水合物范文10篇

水合物范文篇1

1什么是天然气水合物

天然气水合物又称固态甲烷，它是由天然气与水所组成，呈固体状态，其外貌极象冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，因此有人称其为"可燃冰"、"气冰"、"固体瓦斯"。天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成，在不同的低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型多面体的笼形结构。其分子式为MnH2O加表示甲烷等气体，n为水分子数）。天然气水会物的结构类型有：I、11和H型。I型为立方晶体结构、Ⅱ型为菱型晶体结构、H型为六方晶体结构。Ⅰ型天然气水合物在自然界颁最广，而Ⅱ及H型水合物更为稳定。它是在低温高压条件下，由水与天然气（主要是甲烷气，每平方米的天然气水会物可释放出164立方米甲烷和0.8立方米的水）结合形成一种外观似水的白色结晶固体，主要存在于陆地上的永久冻土带和海洋沉积物中。

2国际上天然气水合物资源调查、研究现状

随着世界上石油、天然气资源的日渐耗尽，各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。天然气水合物被称为ZI世纪具有商业开发前景的战略资源，正受到各国科学家和各国政府的重视。

自60年代开始，俄、美、巴德、英、加等许多发达国家，甚至一些发展中国家对其也极为重视，开展了大量的工作。

俄罗斯自60年代开始，先后在白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、黑海、里海等开展了天然气水合物调查，并发现有工业意义的矿体。即使近期经济比较困难，仍坚持在巴伦支海和鄂霍茨克海等海域进行调查或研究工作。位于西西伯利亚东北部的Messoyakha天然气水合物矿田已成功生产了17年。

美国科学家早在1934年首次在输气管道中发现了天然气水合物，它堵塞了管道，影响了气体的输送而开始了对水合物结构及形成条件的研究。随后美、加在加拉斯加北坡、马更些三角洲冻土带相继发现了大规模的水合物矿藏。70年代初英国地调所科学家在美国东海岸大陆边缘所进行的地震探测中发现了"似海底反射层"（BottomSimilating，Reflector，英文称BSR）。紧接着于1974年又在深海钻探岩芯中获取天然气水合物样品，并释放出大量甲烷，证实了"似海底反射"与天然气水含物有关。1979年美国借助深海钻探计划（DSDP）和大洋钻探计划（ODP），长期主持和组织了此项工作，最早指出天然气水合物为未来的新型能源，并绘制了全美天然气水含物矿床位置图。积极参加这项工作的还有英国、加拿大、挪威、日本和法国等。1991年美国能源部组织召开"美国国家天然气水合物学术讨论会"。最为重要的是1995年冬ODP64航次在大西洋西部布莱克海台组织了专门的天然气水合物调查，打了一系列深海钻孔，首次证明天然气水会物广泛分布，肯定其具有商业开发的价值。同时指出天然气水会物矿层之下的游离气也具有经济意义。以甲烷碳量计算，初步估计该地区天然气水合物资源量多达100亿吨，可满足美国105年的天然气消耗。在天然气水合物取得一系列研究成果的基础上，美国地质学会主席莫尔斯于1996年把天然气水合物的发现作为当今六大成就之一。因此，美国参议院于1998年通过决议，把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入部级长远计划，要求能源部和美国地质调查局等有磁部门组织实施，其内容包括资源详查、生产技术、全球气候变化、安全及海底稳定性等五方面的问题，拟每年投人资金2000万美元，要求2010年达到计划目标，20年将投入商业性开发。

亚洲东北亚海域是天然气水合物又一重要富集区。80年代末ODP127、131航次在日本周缘海域进行钻探，获得了天然气水会物及BSR异常广布的重要发现。美国能源部的Krason在1992年日本东京召开的第29届国际地质大会上表明在日本周缘海域共发现9处的BSR分布区。天然气水合物矿层位于海底以下150-300M处，矿层厚度分别为3m、5m、7m，总厚为15m。估计在日本南海海槽的BSR颁面积约35000Km2。由于美国能源部发表了上述评估数据，加之日本油气能源短缺，它引起了日本通产省、科技界及企业界的高度重视。1995年日本通产省资源能源厅石油公司（JNOC）联合10家石油天然气私营企业制定了1995-l999年宏伟的"甲烷天然气水合物研究及开发推进初步计划"，投资6400万美元。通过对日本周边海域，特别是南海海槽、日本海东北部的鄂霍茨克海的靶区调查，发现南海海槽水合物位于水深850—1150m离岸较近，易于开发。水会物赋存一砂岩和火山沉积物中，其也隙度为35％，水合物充填率达85％，初步评价，日本南海海槽的天然气水合物甲烷资源量为7.4×l012m3，可满足日本100年的能源消耗。

德国从80年代后期还曾利用"太阳号"调查船与其他国家合作，先后对东太平洋俄勒冈海域的卡斯凯迪亚增生楔，以及西南太平洋和白令海域进行了水合物的调整。在南沙海槽、苏拉威西海、白令海等地都发现了与水合物有关的地震标志，并获取了水合物样品。

印度在1995年全国地质地球物理年会上统一了认识，认为天然气水含物已成为现今地质工作的主题。在印度科学和工业委员会的领导下制定了"全国天然气水合物研究计划"，投资5600万美元。迄今为止，印度已在其东西地区发现了多处地球物理异常，显示出良好的找矿前景。

韩国资源研究所和海洋开发研究所于1997年开始在其东南部近海郁龙盆地进行水含物调查，相继发现了略受变形的BSR、振幅空白带、浅气层、麻炕、海底滑坡、菱锰结核等一系列与水会物相关的标志。

新西兰在北岛东岸近海水深1-3Km，发现面积大于4×104km2的BSR分布区。

澳大利亚近年在其东部豪勋爵海底高原发现BSR分布面积达8×104km2。

巴基斯坦在阿曼湾开展了水会物调查，也取得了进展。

加拿大西侧胡安一德赛卡洋中脊斜坡区发现约1800亿油当量的天然气水合物资源量。

总之，目前已调查发现并圈定有天然气水合物的地区主要分布在西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、南海海槽、苏拉威西海、新西兰北岛；东太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亚一俄勒冈滨外、秘鲁海槽；大西洋海域的美国东海岸外布莱克海台、墨西哥湾、加勒比海、南美东海岸外陆缘、非洲西西海岸海域；印度洋的阿曼海湾；北极的巴伦支海和波弗特海；南极的罗斯海和威德尔海，以及黑海与里海等。目前世界这些海域内有88处直接或间接发现了天然气水合物，其中26处岩心见到天然气水会物，62处见到有天然气水合物地震标志的似海底反射（BSR），许多地方见有生物及碳酸盐结壳标志。据专家估算：在全世界的边缘海、深海槽区及大洋盆地中，目前已发现的水深3000m以内沉积物中天然气水会物中甲烷资源量为2.1×1016m3（2.l万万亿m3）。水合物中甲烷的碳总量相当于全世界已知煤、石油和天然气总量的二倍。可满足人类1000年的需求，其储量之大，分布面积之广，是人类未来不可多得的能源。以上储量的估算尚不包括天然气水合物层之下的游离气体。公务员之家版权所有

3我国有关天然气水合物的研究、调查现状

近年来，国家领导和国土资源部、科技部、财政部、国家计委等部委领导非常重视天然气水合物的调查与研究。首先是对我国管辖海域历年来做过大量的地震勘查资料分析，在冲绳海槽的边坡、南海的北部陆坡、西沙海槽和西沙群岛南坡等处发现了海底天然气水合物存在的似海底地震反射层（BSR）标志。并在对海底天然气水合物的成因、地球化学、地球物理特征、外北采集、资料处理解释、钻孔取样、测井分析、资源评价、海底地质灾害等方面进行了系统的研究，并取得了丰富的资料和大量的数据。

自1984年始，我国地质界对国外有关水会物调查状况及其巨大的资源潜力进行了系统的资料汇集。广州海洋地质调查局的科技人员对80年代早、中期在南海北部陆坡区完成的2万多公里地震资料进行复查，在南海北部陆坡区发现有似海底反射（BSR）显示。根据国土资源部中国地质调查局的安排，广州海洋地质调查局于1999年10十月首次在我国海域南海北部西沙海槽区开展海洋天然气水合物前期试验性调查。完成三条高分辩率地震测线共543.3km。2000年9-11月，广州海洋地质调查局"探宝号"和"海洋四号"调查船在西沙海槽继续开展天然气水含物的调查。共完成高分辩率多道地震1593.39km、多波束海底地形测量703.5km、地球化学采样20个、孔隙水样品18个、气态烃传感器现场快速测定样品33个。获得突破性进展。资料表明：地震剖面上具明显似海底反射界面(BSR）和振幅空白带。"BSR"界面一般位于海底以下300-700m，最浅处约180m。振幅空白带或弱振幅带厚度约80-600m，"BSR"分布面积约2400km''''。以地震为主的多学科综合调查表明：海域天然气水合物主要赋存于活动大陆边缘和非活动大陆边缘的深水陆坡区，尤以活动陆缘俯冲带增生楔区、非活动陆缘和陆隆台地断褶区水含物十分发育。根据ODP184航次1144钻井资料揭示，在南海海域东沙群岛东南地区，l百万年以来沉积速率在每百万年400-1200m之间，莺歌海盆地中中新世以来沉积速度很大。资料表明：南海北部和西部陆坡的沉积速率和已发现有丰富天然气水合物资源的美国东海岸外布莱克海台地区类似。南海海域水含物可能赋存的有利部位是：北部陆坡区、西部走滑剪切带、东部板块聚合边缘及南部台槽区。本区具有增生楔型双BSR、槽缘斜坡型BSR、台地型BSR及盆缘斜坡型BSR等四种类型的水合物地震标志BSR构型。从地球化学研究发现南海北部陆坡区和南沙海域，经常存在临震前的卫星热红外增温异常，其温度较周围海域升高5-6℃，特别是南海北部陆坡区，从琼东南开始，经东沙群岛，直到台湾西南一带，多次重复出现增温异常，它可能与海底的天然气水会物及油气有关。

