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天然气水合物在输气管线及生产装置中形成和分解机理及其形成1 绪论1.1研究的意义和目的随着石油天然气工业的不断发展，在处理和输送天然气过程中发现了气体水合物。
水合物是目前科学领域中的热门课题，不仅与石油天然气开采、储存和运输密切相关，而且与环境保护、气候变迁，特别是人类未来赖以生存的能源有关。
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。
在天然气管道输送过程中，水合物在输气干线或输气站某些管段（弯头）阀门、节流装置等处形成后，其流通面积减少从而形成局部堵塞，其上游的压力增大，流量减少，下游的压力降低，因为会影响管道输配气的正常运行。
天然气水合物是威胁输气管道安全运行的一个重要因素。
天然气水合物一旦形成后，它与金属结合牢固，会减少管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进一步形成，进而造成管道、阀门和一些设备的堵塞，严重影响天然气的开采、集输和加工的正常运行。
因此，研究和讨论天然气输送过程中水合物的生成和防治，对保障天然气管道的安全运行具有十分重要的实际意义。
要形成天然气水合物需要几个必要的条件，一是气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水；二是有足够高的压力和足够地的温度。
在具备上述条件时，水合物的形成，还要求有一些辅助条件，如天然气压力的波动，气体因流向的突变而产生的搅动，以及晶种的存在等。
因此总结出一些防治天然气水合物生成的方法。
通常，在输送天然气过程中清除水合物的方法是用热水或热蒸汽对管道进行加热，在水合物和金属接触点上，将温度提高到30～40℃，使水合物很快分解。
据统计防止水合物生成的费用约占生产总成本的5～8%。
在工程上对抑制剂用量不能准确计算，抑制剂的用量往往大于实际需求量，这样一方面不利于节约成本，另一方面导致不必要的环境污染针对上述问题，需要用科学的实验方法，准确测定天然气水合物的生成条件，并筛选和评价抑制剂的抑制效果，从而为天然气集输管道水合物防治工作提供科学依据。
浅谈天然气水合物天然气水合物是以CH4 为主，含少量CO2，H2S的气态烃类物质充填或被束缚在笼状水分子结构中形成的冰晶化合物，俗称“可燃冰”。
一．天然气水合物的存在类型及成因分析R D Malone 等对天然气水合物进行了多年的研究，指出天然气水合物存在有4 种类型第一种是良好分散水合物，均匀分布在岩石的孔隙或裂隙中；第二种是结核状水合物，其直径为5cm 水合物气体为从深处迁移的热成因气体；第三种是层状水合物，分散于沉积物的各薄层中，主要分布在近海区域和永久冰冻土中；第四种是块状水合物厚度为3-4CM，水合物的含量为95%沉积物含量为5%主要形成于断裂带等有较大的储存空间的环境中。
（图一）图一天然气水合物的存在类型根据形成环境的温度和压力条件，将天然气水合物的成因机制分为以低温条件为主控因素的低温成因型和以高压条件为主控因素的高压成因型。
（图二）低温成因型：形成天然气水合物时温度起主要控制作用，形成的条件是温度低而相对压力较小，如青藏高原冻土带浅部的天然气水合物和100-250m以下极地陆架海的天然气水合物。
高压成因型：随埋深增大，压力增高而温度也因地温梯度相应增高，高压力对形成天然气水合物的形成起主导因素如水深为300-4000m 的海洋天然气水合物基本上是在高压条件下形成的掌握了天然气水合物的形成条件，对开发利用时是采用热激发法还是降压法，化学剂法具有一定指导意义。
根据天然气的来源将天然气水合物成因机制分为原生气源型和再生气源型：原生气源型是指已存在的天然气田m 煤层气田深处迁移的热成因气体等因温度或裂隙压力或天然气浓度的变化而转变为天然气水合物, 在此过程中无外来物质的加入m 天然气水合物可与常规的天然气(油田) 煤层气(煤田) 相伴而生。
再生气源型是指特定的环境条件下, 海洋里大量的生物和微生物死亡后留下的遗体不断沉积到海底, 很快分解成有机气体甲烷, 这些有机气体, 在压力的作用下便充填到海底结构疏松的沉积岩孔隙中, 在低温和压力的作用下形成天然气水合物。
天然气水合物形成原因及影响因素分析作者：张庆杰来源：《管理观察》2010年第17期摘要:分析了实际产生水合物的试气资料及其形成原因,阐述了DQ油田徐家围子气田水合物形成的影响因素。
天然气水合物是天然气在一定温度和压力下形成的一种冰状笼形化合物。
在气井生产过程中,一旦压力、温度条件满足,天然气混合物中的某些气体组分便形成水合物,堵塞油管或输气管线。
天然气水合物是天然气在高压、低温环境下形成的,形成温度高于冰点。
关键词:天然气水合物影响因素一、水合物形成的原因及其影响因素分析1.1形成原因常压下,水的冰点为0℃,但在高压下,水的冰点就会高于0℃。
天然气水合物是天然气在高压、低温(高于0℃)环境下形成的。
