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天然气水合物相平衡的实验研究
近年来，由于自然天然气的瓶颈，水合物的研究愈来愈受到重视。
天然气水合物相平衡(Gas Hydrate Phase Equilibria, GHPE)是多个研究和应用领域的重要研究领域之一，其研究不仅可以促进天然气储备，而且还可以在开采过程中为海洋环境带来环境问题。
针对GHPE实验研究进行全面性研究，有助于改善GHPE理论，并且可以为理论和应用提供重要的参考，以期更优化的利用天然气和降低海洋环境的影响。
GHPE实验研究主要分为描述性研究和动力学研究。
描述性实验的目的是了解天然气水合物（GH）系统的稳定性以及其形成和溶解条件。
动力学意义上的研究针对表征GH系统过程中GH形成和溶解速率等动力学过程，研究了影响GH形成和溶解速率和条件机制。
由于GHPE实验研究是对天然气与水结合构成的固体难以仿真，因此在实验中使用各种仪器仪表和设备，如温度和压力控制装置、常规和毛细管大孔隙半定容量反应器、包装瓶、高分辨率热重分析仪、宽温度范围的X射线衍射仪、声学、电化学、磁场和色谱等，来识别、表征GH的物理特性，充分发挥这些仪器和装置的功能作用。
通过反复测试，研究人员得出GH系统其中每个组分的计算方法以及其体系各组件之间的交互作用。
GHPE实验研究和分析数据可以帮助我们提出来开采气源的最佳条件，以实现最大程度的利用，且最大程度的减少海洋污染的可能，也可以有效的传递我们的对GH 的理解和未来的研究方向。
因此，GHPE实验研究具有重要的理论和应用价值。
未来，将建立更精确、全面、工程可行的GHPE实验研究方法、技术，以实现GH利用的优化，并最大限度的减少GH开采过程中海洋环境的冲击。
天然气水合物储层温压模拟实验及数值模拟方法天然气水合物是一种在高压高温环境下形成的天然气与水混合物，是一种重要的新型能源资源。
其存在于富含甲烷的海洋沉积物中，具有丰富的储量。
为了开发和利用天然气水合物，需要深入了解和掌握其储层性质。
本文旨在介绍天然气水合物储层温压模拟实验及数值模拟方法。
天然气水合物储层温压模拟实验是通过实验室装置，模拟地下储层的温度和压力条件，研究天然气水合物的生成、分解和运移规律。
该实验通常包括温度控制、压力控制和水合物样品的制备等步骤。
首先，通过恒温槽或电炉等装置控制温度，使其达到储层温度水平。
其次，通过压力控制装置调节和维持实验室环境的压力条件，模拟地下储层的压力状态。
最后，制备天然气水合物样品，通常是通过将甲烷气体和水按一定比例充分混合后进行凝固制备。
数值模拟方法是在储层温压模拟实验的基础上，采用数学和计算机技术进行建模和模拟，以探究水合物储层的温压分布、水合物生成与分解过程以及天然气的产出行为。
数值模拟方法能够辅助实验研究，提供更全面、详细的信息，并且具有节约成本、快速响应、可重复性等优点。
在进行天然气水合物储层温压模拟实验和数值模拟方法时，需要考虑以下几个关键因素。
首先是储层温度和压力的控制。
储层温度和压力是影响天然气水合物生成和分解的重要因素。
实验中需要准确控制这两个参数，以模拟地下储层的真实环境。
在进行数值模拟时，需要获得真实可靠的温度和压力数据，以确保模拟结果的准确性。
其次是水合物样品的制备。
水合物样品的制备是实验研究的基础，对于模拟地下储层的水合物形成和分解过程具有重要意义。
制备水合物样品时，需要准确控制甲烷与水的比例和混合程度，确保样品的稳定性和可靠性。
再次是数值模拟方法的选择和应用。
数值模拟方法有很多种，如有限元法、有限差分法、网格法等。
选择合适的数值模拟方法需要考虑模拟的复杂程度、计算量的大小以及结果的准确性等因素。
在应用数值模拟方法时，需要根据实际情况合理设定模型参数和边界条件，以获得可靠的模拟结果。
天然气水合物的研究与开发天然气水合物（Natural Gas Hydrates，简称NGHs）是一种在特定条件下形成的固态结构，由天然气分子以水分子形成的晶体结构。
在自然界中，NGHs广泛分布于陆地和海洋之中，是一种重要的新能源资源。
本文将从NGHs的形成机制、地理分布、开发前景以及研究与开发进展等方面进行详细阐述，以加深对NGHs的认识。
首先，NGHs的形成机制是指在一定的温度和压力条件下，天然气分子与水分子形成稳定的晶体结构。
NGHs的形成需要特定的压力和温度条件，一般在深海及寒冷地区的沉积物中存在较为丰富。
在这些地区，水合物可通过天然气溶解在水中并与水形成晶体而形成。
NGHs的形成条件相对较为苛刻，通常要求温度低于0°C和压力高于零度压力。
NGHs的地理分布广泛，主要存在于深海和季节性寒冷地区的沉积物中。
据估计，全球水合物资源量巨大，达到约2.8×1017立方米的天然气，相当于传统石油和天然气资源储量的数倍。
深海中的NGHs资源最为丰富，其中包括大西洋、太平洋、印度洋和北冰洋等深海区域。
此外，季节性寒冷地区，如北极和西伯利亚，也是重要的NGHs资源区。
NGHs作为一种潜在的能源资源，具有巨大的开发前景。
首先，NGHs的资源量巨大，可为全球能源消耗提供巨大的补充；其次，NGHs的燃烧产物相对于传统燃煤和石油相对清洁，减少大气污染物净排放。