综合资料表明：南海陆坡和陆隆区应有丰富的天然气水合物矿藏，估算其总资源量达643.5-772.2亿吨油当量，大约相当于我国陆上和近海石油天然气总资源量的1/2。

西沙海槽位于南海北部陆坡区的新生代被动大陆边缘型沉积盆地。新生代最大沉积厚度超过7000m，具断裂活跃。水深大于400m。基于应用国家863研究项目"深水多道高分辨率地震技术"而获得了可靠的天然气水合物存在地震标志：1）在西沙海槽盆北部斜坡和南部台地深度200-700m发现强BSR显示，在部分测线可见到明显的BSR与地层斜交现象。2）振幅异常，BSR上方出现弱振幅或振幅空白带，以层状和块状分布，厚度80-450m。3）BSR波形与海底反射波相比，出现明显的反极性。4）BSR之上的振幅空白带具有明显的速度增大的变化趋势。资料表明：南海北部西沙海槽天然气水合物存在面积大，是一个有利的天然气水合物远景区。

2001年，中国地质调查局在财政部的支持下，广州海洋地质调查局继续在南海北部海域进行天然气水合物资源的调查与研究，计划在东沙群岛附近海域开展高分辨率多道地震调查3500km，在西沙海槽区进行沉积物取样及配套的地球化学异常探测35个站位及其他多波束海底地形探测、海底电视摄像与浅层剖面测量等。另据我国台大海洋所及台湾中油公司资料，在台西南增生楔，水深500-2000m处广泛存在BSR，其面积2×104km2。并在台东南海底发现大面积分布的白色天然气水合物赋存区。

4意见与建议

（1）鉴于天然气水合物是21世纪潜在的新能源，它正受到各国科学家和各国政府的重视，其调查研究成果日新月异，故及时了解、收集、交流这方面的情况、勘探方法及成果尤为重要，为赶超国际天然气水合物调查、研究水平，促进我国天然气水会物的调查、勘探与开发事业，为我国经济的持续发展做出新贡献，建议每两年召开一次全国性的"天然气水合物调查动态、勘探方法和成果研讨会"。

水合物范文篇2

1什么是天然气水合物

天然气水合物又称固态甲烷，它是由天然气与水所组成，呈固体状态，其外貌极象冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，因此有人称其为"可燃冰"、"气冰"、"固体瓦斯"。天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成，在不同的低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型多面体的笼形结构。其分子式为MnH2O加表示甲烷等气体，n为水分子数）。天然气水会物的结构类型有：I、11和H型。I型为立方晶体结构、Ⅱ型为菱型晶体结构、H型为六方晶体结构。Ⅰ型天然气水合物在自然界颁最广，而Ⅱ及H型水合物更为稳定。它是在低温高压条件下，由水与天然气（主要是甲烷气，每平方米的天然气水会物可释放出164立方米甲烷和0.8立方米的水）结合形成一种外观似水的白色结晶固体，主要存在于陆地上的永久冻土带和海洋沉积物中。

2国际上天然气水合物资源调查、研究现状

随着世界上石油、天然气资源的日渐耗尽，各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。天然气水合物被称为ZI世纪具有商业开发前景的战略资源，正受到各国科学家和各国政府的重视。

自60年代开始，俄、美、巴德、英、加等许多发达国家，甚至一些发展中国家对其也极为重视，开展了大量的工作。

俄罗斯自60年代开始，先后在白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、黑海、里海等开展了天然气水合物调查，并发现有工业意义的矿体。即使近期经济比较困难，仍坚持在巴伦支海和鄂霍茨克海等海域进行调查或研究工作。位于西西伯利亚东北部的Messoyakha天然气水合物矿田已成功生产了17年。

美国科学家早在1934年首次在输气管道中发现了天然气水合物，它堵塞了管道，影响了气体的输送而开始了对水合物结构及形成条件的研究。随后美、加在加拉斯加北坡、马更些三角洲冻土带相继发现了大规模的水合物矿藏。70年代初英国地调所科学家在美国东海岸大陆边缘所进行的地震探测中发现了"似海底反射层"（BottomSimilating，Reflector，英文称BSR）。紧接着于1974年又在深海钻探岩芯中获取天然气水合物样品，并释放出大量甲烷，证实了"似海底反射"与天然气水含物有关。1979年美国借助深海钻探计划（DSDP）和大洋钻探计划（ODP），长期主持和组织了此项工作，最早指出天然气水合物为未来的新型能源，并绘制了全美天然气水含物矿床位置图。积极参加这项工作的还有英国、加拿大、挪威、日本和法国等。1991年美国能源部组织召开"美国国家天然气水合物学术讨论会"。最为重要的是1995年冬ODP64航次在大西洋西部布莱克海台组织了专门的天然气水合物调查，打了一系列深海钻孔，首次证明天然气水会物广泛分布，肯定其具有商业开发的价值。同时指出天然气水会物矿层之下的游离气也具有经济意义。以甲烷碳量计算，初步估计该地区天然气水合物资源量多达100亿吨，可满足美国105年的天然气消耗。在天然气水合物取得一系列研究成果的基础上，美国地质学会主席莫尔斯于1996年把天然气水合物的发现作为当今六大成就之一。因此，美国参议院于1998年通过决议，把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入部级长远计划，要求能源部和美国地质调查局等有磁部门组织实施，其内容包括资源详查、生产技术、全球气候变化、安全及海底稳定性等五方面的问题，拟每年投人资金2000万美元，要求2010年达到计划目标，20年将投入商业性开发。

亚洲东北亚海域是天然气水合物又一重要富集区。80年代末ODP127、131航次在日本周缘海域进行钻探，获得了天然气水会物及BSR异常广布的重要发现。美国能源部的Krason在1992年日本东京召开的第29届国际地质大会上表明在日本周缘海域共发现9处的BSR分布区。天然气水合物矿层位于海底以下150-300M处，矿层厚度分别为3m、5m、7m，总厚为15m。估计在日本南海海槽的BSR颁面积约35000Km2。由于美国能源部发表了上述评估数据，加之日本油气能源短缺，它引起了日本通产省、科技界及企业界的高度重视。1995年日本通产省资源能源厅石油公司（JNOC）联合10家石油天然气私营企业制定了1995-l999年宏伟的"甲烷天然气水合物研究及开发推进初步计划"，投资6400万美元。通过对日本周边海域，特别是南海海槽、日本海东北部的鄂霍茨克海的靶区调查，发现南海海槽水合物位于水深850—1150m离岸较近，易于开发。水会物赋存一砂岩和火山沉积物中，其也隙度为35％，水合物充填率达85％，初步评价，日本南海海槽的天然气水合物甲烷资源量为7.4×l012m3，可满足日本100年的能源消耗。

德国从80年代后期还曾利用"太阳号"调查船与其他国家合作，先后对东太平洋俄勒冈海域的卡斯凯迪亚增生楔，以及西南太平洋和白令海域进行了水合物的调整。在南沙海槽、苏拉威西海、白令海等地都发现了与水合物有关的地震标志，并获取了水合物样品。

印度在1995年全国地质地球物理年会上统一了认识，认为天然气水含物已成为现今地质工作的主题。在印度科学和工业委员会的领导下制定了"全国天然气水合物研究计划"，投资5600万美元。迄今为止，印度已在其东西地区发现了多处地球物理异常，显示出良好的找矿前景。

韩国资源研究所和海洋开发研究所于1997年开始在其东南部近海郁龙盆地进行水含物调查，相继发现了略受变形的BSR、振幅空白带、浅气层、麻炕、海底滑坡、菱锰结核等一系列与水会物相关的标志。

新西兰在北岛东岸近海水深1-3Km，发现面积大于4×104km2的BSR分布区。

澳大利亚近年在其东部豪勋爵海底高原发现BSR分布面积达8×104km2。

巴基斯坦在阿曼湾开展了水会物调查，也取得了进展。

加拿大西侧胡安一德赛卡洋中脊斜坡区发现约1800亿油当量的天然气水合物资源量。

总之，目前已调查发现并圈定有天然气水合物的地区主要分布在西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、南海海槽、苏拉威西海、新西兰北岛；东太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亚一俄勒冈滨外、秘鲁海槽；大西洋海域的美国东海岸外布莱克海台、墨西哥湾、加勒比海、南美东海岸外陆缘、非洲西西海岸海域；印度洋的阿曼海湾；北极的巴伦支海和波弗特海；南极的罗斯海和威德尔海，以及黑海与里海等。目前世界这些海域内有88处直接或间接发现了天然气水合物，其中26处岩心见到天然气水会物，62处见到有天然气水合物地震标志的似海底反射（BSR），许多地方见有生物及碳酸盐结壳标志。据专家估算：在全世界的边缘海、深海槽区及大洋盆地中，目前已发现的水深3000m以内沉积物中天然气水会物中甲烷资源量为2.1×1016m3（2.l万万亿m3）。水合物中甲烷的碳总量相当于全世界已知煤、石油和天然气总量的二倍。可满足人类1000年的需求，其储量之大，分布面积之广，是人类未来不可多得的能源。以上储量的估算尚不包括天然气水合物层之下的游离气体。

3我国有关天然气水合物的研究、调查现状

近年来，国家领导和国土资源部、科技部、财政部、国家计委等部委领导非常重视天然气水合物的调查与研究。首先是对我国管辖海域历年来做过大量的地震勘查资料分析，在冲绳海槽的边坡、南海的北部陆坡、西沙海槽和西沙群岛南坡等处发现了海底天然气水合物存在的似海底地震反射层（BSR）标志。并在对海底天然气水合物的成因、地球化学、地球物理特征、外北采集、资料处理解释、钻孔取样、测井分析、资源评价、海底地质灾害等方面进行了系统的研究，并取得了丰富的资料和大量的数据。

