。
天然气水合物市场前景
1 市场潜力分析
天然气水合物市场潜力巨大，可能在未来成为能源市场的重要组成部分。
2 投资前景分析
天然气水合物的商业开发需要大量的投资，但可能带来可观的经济回报。
2 总结回顾
通过本课件的学习，我们对天然气水合物有了更深入的了解，并认识到其潜力与挑战。
《天然气水合物》PPT课 件
天然气水合物是一种具有巨大能量储备的资源，本课件将介绍其定义、形成 原理和特点，探讨其开发与利用、应用领域以及市场前景，同时分析其风险 与挑战并展望未来发展。

燃冰在广州亮相。 • 南海陆坡和陆隆区，估算可燃冰资源总量为650亿吨~780亿吨油当量，
大约相当于我国陆上和近海石油天然气总资源量的1/2。
2.2 东海 • 东海是西太平洋沟- 弧- 盆体系中的一个弧后盆地, 主要包括东海陆架、
冲绳海槽等单元 • 冲绳海槽特别是其中南部也可能存在天然气水合物
2.3 陆地冻土区
优势之三：能量密度大
1立方米可燃冰可以释放出0.81立方米的水和164立方米的天然气， 能量密度是常规天然气的2～5倍，是煤的10倍。
优势之四：清洁
它比常规天然气含有更少的杂质，燃烧后几乎不产 生环境污染物质，因而是未来理想的洁净能源。
三、天然气水合物的开发 1、国际研究状况
目前，世界上已有40多个国家(地区)开展了可燃冰的勘查、试验和开采研 究，美国、俄罗斯、加拿大和日本等国进展较快，其中美国和日本已进 入工业性试验和开采阶段。
国土资源部总工程师张洪涛表示，在永久冻土区成功获取可燃冰，对我国 未来的能源持续利用格外重要。新中国成立后，大庆油田的发现为我国甩 掉了贫油国的帽子。可燃冰是后石油时代的重要替代能源，此次的发现在 某种意义上可以同当年发现大庆油田的意义媲美。
概况二：技术发展
‘蛟龙’号实现了 世界同类载人潜水 器最大下潜深度— —7000米，实现了 多种高性能海底作 业能力，具有世界 同类载人潜水器最 充分的安全保障措 施。科学家随同蛟 龙号一起下潜，其 中一项重要任务就 是重点考察可燃冰 的海底出口。
二、天然气水合物优势
优势之一：分布广阔
天然气水合物的全球分布
天然气水合物主要分布于海洋陆坡区和陆地永久冻土带 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、非洲西部陆缘等,西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、新西 兰北部海域等, 东太平洋海域的中美海槽等, 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、青藏高原、阿拉 斯加和加拿大的北极圈内。 目前，世界上已经有40多个国家（地区）开展了可燃冰的勘探、试验和 开采研究，美国、俄罗斯、加拿大和日本等过进展较快。

第九章 天然气水合物矿产沉积学 第一节 概 述
第五阶段：天然气水合物调查进入专项计划
1995年 日本提出“气体水合物研究发展的五年 计划”。
1995年 印度制定了国家勘探开发五年计划。 1999年 美国制定了“美国甲烷水合物多年研究 发展项目计划”。 2000年 德国正式推出未来十五年大型地学研究 计划，“气体水合物、能源载体和气候因素”列入 该计划。 2002年 我国正式启动“我国海域天然气水合物 资源调查评价”专项计划
公开的出版物数量
第九章 天然气水合物矿产沉积学 第一节 概 述
4、人们的研究越来越深入
时间段
第九章 天然气水合物矿产沉积学 第一节 概 述
四、天然气水合物的结构
天然气水合物共有四种结构： 1、Ⅰ型 Claussen等1952年确定 2、Ⅱ型 Claussen等1951年确定 3、H型 Ripmeester等1987年确定 4、T型 Udachin等2001年确定
据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t，含 能量达3x1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、 叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物能是 第四大能源，生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大。世界上 生物质资源数量庞大，形式繁多，其中包括薪柴，农林作物， 尤其是为了生产能源而种植的能源作物，农业和林业残剩物， 食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物，生活污 水和水生植物等等。
新能源-天然气水合物
Gas Hydrate - A New Energy
/forum/revi.htm
第一节 概 述 第二节 分布与资源量 第三节 形成条件 第四节 成藏类型 第五节 勘探开发技术 第六节 各国研究成果 第七节 开采技术 第八节 环境效应 第九节 存在的问题