在气井生产过程中,天然气从井底流向井口,沿程压力和温度逐渐降低,当压力降到某一数值时,温度降到水合物生成温度时,就形成了水合物。
1.2影响因素分析天然气水合物是在一定压力、温度下形成的,但是天然气水化物形成的压力、温度具体的数值很难确定。
因为影响水合物形成的因素是受天然气的组分不同、所处环境的不同、试气方式的不同等影响。
统计了约30口多井的试气资料,约有三分之一的井出现了不同程度的冰堵现象。
(1)试气方式。
统计发生冰堵现象的井大多都是采用系统试气方法、修正等时试气方法或一点法试气方法进行试采的井,采用定压方法进行试采的井基本上没有发生冰堵现象。
这可能是由于定压试采一般定井口油压为8MPa或6.4MPa,这样低的压力下,形成水合物需要的温度也较低,而试采过程中,气体从井底流到井口的流温大于水合物形成的温度,因此,定压试采方法一般不会形成水合物。
例如,达深4井,该井开始定产2.0×104m3生产,生产了约5天,油压降到22.72MPa,井口平均温度为15.70℃,井筒内产生水合物,造成距井口约100m附近的油管发生冰堵。
关井处理后,采用定井口油压8MPa试采方式试采,产气量一直下降,最后降至2.4×104m3左右,但一直未发生冰堵现象,分析原因,定井口油压试采过程中,井口油压一直保持在8MPa,而8MPa下形成水合物的温度一定低于油压为22.72MPa下的温度。
天然气水合物开发现状及研究进展天然气水合物（NGH），也称气体水合物，是由天然气与水分子在高压（＞10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质。
因天然气水合物中80%～90%的成分是甲烷，故也称甲烷水合物。
天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可以象酒精块一样被点燃，所以，也有人叫它“可燃冰”。
一、天然气水合物的形成条件及分布天然气水合物的形成有三个基本条件，缺一不可。
首先温度不能太高；第二压力要足够大，但不需太大；0℃时，30个大气压以上就可生成；第三，地底要有气源。
天然气水合物受其特殊的性质和形成时所需条件的限制，只分布于特定的地理位置和地质构造单元内。
一般来说，除在高纬度地区出现的与永久冻土带相关的天然气水合物之外，在海底发现的天然气水合物通常存在于水深300～500m以下(由温度决定)，主要附存于陆坡、岛屿和盆地的表层沉积物或沉积岩中，也可以散布于洋底以颗粒状出现。
这些地点的压力和温度条件使天然气水合物的结构保持稳定。
深海钻探发现，天然气水合物以冰状或更多地以水合物胶结的火山灰和细砂产出,其时代为晚中新世—晚上新世。
天然气水合物与火山灰或火山砂共存,暗示了其形成与火山喷发有某种联系。
天然气水合物形成于低温高压条件下,分布限于极地地区,深海地区及深水湖泊中。
在极地地区天然气水合物通常与大陆和大陆架上的永冻沉积物有关；在海洋里，天然气水合物主要分布于外大陆边缘和洋岛的周围，水深超过大约300 m。
天然气水合物的稳定温度为1～21.1℃,分布的最大下限深度不超过海底下2000m[2]。
深海钻探已经表明天然气水合物既可以产于被动大陆边缘,也可产于活动大陆边缘。
但大多数天然气水合物样品来自于活动边缘[2]。
据估计，陆地上20.7%和大洋底90%的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。
绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。
在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解可产生164单位体积的甲烷气体，因而是一种重要的潜在未来资源。
水合物开采过程气—水运移及颗粒聚集机理研究天然气水合物多赋存于海底浅层沉积物中, 成藏区域的地质条件复杂, 其开采过程涉及水合物分解、储层气-水运移以及管道气-水输运, 是一个含相变的多相多组分运移过程。
因此, 探明天然气水合物开采过程中的气-水运移特性及水合物颗粒的聚集机理, 是实现天然气水合物安全、高效开采的关键。
本文针对开采过程中涉及的上述关键科学问题展开研究, 原位观测了填砂岩心中水合物的分解特性和气-水渗流过程, 测量了气体水合物颗粒间、颗粒-表面间的相互作用力, 分析了水合物开采过程气- 水运移特性及水合物颗粒的聚集机理。
利用基于核磁共振成像技术（MRI）的气-水运移可视化实验平台，原位观测了填砂岩心中水合物生成-分解过程,根据观测到的液态水信号强度时变特性，探明了CH4水合物降压分解过程中水-水合物相界面由填砂岩心外围向中心沿径向移动的规律,发现了梯度降压方法对分解过程孔隙气-水运移的促进作用,且初始梯度对分解速率的影响存在上限。
通过追踪混合气水合物生成和分解过程中水在孔隙中的运移特性,探明了填砂粒径和气体组分对置换开采过程中气-水运移的影响。
通过上述研究阐明了水合物分解过程对岩心气-水运移影响机制。
利用气-水运移可视化实验平台,测量了含水合物填砂岩心的有效渗透率, 发现水合物的存在可导致填砂岩心有效渗透率降低90%以上。