自1984年始，我国地质界对国外有关水会物调查状况及其巨大的资源潜力进行了系统的资料汇集。广州海洋地质调查局的科技人员对80年代早、中期在南海北部陆坡区完成的2万多公里地震资料进行复查，在南海北部陆坡区发现有似海底反射（BSR）显示。根据国土资源部中国地质调查局的安排，广州海洋地质调查局于1999年10十月首次在我国海域南海北部西沙海槽区开展海洋天然气水合物前期试验性调查。完成三条高分辩率地震测线共543.3km。2000年9-11月，广州海洋地质调查局"探宝号"和"海洋四号"调查船在西沙海槽继续开展天然气水含物的调查。共完成高分辩率多道地震1593.39km、多波束海底地形测量703.5km、地球化学采样20个、孔隙水样品18个、气态烃传感器现场快速测定样品33个。获得突破性进展。资料表明：地震剖面上具明显似海底反射界面(BSR）和振幅空白带。"BSR"界面一般位于海底以下300-700m，最浅处约180m。振幅空白带或弱振幅带厚度约80-600m，"BSR"分布面积约2400km''''。以地震为主的多学科综合调查表明：海域天然气水合物主要赋存于活动大陆边缘和非活动大陆边缘的深水陆坡区，尤以活动陆缘俯冲带增生楔区、非活动陆缘和陆隆台地断褶区水含物十分发育。根据ODP184航次1144钻井资料揭示，在南海海域东沙群岛东南地区，l百万年以来沉积速率在每百万年400-1200m之间，莺歌海盆地中中新世以来沉积速度很大。资料表明：南海北部和西部陆坡的沉积速率和已发现有丰富天然气水合物资源的美国东海岸外布莱克海台地区类似。南海海域水含物可能赋存的有利部位是：北部陆坡区、西部走滑剪切带、东部板块聚合边缘及南部台槽区。本区具有增生楔型双BSR、槽缘斜坡型BSR、台地型BSR及盆缘斜坡型BSR等四种类型的水合物地震标志BSR构型。从地球化学研究发现南海北部陆坡区和南沙海域，经常存在临震前的卫星热红外增温异常，其温度较周围海域升高5-6℃，特别是南海北部陆坡区，从琼东南开始，经东沙群岛，直到台湾西南一带，多次重复出现增温异常，它可能与海底的天然气水会物及油气有关。

综合资料表明：南海陆坡和陆隆区应有丰富的天然气水合物矿藏，估算其总资源量达643.5-772.2亿吨油当量，大约相当于我国陆上和近海石油天然气总资源量的1/2。

西沙海槽位于南海北部陆坡区的新生代被动大陆边缘型沉积盆地。新生代最大沉积厚度超过7000m，具断裂活跃。水深大于400m。基于应用国家863研究项目"深水多道高分辨率地震技术"而获得了可靠的天然气水合物存在地震标志：1）在西沙海槽盆北部斜坡和南部台地深度200-700m发现强BSR显示，在部分测线可见到明显的BSR与地层斜交现象。2）振幅异常，BSR上方出现弱振幅或振幅空白带，以层状和块状分布，厚度80-450m。3）BSR波形与海底反射波相比，出现明显的反极性。4）BSR之上的振幅空白带具有明显的速度增大的变化趋势。资料表明：南海北部西沙海槽天然气水合物存在面积大，是一个有利的天然气水合物远景区。

2001年，中国地质调查局在财政部的支持下，广州海洋地质调查局继续在南海北部海域进行天然气水合物资源的调查与研究，计划在东沙群岛附近海域开展高分辨率多道地震调查3500km，在西沙海槽区进行沉积物取样及配套的地球化学异常探测35个站位及其他多波束海底地形探测、海底电视摄像与浅层剖面测量等。另据我国台大海洋所及台湾中油公司资料，在台西南增生楔，水深500-2000m处广泛存在BSR，其面积2×104km2。并在台东南海底发现大面积分布的白色天然气水合物赋存区。

4意见与建议

（1）鉴于天然气水合物是21世纪潜在的新能源，它正受到各国科学家和各国政府的重视，其调查研究成果日新月异，故及时了解、收集、交流这方面的情况、勘探方法及成果尤为重要，为赶超国际天然气水合物调查、研究水平，促进我国天然气水会物的调查、勘探与开发事业，为我国经济的持续发展做出新贡献，建议每两年召开一次全国性的"天然气水合物调查动态、勘探方法和成果研讨会"。

水合物范文篇3

1什么是天然气水合物

天然气水合物又称固态甲烷，它是由天然气与水所组成，呈固体状态，其外貌极象冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，因此有人称其为"可燃冰"、"气冰"、"固体瓦斯"。天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成，在不同的低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型多面体的笼形结构。其分子式为MnH2O加表示甲烷等气体，n为水分子数）。天然气水会物的结构类型有：I、11和H型。I型为立方晶体结构、Ⅱ型为菱型晶体结构、H型为六方晶体结构。Ⅰ型天然气水合物在自然界颁最广，而Ⅱ及H型水合物更为稳定。它是在低温高压条件下，由水与天然气（主要是甲烷气，每平方米的天然气水会物可释放出164立方米甲烷和0.8立方米的水）结合形成一种外观似水的白色结晶固体，主要存在于陆地上的永久冻土带和海洋沉积物中。

2国际上天然气水合物资源调查、研究现状

随着世界上石油、天然气资源的日渐耗尽，各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。天然气水合物被称为ZI世纪具有商业开发前景的战略资源，正受到各国科学家和各国政府的重视。

自60年代开始，俄、美、巴德、英、加等许多发达国家，甚至一些发展中国家对其也极为重视，开展了大量的工作。

俄罗斯自60年代开始，先后在白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、黑海、里海等开展了天然气水合物调查，并发现有工业意义的矿体。即使近期经济比较困难，仍坚持在巴伦支海和鄂霍茨克海等海域进行调查或研究工作。位于西西伯利亚东北部的Messoyakha天然气水合物矿田已成功生产了17年。

美国科学家早在1934年首次在输气管道中发现了天然气水合物，它堵塞了管道，影响了气体的输送而开始了对水合物结构及形成条件的研究。随后美、加在加拉斯加北坡、马更些三角洲冻土带相继发现了大规模的水合物矿藏。70年代初英国地调所科学家在美国东海岸大陆边缘所进行的地震探测中发现了"似海底反射层"（BottomSimilating，Reflector，英文称BSR）。紧接着于1974年又在深海钻探岩芯中获取天然气水合物样品，并释放出大量甲烷，证实了"似海底反射"与天然气水含物有关。1979年美国借助深海钻探计划（DSDP）和大洋钻探计划（ODP），长期主持和组织了此项工作，最早指出天然气水合物为未来的新型能源，并绘制了全美天然气水含物矿床位置图。积极参加这项工作的还有英国、加拿大、挪威、日本和法国等。1991年美国能源部组织召开"美国国家天然气水合物学术讨论会"。最为重要的是1995年冬ODP64航次在大西洋西部布莱克海台组织了专门的天然气水合物调查，打了一系列深海钻孔，首次证明天然气水会物广泛分布，肯定其具有商业开发的价值。同时指出天然气水会物矿层之下的游离气也具有经济意义。以甲烷碳量计算，初步估计该地区天然气水合物资源量多达100亿吨，可满足美国105年的天然气消耗。在天然气水合物取得一系列研究成果的基础上，美国地质学会主席莫尔斯于1996年把天然气水合物的发现作为当今六大成就之一。因此，美国参议院于1998年通过决议，把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入部级长远计划，要求能源部和美国地质调查局等有磁部门组织实施，其内容包括资源详查、生产技术、全球气候变化、安全及海底稳定性等五方面的问题，拟每年投人资金2000万美元，要求2010年达到计划目标，20年将投入商业性开发。

亚洲东北亚海域是天然气水合物又一重要富集区。80年代末ODP127、131航次在日本周缘海域进行钻探，获得了天然气水会物及BSR异常广布的重要发现。美国能源部的Krason在1992年日本东京召开的第29届国际地质大会上表明在日本周缘海域共发现9处的BSR分布区。天然气水合物矿层位于海底以下150-300M处，矿层厚度分别为3m、5m、7m，总厚为15m。估计在日本南海海槽的BSR颁面积约35000Km2。由于美国能源部发表了上述评估数据，加之日本油气能源短缺，它引起了日本通产省、科技界及企业界的高度重视。1995年日本通产省资源能源厅石油公司（JNOC）联合10家石油天然气私营企业制定了1995-l999年宏伟的"甲烷天然气水合物研究及开发推进初步计划"，投资6400万美元。通过对日本周边海域，特别是南海海槽、日本海东北部的鄂霍茨克海的靶区调查，发现南海海槽水合物位于水深850—1150m离岸较近，易于开发。水会物赋存一砂岩和火山沉积物中，其也隙度为35％，水合物充填率达85％，初步评价，日本南海海槽的天然气水合物甲烷资源量为7.4×l012m3，可满足日本100年的能源消耗。

德国从80年代后期还曾利用"太阳号"调查船与其他国家合作，先后对东太平洋俄勒冈海域的卡斯凯迪亚增生楔，以及西南太平洋和白令海域进行了水合物的调整。在南沙海槽、苏拉威西海、白令海等地都发现了与水合物有关的地震标志，并获取了水合物样品。

印度在1995年全国地质地球物理年会上统一了认识，认为天然气水含物已成为现今地质工作的主题。在印度科学和工业委员会的领导下制定了"全国天然气水合物研究计划"，投资5600万美元。迄今为止，印度已在其东西地区发现了多处地球物理异常，显示出良好的找矿前景。

韩国资源研究所和海洋开发研究所于1997年开始在其东南部近海郁龙盆地进行水含物调查，相继发现了略受变形的BSR、振幅空白带、浅气层、麻炕、海底滑坡、菱锰结核等一系列与水会物相关的标志。新西兰在北岛东岸近海水深1-3Km，发现面积大于4×104km2的BSR分布区。