(2)电解水过程中使用的是直流电源。
3. 实验现象
装置一
装置二
(1)通电后电极上有气泡产生，与负极相连的试管内产生气泡速率较快。
(2)通电一段时间后，与电源正极、负极相连的试管内产生的气体体积比约为__1_∶__2__。
第第第四二三单单单元元元 自我物然们质界周构的围成水的的空奥气秘
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4. 产物检验：用燃着的木条检验 (1)正极气体使木条燃烧得更旺，则该气体是_氧__气__(_或__O__2)___。 (2)负极气体能被点燃，产生淡蓝色的火焰，则该气体是__氢__气__(_或__H_2_)__。 口诀：正氧负氢，氢二氧一。
考点梳理（化合价）
一般 规律
a.在单质里，元素的化合价为____零______ b.在化合物中各元素正负化合价代数和为____零_____ c.在化合物中，金属元素化合价显_正_____价，非金属元素化合价显负价,与氧元素结合时 显__正___价 d.在同一物质中同种元素化合价可能不同，如 e.原子团的化合价不为零，其数值与原子团所带电荷数一致
__子__、__6个__氢__原__子__和__1个__氧__原__子__构_成__)_______
相关 计算
需要计算的量 相对分子质量
计算公式（以C2H5OH为例） 化学式中碳、氢、氧元素的相对原子质量之和=___4_6________
各元素的原子个数比 碳、氢、氧三种元素的原子个数比=___2_∶__6_∶__1____
常见元素 及原子团 （根）的
化合价
常见元素化 合价口诀
一价钾钠氯氢银 三铝四硅五价磷 二四六硫都齐全
二价氧钙钡镁锌 二三铁二四碳 正负变价要牢记，莫忘单质都为零
原子团化合价的数值等于所带的电荷数

天然气水合物结构图天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称GasHydrate）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”。

天然气水合物天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）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.。

天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。

在标准状况下，一单位体积的气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体，因而其是一种重要的潜在未来资源。

据了解，全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍，具有广阔的开发前景，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量，约相当中国目前陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。

天然气水合物可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。

“冰块”里甲烷占80%～99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多。

1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。

目前，全世界拥有的常规石油天然气资源，将在40年或50年后逐渐枯竭。

而科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年，因而被科学家誉为“未来能源”、“21世纪能源”。

可燃冰主要储存于海底或寒冷地区的永久冻土带，比较难以寻找和勘探。

新研制的这套灵敏度极高的仪器，可以实地即时测出海底土壤、岩石中各种超微量甲烷、乙烷、丙烷及氢气的精确含量，由此判断出可燃冰资源存在与否和资源量等各种指标。

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这种方法发展很快，加热方式不断改进
直接注入热流体加热→火驱法加热→井下电磁加热→微波加热
注热开采法
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3. 天然气水合物开采方法
天然气水合物目前最大的国际合作项目——Mallik2002
参与国：加拿大、日本、德国、美国、印度 研究： 天然气水合物性质 天然气水合物的开采技术 对全球气侯变化的影响 大陆的稳定性
回顾一下
天然气水合物 自然界中的分布 ——海洋底、永久冻土带 未来的接替能源 开采方法 ——5种 商业开发技术现状 环境影响-瓶颈
天然气水合物开采
4. 技术应用现状
单击此处添加大标题内容
环境问题——瓶颈 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, 温室效应的加剧 海洋生态的变化 天然气泄漏到海洋中，氧化加剧，海洋缺氧 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 海底滑塌
天然气水合物开采
2. 天然气水合物分布
未来的接替能源
天然气水合物资源状况
自然界中天然气水合物中的碳量 11013吨 相当于已探明所有化石能源碳量总和的2倍 海洋沉积层内天然气水合物中甲烷的资源量为3×1015~7.6×1018m3 可满足人类需要1000多年
天然气水合物资源状况
2. 天然气水合物分布
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、笼形结晶化合物（Clathrate） 一种固态结晶物 外观象雪或松散的冰 遇火即可燃烧，故又称“可燃冰” 。 比水轻，而重于烃类液体，密度一般在0.8-1.0 g/cm3之间，除热膨胀和热传导性质外，光谱性质、力学性质等同冰相似