此外，NGHs的开采和利用对环境影响相对较低，对全球气候变化具有积极的影响。
因此，NGHs的开发是当前能源领域的研究热点之一。
目前，关于NGHs的研究与开发已经取得了一定的进展。
在研究方面，人们对NGHs的形成机制、分布规律及资源量进行了深入研究。
通过实验室模拟和航次观测等手段，开展了大量的水合物研究。
在开发方面，人们提出了多种开发利用技术，如钻井开采、热解开采和化学开采等。
此外，还积极推动国际合作，加强技术交流与合作，在NGHs的开发与利用方面取得了一定的进展。
天然气水合物的开发利用技术分析天然气水合物是一种天然气的新型储存形式，是由甲烷和水分子结晶形成的，储存量极其巨大。
因此，发掘和利用这种天然气储量已成为全球能源界和科技界的研究热点之一。
本文将对天然气水合物的开发利用技术进行分析。
一、天然气水合物的开采技术天然气水合物的开采技术主要有以下几种：钻孔法、注水法、热解法和超声波荡涤法。
1. 钻孔法钻孔法是使用钻探设备在海底或陆地上开采水合物的一种方法。
通过钻孔设备将泥沙层和水合物层分离，然后以泥浆或水将水合物层中的水分冲刷掉，从而破坏了水合物的晶体结构，使之变化成气体。
这种方法适用于水合物分布较为均匀、饱和度高的海域和陆地。
2. 注水法注水法是将淡水或高压水注入到水合物层中，使之溶解成气体，然后通过开采口抽取天然气。
该方法不仅可用于海底，也可用于陆地上，但它在开采效率、生产成本等方面存在一定的局限性。
3. 热解法热解法是利用热量将水合物层的结构破坏，从而释放天然气的一种方法。
发展迅速、效果明显，但是热能的使用成本较高。
目前这种方法还处于研究阶段。
4. 超声波荡涤法超声波荡涤法是利用超声波对水合物层进行荡涤，从而使天然气释放。
这种方法可以在不破坏水合物结构的情况下实现气体释放，不会对环境造成不良影响。
然而，该技术的高成本和复杂性限制了其应用范围。
二、天然气水合物的输送技术天然气水合物采集后需要输送至加工厂进行加工和利用，主要的输送技术有管道输送、船运输和悬浮巨型平台输送。
1. 管道输送管道输送是一种传统的气体输送方式，它是将水合物压缩成气态后装入管道中，通过锚定在海底的管道输送至加工厂。
该方法可靠性高、成本低，但需要大规模基建，而且对环境产生一定影响。
2. 船运输船运输是将水合物转运至市场的一种常见方式。
这种方法适用于水合物储量分布较为分散的海域，便于灵活调配资源。
但是它的运输成本较高，需要专门的运输船只。
3. 悬浮巨型平台输送悬浮巨型平台输送是一种新型的输送方式，它可以充分利用海洋空间，通过巨型平台将水合物输送至加工厂。
2009年第4期 总第170期低 温 工 程CRY OGEN I CSNo 14 2009Sum No 1170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:T B663、TK12 文献标识码:A 文章编号:100026516(2009)0420011204 收稿日期:2009203227;修订日期:2009206230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。
Forma ti on exper im en t of na tura l ga s hydra teQ i Yingxia Yang Guang Tang Cheng wei Zhang Hua(School of Energy and Power Engineering,University of Shanghai for Science and Technol ogy,Shanghai 200093,China ) Abstract :I n order t o increase the p r oducti on efficiency and st ored gas density of natural gas hydrate,pure methane for mati on hydrate tests were carried out on a s pecial designed hydrate f or mati on apparatus .The experi m ent results indicate that,f or pure methane hydrates,the for mati on rate increases with p ressure,but the increase of p ressure has no obvi ous effects on the f or mati on rate when the p ressure is higher than 5MPa .The l onger vacuu m ing ti m e before the f or mati on of hydrates results in the larger a mount of gas ab 2s orbed in for med hydrates,which indicates that vacuu m ing can make the gases diss olved in the water release off and increase the st ored gas density of the hydrates .Key words :hydrates;methane;f or mati on rate1 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]。