澳大利亚近年在其东部豪勋爵海底高原发现BSR分布面积达8×104km2。

巴基斯坦在阿曼湾开展了水会物调查，也取得了进展。

加拿大西侧胡安一德赛卡洋中脊斜坡区发现约1800亿油当量的天然气水合物资源量。

总之，目前已调查发现并圈定有天然气水合物的地区主要分布在西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、南海海槽、苏拉威西海、新西兰北岛；东太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亚一俄勒冈滨外、秘鲁海槽；大西洋海域的美国东海岸外布莱克海台、墨西哥湾、加勒比海、南美东海岸外陆缘、非洲西西海岸海域；印度洋的阿曼海湾；北极的巴伦支海和波弗特海；南极的罗斯海和威德尔海，以及黑海与里海等。目前世界这些海域内有88处直接或间接发现了天然气水合物，其中26处岩心见到天然气水会物，62处见到有天然气水合物地震标志的似海底反射（BSR），许多地方见有生物及碳酸盐结壳标志。据专家估算：在全世界的边缘海、深海槽区及大洋盆地中，目前已发现的水深3000m以内沉积物中天然气水会物中甲烷资源量为2.1×1016m3（2.l万万亿m3）。水合物中甲烷的碳总量相当于全世界已知煤、石油和天然气总量的二倍。可满足人类1000年的需求，其储量之大，分布面积之广，是人类未来不可多得的能源。以上储量的估算尚不包括天然气水合物层之下的游离气体。

3我国有关天然气水合物的研究、调查现状

近年来，国家领导和国土资源部、科技部、财政部、国家计委等部委领导非常重视天然气水合物的调查与研究。首先是对我国管辖海域历年来做过大量的地震勘查资料分析，在冲绳海槽的边坡、南海的北部陆坡、西沙海槽和西沙群岛南坡等处发现了海底天然气水合物存在的似海底地震反射层（BSR）标志。并在对海底天然气水合物的成因、地球化学、地球物理特征、外北采集、资料处理解释、钻孔取样、测井分析、资源评价、海底地质灾害等方面进行了系统的研究，并取得了丰富的资料和大量的数据。

自1984年始，我国地质界对国外有关水会物调查状况及其巨大的资源潜力进行了系统的资料汇集。广州海洋地质调查局的科技人员对80年代早、中期在南海北部陆坡区完成的2万多公里地震资料进行复查，在南海北部陆坡区发现有似海底反射（BSR）显示。根据国土资源部中国地质调查局的安排，广州海洋地质调查局于1999年10十月首次在我国海域南海北部西沙海槽区开展海洋天然气水合物前期试验性调查。完成三条高分辩率地震测线共543.3km。2000年9-11月，广州海洋地质调查局"探宝号"和"海洋四号"调查船在西沙海槽继续开展天然气水含物的调查。共完成高分辩率多道地震1593.39km、多波束海底地形测量703.5km、地球化学采样20个、孔隙水样品18个、气态烃传感器现场快速测定样品33个。获得突破性进展。资料表明：地震剖面上具明显似海底反射界面(BSR）和振幅空白带。"BSR"界面一般位于海底以下300-700m，最浅处约180m。振幅空白带或弱振幅带厚度约80-600m，"BSR"分布面积约2400km''''。以地震为主的多学科综合调查表明：海域天然气水合物主要赋存于活动大陆边缘和非活动大陆边缘的深水陆坡区，尤以活动陆缘俯冲带增生楔区、非活动陆缘和陆隆台地断褶区水含物十分发育。根据ODP184航次1144钻井资料揭示，在南海海域东沙群岛东南地区，l百万年以来沉积速率在每百万年400-1200m之间，莺歌海盆地中中新世以来沉积速度很大。资料表明：南海北部和西部陆坡的沉积速率和已发现有丰富天然气水合物资源的美国东海岸外布莱克海台地区类似。南海海域水含物可能赋存的有利部位是：北部陆坡区、西部走滑剪切带、东部板块聚合边缘及南部台槽区。本区具有增生楔型双BSR、槽缘斜坡型BSR、台地型BSR及盆缘斜坡型BSR等四种类型的水合物地震标志BSR构型。从地球化学研究发现南海北部陆坡区和南沙海域，经常存在临震前的卫星热红外增温异常，其温度较周围海域升高5-6℃，特别是南海北部陆坡区，从琼东南开始，经东沙群岛，直到台湾西南一带，多次重复出现增温异常，它可能与海底的天然气水会物及油气有关。

综合资料表明：南海陆坡和陆隆区应有丰富的天然气水合物矿藏，估算其总资源量达643.5-772.2亿吨油当量，大约相当于我国陆上和近海石油天然气总资源量的1/2。

西沙海槽位于南海北部陆坡区的新生代被动大陆边缘型沉积盆地。新生代最大沉积厚度超过7000m，具断裂活跃。水深大于400m。基于应用国家863研究项目"深水多道高分辨率地震技术"而获得了可靠的天然气水合物存在地震标志：1）在西沙海槽盆北部斜坡和南部台地深度200-700m发现强BSR显示，在部分测线可见到明显的BSR与地层斜交现象。2）振幅异常，BSR上方出现弱振幅或振幅空白带，以层状和块状分布，厚度80-450m。3）BSR波形与海底反射波相比，出现明显的反极性。4）BSR之上的振幅空白带具有明显的速度增大的变化趋势。资料表明：南海北部西沙海槽天然气水合物存在面积大，是一个有利的天然气水合物远景区。

2001年，中国地质调查局在财政部的支持下，广州海洋地质调查局继续在南海北部海域进行天然气水合物资源的调查与研究，计划在东沙群岛附近海域开展高分辨率多道地震调查3500km，在西沙海槽区进行沉积物取样及配套的地球化学异常探测35个站位及其他多波束海底地形探测、海底电视摄像与浅层剖面测量等。另据我国台大海洋所及台湾中油公司资料，在台西南增生楔，水深500-2000m处广泛存在BSR，其面积2×104km2。并在台东南海底发现大面积分布的白色天然气水合物赋存区。

4意见与建议

（1）鉴于天然气水合物是21世纪潜在的新能源，它正受到各国科学家和各国政府的重视，其调查研究成果日新月异，故及时了解、收集、交流这方面的情况、勘探方法及成果尤为重要，为赶超国际天然气水合物调查、研究水平，促进我国天然气水会物的调查、勘探与开发事业，为我国经济的持续发展做出新贡献，建议每两年召开一次全国性的"天然气水合物调查动态、勘探方法和成果研讨会"。

水合物范文篇4

一、天然气水合物是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。实际上，第二代和第三代能源是以化石燃料为主体，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。

核聚变能主要寄希望于3He，它的资源量虽然在地球上有限（10~15t），但在月球的月壤中却极为丰富（100-500万t）。氢能是清洁、高效的理想能源，燃烧耐仅产生水（H2O），并可再生，氢能主要的载体是水，水体占据着地球表面的2/3以上，蕴藏量大。天然气水合物的主要成分是甲烷（C4H）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，是人类第四代能撅的最佳候选。

天然气水合物（gashydrate）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，俗称为"可燃冰"。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（图1）。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（C4H），所以天然气水合物往往称之为甲烷水合物（methanehydrate）。据理论计算，1m3的天然气水合物可释放出164m3的甲烷气和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℃，压力高于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。

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±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。煤、石油以及与石油有关的天然气（高烃天然气）等含碳能源是地质时代生物遗体演变而成的，因此被称为化石燃料。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1.8×108亿m3，约合11万亿t（11×1012t）。数冀如此巨大的矿物能源是人类未来动力的希望。

二、天然气冰合物的研究现状

1.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。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。

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，难以凋控，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。要知遣，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％的逮率在更为迅速地增加着。更为重要的是，甲烷气的温室效应为二氧化碳气温室效应的20倍。全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷量的3000倍，这么巨大量的甲烷气如果释放，将对全球环境产生巨大的影响，严重地影响全球的气候与海平面。

另外，固结在海底沉积物中的水合物，一旦条件发生变化，释出甲烷气，将会明显改变海底沉积物的物理性质。其后果是降低海底沉积物的工程力学特性，引发大规模的海底滑坡，毁坏一些海底的重要工程设施，如海底输电或通信电缆、海洋石油钻井平台等。水合物的崩解造成海底滑坡，而海底滑坡又进一步激发水合物的崩解，如此连锁反应，将造成雪崩式的大规模海底滑坡，并使大量的甲烷气逸散到大气中去，造成极大的灾难与经济损失。

2.全球关注天然气水合物研究

基于天然气水合物是21世纪的重要后续能源，并可能对人类生存环境及海底工程设施产生灾害性影响，全球科学家和各国政府都予以高度关注。早在20世纪30年代，天然气水合物就在远东地区的天然气输送管道内被发现。一直到70年代初，苏联学者论证了自然界有可能存在水合物生成带，并在陆地冻土带首先发现了第一个具有商业开采价值的麦索亚哈气田之后，才真正引起世界各国科学家和政府的重视。后来在深海钻探计划（DSDP和大洋钻探计划（ODP）中，全球许多海域的海底（如鄂霍克茨海、墨西哥湾、大西洋、北美太平洋一侧和拉丁美洲太平洋一侧的世界海域）都发现了天然气水合物。20世纪80年代以来，美国、日本、俄罗斯、德国、加拿大、挪威、英国及印度等国政府都着手开展天然气水合物的调查和研究工作，并从能源战略储备角度考虑，纷纷制定作为政府行为的长远发展规划和实施计划，将其视为争夺海洋权益的重要内容。深人开展天然气水合物研究的热潮已经在全球兴起。

美国1994年制订过《甲烷水合物研究计划》，称天然气水合物是未来世纪的新型能源。1995年，勘查美国东岸大西洋海底的布莱克海台，首汰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，可满足美国105年的天然气需要。1999年，美国又制定《国家甲烷水合物多年研究和开发项目计划》，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。