一、概 述
闸板阀门内堵塞着 大量的水合物
渤海石油系列培训教材多媒体课件
重庆科技学院石油工程学院制作
一、概 述
闸板阀门内堵塞着 大量的水合物
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一、概 述
外形：如冰雪状，通常呈白色。结晶体以紧凑的格子构架排列，与
冰的结构非常相似。
表 1 甲烷天然气水合物和冰的性质（引自Sloan和Makagon，1997） 甲烷天然气水合物
不稳定簇团： 一旦气 体进入水中，立即形 成不稳定簇团。
聚结:不稳定簇 团通过面接触聚 结，从而增加无 序性。
初始成核及生长： 当聚结体的大小达 到某临界值时，晶 体开始生长。
图5 水合物生成的动力学机理示图
渤海石油系列培训教材多媒体课件 重庆科技学院石油工程学院制作
三、天然气水合物的生成条件
初始条件：压力和温度均 当满足生成水合物 的区值范围，但没有气体分子溶于水。
渤海石油系列培训教材多媒体课件
重庆科技学院石油工程学院制作
五、预防水合物的方法 1 . 提高天然气流动温度
加热提高天然气流动温度是防止生成水 合物和排除已生成的水合物的方法之一。这 就是在维持原来的压力状态下使输气管道中 的天然气的温度高于生成水合物的温度，如 图9所示。但这一方法不适用于干线输气管 道中，因为消耗能量大，而且如前所述，冷 却气体是增加输气管道流量的一个有效方法， 特别是对于压缩机站数较多的干线输气管道。
2、天然气水合物的结构
图1 天然气水合物的晶体结构及气体种类与水合物结构类型
渤海石油系列培训教材多媒体课件 重庆科技学院石油工程学院制作
三、天然气水合物的生成条件
渤海石油系列培训教材多媒体课件

南海天然气水合物开采海底沉降预测公彬;蒋宇静;王刚;黄娜【期刊名称】《山东科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(034)005【摘要】利用有限差分软件FLAC3 D,模拟了温度-应力-流体三相耦合条件下不同开采方法时海底的沉降,比较了延长加热时间和提高开采温度时海底沉降范围.分析得出,距离开采井一定范围内的区域是开采引起沉降的主要区域,由于天然气水合物分解对天然气水合物层强度降低的影响很小,导致天然气水合物层强度降低的主要原因是与生产有关的排水所致;同时,神狐海域天然气水合物开采中,延长加热时间对沉降的影响比提高开采温度产生的影响明显,即延长加热时间的影响范围要比提高开采温度时的影响范围大.【总页数】8页(P61-68)【作者】公彬;蒋宇静;王刚;黄娜【作者单位】山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590;常州市建筑科学研究院股份有限公司,江苏常州213000;山东科技大学土木工程与建筑学院,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TE375【相关文献】1.海底高频地震仪观测系统优化设计及其在南海天然气水合物勘探中的应用 [J], 沙志彬;郑涛;张光学;刘学伟;伍忠良;梁金强;苏丕波;王静丽2.南海北部东沙海域天然气水合物分解事件及其与海底滑塌的关系 [J], 黄怡;王淑红;颜文;程俊3.南海西沙西南海底麻坑区天然气水合物发育的孔隙水地球化学证据 [J], 陈琳莹;罗敏4.天然气水合物开采时海底地层沉降行为的研究 [J], 杨阳5.海底高频地震仪在南海北部天然气水合物探测中的应用 [J], 张光学;徐华宁;刘学伟;张明;伍忠良;梁金强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。