在此基础上,改进了用于流速测量的二维相位对比法,利用流体中1H核在梯度场中的相敏效应，实现含水合物填砂岩心局部水流速度场的原位测量, 分析了水合物在填砂岩心中的初始饱和度、非均质分布以及分解过程降压梯度对速度场的影响, 发现水合物的非均匀分布和由此导致的局部毛细管力变化可导致岩心截面出现高、低流速区域分化, 是影响局部流场的关键因素。
通过上述研究阐明了水合物非均质分布对岩心渗流特性影响机制。
利用水合物颗粒黏附力测量系统, 首次实现了不同条件下气体水合物颗粒间及颗粒-碳钢表面间的黏附力原位测量。
青海祁连山冻土区天然气水合物的气源条件及其指示意义青海祁连山是我国大陆东部的最主要的冻土区之一。
在这里，天然气水合物被广泛分布。
这些天然气水合物的形成和存在条件是冻土区的特殊性质造成的。
因此，探寻和利用这些水合物对于提高我国天然气储备和能源安全、保护环境等都有重要的意义。
青海祁连山冻土区天然气水合物的气源条件主要有以下几点：1.富氧环境——富氧环境意味着较为适宜的生物活动和有利的生物转化作用。
这会产生更多的甲烷，从而促进天然气水合物的形成。
2.相对较低的孔隙水盐度——在富氧环境中，细菌和古细菌的代谢活动会产生更多的盐度和水分，并且可能阻碍水合物的形成。
因此，相对较低的孔隙水盐度是水合物形成和保存的一个重要条件。
3.适宜的水合物稳定区域——在冻土区域，水合物形成和稳定的区域通常在温度低于0℃，压力高于1兆帕的条件下。
因此，适宜的水合物稳定区域也是冻土区域的一个重要条件。
4.矿物分异——在水合物形成和保存的区域中，矿物的分异也会导致天然气水合物的产生。
例如，在富铁氧化物的区域，铁氧化物会与甲烷进行反应，并且催化水合物的形成和稳定。
青海祁连山冻土区天然气水合物的存在对于研究区域的资源勘探和环境保护都具有重要的指示意义。
首先，由于天然气水合物主要分布在冻土区域，因此探测这些水合物是否存在可以为勘探和研究冻土区域的天然气储量提供重要的参考。
其次，水合物的存在也意味着气候变化的影响，因此对于气候变化影响下的自然资源变化研究也有重要的指示意义。
最后，天然气水合物作为一种新型能源，如果开发利用得当，可以为我国能源安全和经济发展做出巨大贡献。
总之，青海祁连山冻土区天然气水合物的存在受到多种因素的制约。
了解这些水合物的产生和存在条件有助于我们更好地探测和利用这些天然气储备。
同时，这些水合物的存在还对于研究冻土区域的自然资源变化和环境保护等方面都具有重要的指示意义。
青海祁连山冻土区天然气水合物的分布情况和资源储量一直是研究的重点之一。
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。
收稿日期：2011-09-16;修订日期：2011-10-13资助项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费项目《祁连山冻土区天然气水合物烃类气体同位素特征及意义》（编号：K0909）作者简介：黄霞（1982-），女，博士，助理研究员，从事天然气水合物气体地球化学特征及成因类型研究。
E-mail:huangxia@地质通报GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA第30卷第12期2011年12月Vol．30，No．12Dec.，2011祁连山多年冻土面积达10×104km 2，年平均气温低于-2℃，冻土层厚度为50～139m [1]，冻土区内不仅有丰富的气源条件，而且基本具备形成天然气水合物的温压条件[2]。
2008年以来，中国地质科学院矿产资源研究所等单位在祁连山木里冻土区共完成天然气水合物科学钻探试验孔4口（DK-1、DK-2、DK-3和DK-4），取得重大突破，成功地钻获了天然气水合物实物样品[3]。
这是中国冻土区首次钻获的天然气水合物实物样品，也是全球首次在中纬度高山冻土区发现的天然气水合物实物样品，具有重要的科学意义和经济意义。
天然气水合物是由水分子和气体分子（主要是烃类气体）在高压、低温条件下形成的。
成矿气体是形成天然气水合物的物质基础，是天然气水合物调查研究的必备内容。
不同成因类型的烃类气体具有不同的成生机制和不同的运移聚集过程，并影响到天然气水合物的成矿过程及其分布特征。
烃类气体一般可分成有机成因和无机成因两大类型。
目前无祁连山冻土区天然气水合物烃类气体组分的特征和成因黄霞，祝有海，王平康，郭星旺HUANG Xia,ZHU You-hai,WANG Ping-kang,GUO Xing-wang中国地质科学院矿产资源研究所,北京100037Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China摘要：祁连山冻土区天然气水合物DK-2科学钻探试验孔水合物储集层岩心气样的烃类气体组分和C 同位素分析测试结果表明，祁连山冻土区天然气水合物烃类气体组分复杂，除甲烷外，还含有较高的乙烷和丙烷；δ13C 1均大于-50‰，R 值普遍小于100，显示出明显的热解气特征。