日本于1994年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。1995年，又专门成立天然气水禽物开发促进委员会，分别于1997年在阿拉斯加和1999年在日本南海海槽进行了海底水禽物的钻探试验。

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霍茨克海的海底水合物。

印度科学与工业委员会设有重大研究项目《国家海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.1.5～2亿美元，日本在五年计划中已投入150亿日元，印度在1996～2000年间投入5600万美元。

3.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，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（BottomSimulatingReflector）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。

地球化学探查技术系利用地球化学方法探测天然气水合物的相关参数的变化，包括含天然气水合物沉积物中孔隙水盐度或氯度的降低，以及水的氧化-还原电位和疏酸盐含量变低等。同时应用海上甲烷现场探测技术，圈定甲烷高浓度区，从而确定天然气水合物的远景分布。

钻孔取样技术。由于天然气水合物特殊的物理学性质，当钻孔岩芯提升到常温常压的海面时，天然气水合物可能全部或大部分被分解。为能获取保持原始压力和温度的沉积物岩芯，研制了保真取芯筒来进行天然气水合物层的取样。

资源评价技术。天然气水合物分布和资源量的估算主要有两种方法：－是通过地质地球物理勘探和钻探，发现和取得天然气水合物层的有关参数，预测其分布并计算出资源量；二是通过取得的实际参数和模拟实验建立天然气水合物形成与释气的数学模型，用数值模拟方法研究其分布和资源量，同时模拟天然气水合物生成和娜的动态过程。

天然气水合物开采技术。目前已提出的天然气水合物开采方法，包括热激发法、化学试剂法和减压法。热激发法就是将蒸气、热水或其他热流体从地面泵人水合物地层，或采用井下加热技术，使温度上升，水合物分解而生成天然气；化学试剂法是利用化学试剂改变天然气水合物的相平衡条件，降低水合物稳定程度，引起水合物的分解；减压法则通过降低压力达到水合物的分解，再行开采。上述方法中，有些方法进行了小规模实验，但生产成本太高，短期内还难以投入实际生产。

实验室模拟技术。应用物理化学手段，通过改变温度、压力、天然气成分和流体成分等边界条件，研究天然气水合物形成和稳定分布的条件，以及这些因素对天然气水合物形成和分解等方面的影响。目前甲烷-纯水、甲烷.海水等模拟己取得重要进展，正在进行含沉积物条件下的模拟实验。

管道中水合物的探测和清除技术。海底长距离天然气／凝析液混输管道输运压力一般较高，环境温度较低，管内极易形成水合物堵塞通道。利用水合物形成的理论模型，计算水合物形成的压力、温度和组成条件，判断管道中是否存在水合物，并研发出一些阻凝剂清除障碍。

天然气水合物的开发还牵涉到许多相关技术，如储存与运输技术等。由于天然水合物特殊的物理化学性质，目前勘探所获样品一般都保存在充满氦气的低温封闭容器中。与此同时，天然气水合物也为解决天然气运输提供了一种新的思路。长期以来，天然气运输的一种常用方法是将其液化，运载到目的地后再将其气化（LNG法）。目前挪威科学家开发出NGH法，将天然气转变为天然气水合物，在保持天然气水合物稳定的条件下"冷藏"起来运输，到目的地后再融化成气。

三、天然气水合物在中国的资源利用前景

1.天然气水合物在中国能源结构中的地位

水合物范文篇5

一、天然气水合物是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。实际上，第二代和第三代能源是以化石燃料为主体，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。

核聚变能主要寄希望于3He，它的资源量虽然在地球上有限（10~15t），但在月球的月壤中却极为丰富（100-500万t）。氢能是清洁、高效的理想能源，燃烧耐仅产生水（H2O），并可再生，氢能主要的载体是水，水体占据着地球表面的2/3以上，蕴藏量大。天然气水合物的主要成分是甲烷（C4H）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，是人类第四代能撅的最佳候选。

天然气水合物（gashydrate）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，俗称为"可燃冰"。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（图1）。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（C4H），所以天然气水合物往往称之为甲烷水合物（methanehydrate）。据理论计算，1m3的天然气水合物可释放出164m3的甲烷气和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℃，压力高于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。

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±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。煤、石油以及与石油有关的天然气（高烃天然气）等含碳能源是地质时代生物遗体演变而成的，因此被称为化石燃料。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1.8×108亿m3，约合11万亿t（11×1012t）。数冀如此巨大的矿物能源是人类未来动力的希望。

二、天然气冰合物的研究现状

1.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。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。

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，难以凋控，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。要知遣，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％的逮率在更为迅速地增加着。更为重要的是，甲烷气的温室效应为二氧化碳气温室效应的20倍。全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷量的3000倍，这么巨大量的甲烷气如果释放，将对全球环境产生巨大的影响，严重地影响全球的气候与海平面。

另外，固结在海底沉积物中的水合物，一旦条件发生变化，释出甲烷气，将会明显改变海底沉积物的物理性质。其后果是降低海底沉积物的工程力学特性，引发大规模的海底滑坡，毁坏一些海底的重要工程设施，如海底输电或通信电缆、海洋石油钻井平台等。水合物的崩解造成海底滑坡，而海底滑坡又进一步激发水合物的崩解，如此连锁反应，将造成雪崩式的大规模海底滑坡，并使大量的甲烷气逸散到大气中去，造成极大的灾难与经济损失。

2.全球关注天然气水合物研究

基于天然气水合物是21世纪的重要后续能源，并可能对人类生存环境及海底工程设施产生灾害性影响，全球科学家和各国政府都予以高度关注。早在20世纪30年代，天然气水合物就在远东地区的天然气输送管道内被发现。一直到70年代初，苏联学者论证了自然界有可能存在水合物生成带，并在陆地冻土带首先发现了第一个具有商业开采价值的麦索亚哈气田之后，才真正引起世界各国科学家和政府的重视。后来在深海钻探计划（DSDP和大洋钻探计划（ODP）中，全球许多海域的海底（如鄂霍克茨海、墨西哥湾、大西洋、北美太平洋一侧和拉丁美洲太平洋一侧的世界海域）都发现了天然气水合物。20世纪80年代以来，美国、日本、俄罗斯、德国、加拿大、挪威、英国及印度等国政府都着手开展天然气水合物的调查和研究工作，并从能源战略储备角度考虑，纷纷制定作为政府行为的长远发展规划和实施计划，将其视为争夺海洋权益的重要内容。深人开展天然气水合物研究的热潮已经在全球兴起。

美国1994年制订过《甲烷水合物研究计划》，称天然气水合物是未来世纪的新型能源。1995年，勘查美国东岸大西洋海底的布莱克海台，首汰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，可满足美国105年的天然气需要。1999年，美国又制定《国家甲烷水合物多年研究和开发项目计划》，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。

日本于1994年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。1995年，又专门成立天然气水禽物开发促进委员会，分别于1997年在阿拉斯加和1999年在日本南海海槽进行了海底水禽物的钻探试验。

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霍茨克海的海底水合物。

印度科学与工业委员会设有重大研究项目《国家海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.1.5～2亿美元，日本在五年计划中已投入150亿日元，印度在1996～2000年间投入5600万美元。

3.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，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（BottomSimulatingReflector）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。

地球化学探查技术系利用地球化学方法探测天然气水合物的相关参数的变化，包括含天然气水合物沉积物中孔隙水盐度或氯度的降低，以及水的氧化-还原电位和疏酸盐含量变低等。同时应用海上甲烷现场探测技术，圈定甲烷高浓度区，从而确定天然气水合物的远景分布。

钻孔取样技术。由于天然气水合物特殊的物理学性质，当钻孔岩芯提升到常温常压的海面时，天然气水合物可能全部或大部分被分解。为能获取保持原始压力和温度的沉积物岩芯，研制了保真取芯筒来进行天然气水合物层的取样。

资源评价技术。天然气水合物分布和资源量的估算主要有两种方法：－是通过地质地球物理勘探和钻探，发现和取得天然气水合物层的有关参数，预测其分布并计算出资源量；二是通过取得的实际参数和模拟实验建立天然气水合物形成与释气的数学模型，用数值模拟方法研究其分布和资源量，同时模拟天然气水合物生成和娜的动态过程。

天然气水合物开采技术。目前已提出的天然气水合物开采方法，包括热激发法、化学试剂法和减压法。热激发法就是将蒸气、热水或其他热流体从地面泵人水合物地层，或采用井下加热技术，使温度上升，水合物分解而生成天然气；化学试剂法是利用化学试剂改变天然气水合物的相平衡条件，降低水合物稳定程度，引起水合物的分解；减压法则通过降低压力达到水合物的分解，再行开采。上述方法中，有些方法进行了小规模实验，但生产成本太高，短期内还难以投入实际生产。

实验室模拟技术。应用物理化学手段，通过改变温度、压力、天然气成分和流体成分等边界条件，研究天然气水合物形成和稳定分布的条件，以及这些因素对天然气水合物形成和分解等方面的影响。目前甲烷-纯水、甲烷.海水等模拟己取得重要进展，正在进行含沉积物条件下的模拟实验。

管道中水合物的探测和清除技术。海底长距离天然气／凝析液混输管道输运压力一般较高，环境温度较低，管内极易形成水合物堵塞通道。利用水合物形成的理论模型，计算水合物形成的压力、温度和组成条件，判断管道中是否存在水合物，并研发出一些阻凝剂清除障碍。

天然气水合物的开发还牵涉到许多相关技术，如储存与运输技术等。由于天然水合物特殊的物理化学性质，目前勘探所获样品一般都保存在充满氦气的低温封闭容器中。与此同时，天然气水合物也为解决天然气运输提供了一种新的思路。长期以来，天然气运输的一种常用方法是将其液化，运载到目的地后再将其气化（LNG法）。目前挪威科学家开发出NGH法，将天然气转变为天然气水合物，在保持天然气水合物稳定的条件下"冷藏"起来运输，到目的地后再融化成气。