天然气水合物是指由天然气和水组成的混合物，它在某些条件下可以生成焓。
焓是一种能量的物理量，常用来衡量物质发生化学反应时所释放或吸收的能量。
在实验研究中，可以采用不同的方法来研究天然气水合物生成焓的情况。
例如，可以采用加热法来研究天然气水合物生成焓的过程。
在这种方法中，首先将天然气水合物装入实验装置中，然后加热该装置。
随着温度升高，天然气水合物中的水分子会开始分解，释放出氢气和氧气，同时也会释放出焓。
此外，还可以采用催化剂法来研究天然气水合物生成焓的情况。
在这种方法中，首先将天然气水合物与催化剂混合，然后加热该混合物。
催化剂可以促进天然气水合物中水分子的分解反应，从而使天然气水合物生成焓。
通过实验研究，可以了解天然气水合物在不同条件下生成焓的情况，为进一步开发和应用天然气水合物提供理论依据。
天然气水合物的采集和利用天然气水合物是一种储存在海洋或陆地沉积物中的天然气资源，由甲烷分子和水分子组成。
它的分布非常广泛，全球有很多国家都拥有天然气水合物资源，例如日本、韩国、美国、加拿大、印度等。
由于天然气水合物是一种新兴的能源资源，其可采集性和开发利用还面临很多挑战和难题。
本文将从采集和利用两个方面介绍天然气水合物的相关情况。
一、天然气水合物的采集1. 采集技术目前，海洋天然气水合物的采集技术包括垂直控制钻井和水平导向控制钻井，一般使用的是自动化钻机或海底生产设备。
陆地天然气水合物的采集技术则包括钻探和热解两种方法，其中钻探是通过特殊的土壤样品钻探机获取土壤样品来判断天然气水合物的分布情况，热解则是在土壤中喷洒水混合甲醇，然后用热源加热，使天然气水合物分解成天然气和水。
2. 采集设备天然气水合物的采集设备包括钻探船、海洋钻探平台、控制钻台、自动化钻机等。
钻探船和海洋钻探平台一般用于海洋地质勘查和油气田钻探，而控制钻台和自动化钻机则主要用于海底天然气水合物的钻探和采集。
3. 采集难点天然气水合物的采集面临着多方面的挑战和难题，主要包括以下几个方面：（1）稳定性问题：天然气水合物在高压高温环境下形成，如果降低温度或增加压力，其稳定性会受到影响，可能会导致天然气水合物失稳释放天然气，引发安全事故。
（2）技术引进问题：技术引进难度大，目前世界上只有少数几个国家掌握了天然气水合物采集技术，其他国家需要进行技术引进或技术合作，这需要大量的资金和时间投入。
（3）环境限制问题：天然气水合物存在于海洋或处于深海或高寒等特殊环境下，采集设备和技术需要遵循一系列环保和安全规定，增加了采集的成本和难度。
二、天然气水合物的利用1. 燃料天然气水合物主要成分是甲烷，可以作为一种清洁、高效的能源燃料使用。
相比于煤炭和石油，天然气水合物的燃烧产生的二氧化碳排放量更低，对环境影响也更小。
同时，天然气水合物比天然气更为丰富，储量更大，未来有机会成为重要的燃料来源。
第24卷 第5期2009年10月实 验 力 学J OU RNAL OF EXPERIM EN TAL M ECHANICSVol.24 No.5Oct.2009文章编号:100124888(2009)0520413208水合物沉积物力学性质的实验装置和研究进展3王淑云,鲁晓兵,张旭辉(中国科学院力学研究所,水动力学与海洋工程重点实验室,北京100190)摘要:天然气水合物是一种高效、洁净和储量巨大的新型能源,一般蕴含于砂岩、粘土以及其它土质的沉积物中。
对水合物沉积物力学性质的实验研究,是水合物地层中基础稳定性分析和水合物开发评价重要的热点课题之一。
本文首先介绍了水合物沉积物合成与分解实验、物性参数测量技术以及力学性质实验装置的主要组成部分和特点,然后介绍了目前国内外在水合物沉积物合成和分解及力学性质实验一体化装置和实验研究两个方面所取得的成果,最后指出在实验装置、测试技术和实验研究方面存在的问题以及今后研究的重点和方向。
关键词:水合物;水合物沉积物;合成与分解;力学性质;实验装置中图分类号:TU41 文献标识码:A0 引言天然气水合物(简称水合物)是甲烷、二氧化碳、氮气等气体在一定低温和高压条件下与水形成的冰状晶体,多存在于深水海洋和湖泊以及大陆永久冻土带的沉积物中(含有水合物的沉积物称为水合物沉积物)。
水合物是一种高效、洁净和储量巨大的新型能源,已被美国、日本、印度等国家列入重点研究或开发计划,我国近几年也加快了对水合物勘探和开发的研究工作,并在2007年5月通过钻探取得实际水合物样品,预计于2016年实现对水合物的试开采[1-3]。
由于水合物沉积物存在气体、岩土骨架、水和固体水合物四种介质,其力学性质随着相变而非常复杂。
在水合物的开发和开采过程中,降压或升温等方法使得水合物不同程度的分解,水合物沉积物的强度和模量等力学性质会发生明显的变化,水合物沉积物强度降低,使坐落在地层中的平台、井口和管道失去稳定性,甚至发生大面积的海底滑坡,因此水合物沉积物的强度是基础稳定性分析和水合物开发评价最重要的参数[4,5]。