三、天然气水合物在中国的资源利用前景

1.天然气水合物在中国能源结构中的地位

水合物范文篇6

1什么是天然气水合物

天然气水合物又称固态甲烷，它是由天然气与水所组成，呈固体状态，其外貌极象冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，因此有人称其为"可燃冰"、"气冰"、"固体瓦斯"。天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成，在不同的低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型多面体的笼形结构。其分子式为MnH2O加表示甲烷等气体，n为水分子数）。天然气水会物的结构类型有：I、11和H型。I型为立方晶体结构、Ⅱ型为菱型晶体结构、H型为六方晶体结构。Ⅰ型天然气水合物在自然界颁最广，而Ⅱ及H型水合物更为稳定。它是在低温高压条件下，由水与天然气（主要是甲烷气，每平方米的天然气水会物可释放出164立方米甲烷和0.8立方米的水）结合形成一种外观似水的白色结晶固体，主要存在于陆地上的永久冻土带和海洋沉积物中。

2国际上天然气水合物资源调查、研究现状

随着世界上石油、天然气资源的日渐耗尽，各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。天然气水合物被称为ZI世纪具有商业开发前景的战略资源，正受到各国科学家和各国政府的重视。

自60年代开始，俄、美、巴德、英、加等许多发达国家，甚至一些发展中国家对其也极为重视，开展了大量的工作。

俄罗斯自60年代开始，先后在白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、黑海、里海等开展了天然气水合物调查，并发现有工业意义的矿体。即使近期经济比较困难，仍坚持在巴伦支海和鄂霍茨克海等海域进行调查或研究工作。位于西西伯利亚东北部的Messoyakha天然气水合物矿田已成功生产了17年。

美国科学家早在1934年首次在输气管道中发现了天然气水合物，它堵塞了管道，影响了气体的输送而开始了对水合物结构及形成条件的研究。随后美、加在加拉斯加北坡、马更些三角洲冻土带相继发现了大规模的水合物矿藏。70年代初英国地调所科学家在美国东海岸大陆边缘所进行的地震探测中发现了"似海底反射层"（BottomSimilating，Reflector，英文称BSR）。紧接着于1974年又在深海钻探岩芯中获取天然气水合物样品，并释放出大量甲烷，证实了"似海底反射"与天然气水含物有关。1979年美国借助深海钻探计划（DSDP）和大洋钻探计划（ODP），长期主持和组织了此项工作，最早指出天然气水合物为未来的新型能源，并绘制了全美天然气水含物矿床位置图。积极参加这项工作的还有英国、加拿大、挪威、日本和法国等。1991年美国能源部组织召开"美国国家天然气水合物学术讨论会"。最为重要的是1995年冬ODP64航次在大西洋西部布莱克海台组织了专门的天然气水合物调查，打了一系列深海钻孔，首次证明天然气水会物广泛分布，肯定其具有商业开发的价值。同时指出天然气水会物矿层之下的游离气也具有经济意义。以甲烷碳量计算，初步估计该地区天然气水合物资源量多达100亿吨，可满足美国105年的天然气消耗。在天然气水合物取得一系列研究成果的基础上，美国地质学会主席莫尔斯于1996年把天然气水合物的发现作为当今六大成就之一。因此，美国参议院于1998年通过决议，把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入部级长远计划，要求能源部和美国地质调查局等有磁部门组织实施，其内容包括资源详查、生产技术、全球气候变化、安全及海底稳定性等五方面的问题，拟每年投人资金2000万美元，要求2010年达到计划目标，20年将投入商业性开发。

亚洲东北亚海域是天然气水合物又一重要富集区。80年代末ODP127、131航次在日本周缘海域进行钻探，获得了天然气水会物及BSR异常广布的重要发现。美国能源部的Krason在1992年日本东京召开的第29届国际地质大会上表明在日本周缘海域共发现9处的BSR分布区。天然气水合物矿层位于海底以下150-300M处，矿层厚度分别为3m、5m、7m，总厚为15m。估计在日本南海海槽的BSR颁面积约35000Km2。由于美国能源部发表了上述评估数据，加之日本油气能源短缺，它引起了日本通产省、科技界及企业界的高度重视。1995年日本通产省资源能源厅石油公司（JNOC）联合10家石油天然气私营企业制定了1995-l999年宏伟的"甲烷天然气水合物研究及开发推进初步计划"，投资6400万美元。通过对日本周边海域，特别是南海海槽、日本海东北部的鄂霍茨克海的靶区调查，发现南海海槽水合物位于水深850—1150m离岸较近，易于开发。水会物赋存一砂岩和火山沉积物中，其也隙度为35％，水合物充填率达85％，初步评价，日本南海海槽的天然气水合物甲烷资源量为7.4×l012m3，可满足日本100年的能源消耗。

德国从80年代后期还曾利用"太阳号"调查船与其他国家合作，先后对东太平洋俄勒冈海域的卡斯凯迪亚增生楔，以及西南太平洋和白令海域进行了水合物的调整。在南沙海槽、苏拉威西海、白令海等地都发现了与水合物有关的地震标志，并获取了水合物样品。

印度在1995年全国地质地球物理年会上统一了认识，认为天然气水含物已成为现今地质工作的主题。在印度科学和工业委员会的领导下制定了"全国天然气水合物研究计划"，投资5600万美元。迄今为止，印度已在其东西地区发现了多处地球物理异常，显示出良好的找矿前景。

韩国资源研究所和海洋开发研究所于1997年开始在其东南部近海郁龙盆地进行水含物调查，相继发现了略受变形的BSR、振幅空白带、浅气层、麻炕、海底滑坡、菱锰结核等一系列与水会物相关的标志。

新西兰在北岛东岸近海水深1-3Km，发现面积大于4×104km2的BSR分布区。

澳大利亚近年在其东部豪勋爵海底高原发现BSR分布面积达8×104km2。

巴基斯坦在阿曼湾开展了水会物调查，也取得了进展。

加拿大西侧胡安一德赛卡洋中脊斜坡区发现约1800亿油当量的天然气水合物资源量。

总之，目前已调查发现并圈定有天然气水合物的地区主要分布在西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、南海海槽、苏拉威西海、新西兰北岛；东太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亚一俄勒冈滨外、秘鲁海槽；大西洋海域的美国东海岸外布莱克海台、墨西哥湾、加勒比海、南美东海岸外陆缘、非洲西西海岸海域；印度洋的阿曼海湾；北极的巴伦支海和波弗特海；南极的罗斯海和威德尔海，以及黑海与里海等。目前世界这些海域内有88处直接或间接发现了天然气水合物，其中26处岩心见到天然气水会物，62处见到有天然气水合物地震标志的似海底反射（BSR），许多地方见有生物及碳酸盐结壳标志。据专家估算：在全世界的边缘海、深海槽区及大洋盆地中，目前已发现的水深3000m以内沉积物中天然气水会物中甲烷资源量为2.1×1016m3（2.l万万亿m3）。水合物中甲烷的碳总量相当于全世界已知煤、石油和天然气总量的二倍。可满足人类1000年的需求，其储量之大，分布面积之广，是人类未来不可多得的能源。以上储量的估算尚不包括天然气水合物层之下的游离气体。

3我国有关天然气水合物的研究、调查现状

近年来，国家领导和国土资源部、科技部、财政部、国家计委等部委领导非常重视天然气水合物的调查与研究。首先是对我国管辖海域历年来做过大量的地震勘查资料分析，在冲绳海槽的边坡、南海的北部陆坡、西沙海槽和西沙群岛南坡等处发现了海底天然气水合物存在的似海底地震反射层（BSR）标志。并在对海底天然气水合物的成因、地球化学、地球物理特征、外北采集、资料处理解释、钻孔取样、测井分析、资源评价、海底地质灾害等方面进行了系统的研究，并取得了丰富的资料和大量的数据。

自1984年始，我国地质界对国外有关水会物调查状况及其巨大

的资源潜力进行了系统的资料汇集。广州海洋地质调查局的科技人员对80年代早、中期在南海北部陆坡区完成的2万多公里地震资料进行复查，在南海北部陆坡区发现有似海底反射（BSR）显示。根据国土资源部中国地质调查局的安排，广州海洋地质调查局于1999年10十月首次在我国海域南海北部西沙海槽区开展海洋天然气水合物前期试验性调查。完成三条高分辩率地震测线共543.3km。2000年9-11月，广州海洋地质调查局"探宝号"和"海洋四号"调查船在西沙海槽继续开展天然气水含物的调查。共完成高分辩率多道地震1593.39km、多波束海底地形测量703.5km、地球化学采样20个、孔隙水样品18个、气态烃传感器现场快速测定样品33个。获得突破性进展。资料表明：地震剖面上具明显似海底反射界面(BSR）和振幅空白带。"BSR"界面一般位于海底以下300-700m，最浅处约180m。振幅空白带或弱振幅带厚度约80-600m，"BSR"分布面积约2400km''''。以地震为主的多学科综合调查表明：海域天然气水合物主要赋存于活动大陆边缘和非活动大陆边缘的深水陆坡区，尤以活动陆缘俯冲带增生楔区、非活动陆缘和陆隆台地断褶区水含物十分发育。根据ODP184航次1144钻井资料揭示，在南海海域东沙群岛东南地区，l百万年以来沉积速率在每百万年400-1200m之间，莺歌海盆地中中新世以来沉积速度很大。资料表明：南海北部和西部陆坡的沉积速率和已发现有丰富天然气水合物资源的美国东海岸外布莱克海台地区类似。南海海域水含物可能赋存的有利部位是：北部陆坡区、西部走滑剪切带、东部板块聚合边缘及南部台槽区。本区具有增生楔型双BSR、槽缘斜坡型BSR、台地型BSR及盆缘斜坡型BSR等四种类型的水合物地震标志BSR构型。从地球化学研究发现南海北部陆坡区和南沙海域，经常存在临震前的卫星热红外增温异常，其温度较周围海域升高5-6℃，特别是南海北部陆坡区，从琼东南开始，经东沙群岛，直到台湾西南一带，多次重复出现增温异常，它可能与海底的天然气水会物及油气有关。

综合资料表明：南海陆坡和陆隆区应有丰富的天然气水合物矿藏，估算其总资源量达643.5-772.2亿吨油当量，大约相当于我国陆上和近海石油天然气总资源量的1/2。

西沙海槽位于南海北部陆坡区的新生代被动大陆边缘型沉积盆地。新生代最大沉积厚度超过7000m，具断裂活跃。水深大于400m。基于应用国家863研究项目"深水多道高分辨率地震技术"而获得了可靠的天然气水合物存在地震标志：1）在西沙海槽盆北部斜坡和南部台地深度200-700m发现强BSR显示，在部分测线可见到明显的BSR与地层斜交现象。2）振幅异常，BSR上方出现弱振幅或振幅空白带，以层状和块状分布，厚度80-450m。3）BSR波形与海底反射波相比，出现明显的反极性。4）BSR之上的振幅空白带具有明显的速度增大的变化趋势。资料表明：南海北部西沙海槽天然气水合物存在面积大，是一个有利的天然气水合物远景区。

2001年，中国地质调查局在财政部的支持下，广州海洋地质调查局继续在南海北部海域进行天然气水合物资源的调查与研究，计划在东沙群岛附近海域开展高分辨率多道地震调查3500km，在西沙海槽区进行沉积物取样及配套的地球化学异常探测35个站位及其他多波束海底地形探测、海底电视摄像与浅层剖面测量等。另据我国台大海洋所及台湾中油公司资料，在台西南增生楔，水深500-2000m处广泛存在BSR，其面积2×104km2。并在台东南海底发现大面积分布的白色天然气水合物赋存区。

4意见与建议

（1）鉴于天然气水合物是21世纪潜在的新能源，它正受到各国科学家和各国政府的重视，其调查研究成果日新月异，故及时了解、收集、交流这方面的情况、勘探方法及成果尤为重要，为赶超国际天然气水合物调查、研究水平，促进我国天然气水会物的调查、勘探与开发事业，为我国经济的持续发展做出新贡献，建议每两年召开一次全国性的"天然气水合物调查动态、勘探方法和成果研讨会"。

水合物范文篇7

1什么是天然气水合物

天然气水合物又称固态甲烷，它是由天然气与水所组成，呈固体状态，其外貌极象冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，因此有人称其为"可燃冰"、"气冰"、"固体瓦斯"。天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成，在不同的低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型多面体的笼形结构。其分子式为MnH2O加表示甲烷等气体，n为水分子数）。天然气水会物的结构类型有：I、11和H型。I型为立方晶体结构、Ⅱ型为菱型晶体结构、H型为六方晶体结构。Ⅰ型天然气水合物在自然界颁最广，而Ⅱ及H型水合物更为稳定。它是在低温高压条件下，由水与天然气（主要是甲烷气，每平方米的天然气水会物可释放出164立方米甲烷和0.8立方米的水）结合形成一种外观似水的白色结晶固体，主要存在于陆地上的永久冻土带和海洋沉积物中。

2国际上天然气水合物资源调查、研究现状

随着世界上石油、天然气资源的日渐耗尽，各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。天然气水合物被称为ZI世纪具有商业开发前景的战略资源，正受到各国科学家和各国政府的重视。

自60年代开始，俄、美、巴德、英、加等许多发达国家，甚至一些发展中国家对其也极为重视，开展了大量的工作。

俄罗斯自60年代开始，先后在白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、黑海、里海等开展了天然气水合物调查，并发现有工业意义的矿体。即使近期经济比较困难，仍坚持在巴伦支海和鄂霍茨克海等海域进行调查或研究工作。位于西西伯利亚东北部的Messoyakha天然气水合物矿田已成功生产了17年。

美国科学家早在1934年首次在输气管道中发现了天然气水合物，它堵塞了管道，影响了气体的输送而开始了对水合物结构及形成条件的研究。随后美、加在加拉斯加北坡、马更些三角洲冻土带相继发现了大规模的水合物矿藏。70年代初英国地调所科学家在美国东海岸大陆边缘所进行的地震探测中发现了"似海底反射层"（BottomSimilating，Reflector，英文称BSR）。紧接着于1974年又在深海钻探岩芯中获取天然气水合物样品，并释放出大量甲烷，证实了"似海底反射"与天然气水含物有关。1979年美国借助深海钻探计划（DSDP）和大洋钻探计划（ODP），长期主持和组织了此项工作，最早指出天然气水合物为未来的新型能源，并绘制了全美天然气水含物矿床位置图。积极参加这项工作的还有英国、加拿大、挪威、日本和法国等。1991年美国能源部组织召开"美国国家天然气水合物学术讨论会"。最为重要的是1995年冬ODP64航次在大西洋西部布莱克海台组织了专门的天然气水合物调查，打了一系列深海钻孔，首次证明天然气水会物广泛分布，肯定其具有商业开发的价值。同时指出天然气水会物矿层之下的游离气也具有经济意义。以甲烷碳量计算，初步估计该地区天然气水合物资源量多达100亿吨，可满足美国105年的天然气消耗。在天然气水合物取得一系列研究成果的基础上，美国地质学会主席莫尔斯于1996年把天然气水合物的发现作为当今六大成就之一。因此，美国参议院于1998年通过决议，把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入部级长远计划，要求能源部和美国地质调查局等有磁部门组织实施，其内容包括资源详查、生产技术、全球气候变化、安全及海底稳定性等五方面的问题，拟每年投人资金2000万美元，要求2010年达到计划目标，20年将投入商业性开发。

亚洲东北亚海域是天然气水合物又一重要富集区。80年代末ODP127、131航次在日本周缘海域进行钻探，获得了天然气水会物及BSR异常广布的重要发现。美国能源部的Krason在1992年日本东京召开的第29届国际地质大会上表明在日本周缘海域共发现9处的BSR分布区。天然气水合物矿层位于海底以下150-300M处，矿层厚度分别为3m、5m、7m，总厚为15m。估计在日本南海海槽的BSR颁面积约35000Km2。由于美国能源部发表了上述评估数据，加之日本油气能源短缺，它引起了日本通产省、科技界及企业界的高度重视。1995年日本通产省资源能源厅石油公司（JNOC）联合10家石油天然气私营企业制定了1995-l999年宏伟的"甲烷天然气水合物研究及开发推进初步计划"，投资6400万美元。通过对日本周边海域，特别是南海海槽、日本海东北部的鄂霍茨克海的靶区调查，发现南海海槽水合物位于水深850—1150m离岸较近，易于开发。水会物赋存一砂岩和火山沉积物中，其也隙度为35％，水合物充填率达85％，初步评价，日本南海海槽的天然气水合物甲烷资源量为7.4×l012m3，可满足日本100年的能源消耗。

德国从80年代后期还曾利用"太阳号"调查船与其他国家合作，先后对东太平洋俄勒冈海域的卡斯凯迪亚增生楔，以及西南太平洋和白令海域进行了水合物的调整。在南沙海槽、苏拉威西海、白令海等地都发现了与水合物有关的地震标志，并获取了水合物样品。

印度在1995年全国地质地球物理年会上统一了认识，认为天然气水含物已成为现今地质工作的主题。在印度科学和工业委员会的领导下制定了"全国天然气水合物研究计划"，投资5600万美元。迄今为止，印度已在其东西地区发现了多处地球物理异常，显示出良好的找矿前景。

韩国资源研究所和海洋开发研究所于1997年开始在其东南部近海郁龙盆地进行水含物调查，相继发现了略受变形的BSR、振幅空白带、浅气层、麻炕、海底滑坡、菱锰结核等一系列与水会物相关的标志。

新西兰在北岛东岸近海水深1-3Km，发现面积大于4×104km2的BSR分布区。中国论文联盟

澳大利亚近年在其东部豪勋爵海底高原发现BSR分布面积达8×104km2。

巴基斯坦在阿曼湾开展了水会物调查，也取得了进展。

加拿大西侧胡安一德赛卡洋中脊斜坡区发现约1800亿油当量的天然气水合物资源量。

总之，目前已调查发现并圈定有天然气水合物的地区主要分布在西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、南海海槽、苏拉威西海、新西兰北岛；东太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亚一俄勒冈滨外、秘鲁海槽；大西洋海域的美国东海岸外布莱克海台、墨西哥湾、加勒比海、南美东海岸外陆缘、非洲西西海岸海域；印度洋的阿曼海湾；北极的巴伦支海和波弗特海；南极的罗斯海和威德尔海，以及黑海与里海等。目前世界这些海域内有88处直接或间接发现了天然气水合物，其中26处岩心见到天然气水会物，62处见到有天然气水合物地震标志的似海底反射（BSR），许多地方见有生物及碳酸盐结壳标志。据专家估算：在全世界的边缘海、深海槽区及大洋盆地中，目前已发现的水深3000m以内沉积物中天然气水会物中甲烷资源量为2.1×1016m3（2.l万万亿m3）。水合物中甲烷的碳总量相当于全世界已知煤、石油和天然气总量的二倍。可满足人类1000年的需求，其储量之大，分布面积之广，是人类未来不可多得的能源。以上储量的估算尚不包括天然气水合物层之下的游离气体。

3我国有关天然气水合物的研究、调查现状

近年来，国家领导和国土资源部、科技部、财政部、国家计委等部委领导非常重视天然气水合物的调查与研究。首先是对我国管辖海域历年来做过大量的地震勘查资料分析，在冲绳海槽的边坡、南海的北部陆坡、西沙海槽和西沙群岛南坡等处发现了海底天然气水合物存在的似海底地震反射层（BSR）标志。并在对海底天然气水合物的成因、地球化学、地球物理特征、外北采集、资料处理解释、钻孔取样、测井分析、资源评价、海底地质灾害等方面进行了系统的研究，并取得了丰富的资料和大量的数据。

自1984年始，我国地质界对国外有关水会物调查状况及其巨大的资源潜力进行了系统的资料汇集。广州海洋地质调查局的科技人员对80年代早、中期在南海北部陆坡区完成的2万多公里地震资料进行复查，在南海北部陆坡区发现有似海底反射（BSR）显示。根据国土资源部中国地质调查局的安排，广州海洋地质调查局于1999年10十月首次在我国海域南海北部西沙海槽区开展海洋天然气水合物前期试验性调查。完成三条高分辩率地震测线共543.3km。2000年9-11月，广州海洋地质调查局"探宝号"和"海洋四号"调查船在西沙海槽继续开展天然气水含物的调查。共完成高分辩率多道地震1593.39km、多波束海底地形测量703.5km、地球化学采样20个、孔隙水样品18个、气态烃传感器现场快速测定样品33个。获得突破性进展。资料表明：地震剖面上具明显似海底反射界面(BSR）和振幅空白带。"BSR"界面一般位于海底以下300-700m，最浅处约180m。振幅空白带或弱振幅带厚度约80-600m，"BSR"分布面积约2400km''''。以地震为主的多学科综合调查表明：海域天然气水合物主要赋存于活动大陆边缘和非活动大陆边缘的深水陆坡区，尤以活动陆缘俯冲带增生楔区、非活动陆缘和陆隆台地断褶区水含物十分发育。根据ODP184航次1144钻井资料揭示，在南海海域东沙群岛东南地区，l百万年以来沉积速率在每百万年400-1200m之间，莺歌海盆地中中新世以来沉积速度很大。资料表明：南海北部和西部陆坡的沉积速率和已发现有丰富天然气水合物资源的美国东海岸外布莱克海台地区类似。南海海域水含物可能赋存的有利部位是：北部陆坡区、西部走滑剪切带、东部板块聚合边缘及南部台槽区。本区具有增生楔型双BSR、槽缘斜坡型BSR、台地型BSR及盆缘斜坡型BSR等四种类型的水合物地震标志BSR构型。从地球化学研究发现南海北部陆坡区和南沙海域，经常存在临震前的卫星热红外增温异常，其温度较周围海域升高5-6℃，特别是南海北部陆坡区，从琼东南开始，经东沙群岛，直到台湾西南一带，多次重复出现增温异常，它可能与海底的天然气水会物及油气有关。

综合资料表明：南海陆坡和陆隆区应有丰富的天然气水合物矿藏，估算其总资源量达643.5-772.2亿吨油当量，大约相当于我国陆上和近海石油天然气总资源量的1/2。

西沙海槽位于南海北部陆坡区的新生代被动大陆边缘型沉积盆地。新生代最大沉积厚度超过7000m，具断裂活跃。水深大于400m。基于应用国家863研究项目"深水多道高分辨率地震技术"而获得了可靠的天然气水合物存在地震标志：1）在西沙海槽盆北部斜坡和南部台地深度200-700m发现强BSR显示，在部分测线可见到明显的BSR与地层斜交现象。2）振幅异常，BSR上方出现弱振幅或振幅空白带，以层状和块状分布，厚度80-450m。3）BSR波形与海底反射波相比，出现明显的反极性。4）BSR之上的振幅空白带具有明显的速度增大的变化趋势。资料表明：南海北部西沙海槽天然气水合物存在面积大，是一个有利的天然气水合物远景区。

2001年，中国地质调查局在财政部的支持下，广州海洋地质调查局继续在南海北部海域进行天然气水合物资源的调查与研究，计划在东沙群岛附近海域开展高分辨率多道地震调查3500km，在西沙海槽区进行沉积物取样及配套的地球化学异常探测35个站位及其他多波束海底地形探测、海底电视摄像与浅层剖面测量等。另据我国台大海洋所及台湾中油公司资料，在台西南增生楔，水深500-2000m处广泛存在BSR，其面积2×104km2。并在台东南海底发现大面积分布的白色天然气水合物赋存区。

4意见与建议

（1）鉴于天然气水合物是21世纪潜在的新能源，它正受到各国科学家和各国政府的重视，其调查研究成果日新月异，故及时了解、收集、交流这方面的情况、勘探方法及成果尤为重要，为赶超国际天然气水合物调查、研究水平，促进我国天然气水会物的调查、勘探与开发事业，为我国经济的持续发展做出新贡献，建议每两年召开一次全国性的"天然气水合物调查动态、勘探方法和成果研讨会"。

水合物范文篇8

一、天然气水合物是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。实际上，第二代和第三代能源是以化石燃料为主体，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。

核聚变能主要寄希望于3He，它的资源量虽然在地球上有限（10~15t），但在月球的月壤中却极为丰富（100-500万t）。氢能是清洁、高效的理想能源，燃烧耐仅产生水（H2O），并可再生，氢能主要的载体是水，水体占据着地球表面的2/3以上，蕴藏量大。天然气水合物的主要成分是甲烷（C4H）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，是人类第四代能撅的最佳候选。

天然气水合物（gashydrate）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，俗称为"可燃冰"。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（图1）。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（C4H），所以天然气水合物往往称之为甲烷水合物（methanehydrate）。据理论计算，1m3的天然气水合物可释放出164m3的甲烷气和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℃，压力高于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。

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±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。煤、石油以及与石油有关的天然气（高烃天然气）等含碳能源是地质时代生物遗体演变而成的，因此被称为化石燃料。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1.8×108亿m3，约合11万亿t（11×1012t）。数冀如此巨大的矿物能源是人类未来动力的希望。

二、天然气冰合物的研究现状

1.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。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。

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，难以凋控，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。要知遣，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％的逮率在更为迅速地增加着。更为重要的是，甲烷气的温室效应为二氧化碳气温室效应的20倍。全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷量的3000倍，这么巨大量的甲烷气如果释放，将对全球环境产生巨大的影响，严重地影响全球的气候与海平面。

另外，固结在海底沉积物中的水合物，一旦条件发生变化，释出甲烷气，将会明显改变海底沉积物的物理性质。其后果是降低海底沉积物的工程力学特性，引发大规模的海底滑坡，毁坏一些海底的重要工程设施，如海底输电或通信电缆、海洋石油钻井平台等。水合物的崩解造成海底滑坡，而海底滑坡又进一步激发水合物的崩解，如此连锁反应，将造成雪崩式的大规模海底滑坡，并使大量的甲烷气逸散到大气中去，造成极大的灾难与经济损失。

2.全球关注天然气水合物研究

基于天然气水合物是21世纪的重要后续能源，并可能对人类生存环境及海底工程设施产生灾害性影响，全球科学家和各国政府都予以高度关注。早在20世纪30年代，天然气水合物就在远东地区的天然气输送管道内被发现。一直到70年代初，苏联学者论证了自然界有可能存在水合物生成带，并在陆地冻土带首先发现了第一个具有商业开采价值的麦索亚哈气田之后，才真正引起世界各国科学家和政府的重视。后来在深海钻探计划（DSDP和大洋钻探计划（ODP）中，全球许多海域的海底（如鄂霍克茨海、墨西哥湾、大西洋、北美太平洋一侧和拉丁美洲太平洋一侧的世界海域）都发现了天然气水合物。20世纪80年代以来，美国、日本、俄罗斯、德国、加拿大、挪威、英国及印度等国政府都着手开展天然气水合物的调查和研究工作，并从能源战略储备角度考虑，纷纷制定作为政府行为的长远发展规划和实施计划，将其视为争夺海洋权益的重要内容。深人开展天然气水合物研究的热潮已经在全球兴起。

美国1994年制订过《甲烷水合物研究计划》，称天然气水合物是未来世纪的新型能源。1995年，勘查美国东岸大西洋海底的布莱克海台，首汰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，可满足美国105年的天然气需要。1999年，美国又制定《国家甲烷水合物多年研究和开发项目计划》，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。日本于1994年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。1995年，又专门成立天然气水禽物开发促进委员会，分别于1997年在阿拉斯加和1999年在日本南海海槽进行了海底水禽物的钻探试验。

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霍茨克海的海底水合物。

印度科学与工业委员会设有重大研究项目《国家海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.1.5～2亿美元，日本在五年计划中已投入150亿日元，印度在1996～2000年间投入5600万美元。

3.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，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（BottomSimulatingReflector）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。

地球化学探查技术系利用地球化学方法探测天然气水合物的相关参数的变化，包括含天然气水合物沉积物中孔隙水盐度或氯度的降低，以及水的氧化-还原电位和疏酸盐含量变低等。同时应用海上甲烷现场探测技术，圈定甲烷高浓度区，从而确定天然气水合物的远景分布。

钻孔取样技术。由于天然气水合物特殊的物理学性质，当钻孔岩芯提升到常温常压的海面时，天然气水合物可能全部或大部分被分解。为能获取保持原始压力和温度的沉积物岩芯，研制了保真取芯筒来进行天然气水合物层的取样。

资源评价技术。天然气水合物分布和资源量的估算主要有两种方法：－是通过地质地球物理勘探和钻探，发现和取得天然气水合物层的有关参数，预测其分布并计算出资源量；二是通过取得的实际参数和模拟实验建立天然气水合物形成与释气的数学模型，用数值模拟方法研究其分布和资源量，同时模拟天然气水合物生成和娜的动态过程。

天然气水合物开采技术。目前已提出的天然气水合物开采方法，包括热激发法、化学试剂法和减压法。热激发法就是将蒸气、热水或其他热流体从地面泵人水合物地层，或采用井下加热技术，使温度上升，水合物分解而生成天然气；化学试剂法是利用化学试剂改变天然气水合物的相平衡条件，降低水合物稳定程度，引起水合物的分解；减压法则通过降低压力达到水合物的分解，再行开采。上述方法中，有些方法进行了小规模实验，但生产成本太高，短期内还难以投入实际生产。

实验室模拟技术。应用物理化学手段，通过改变温度、压力、天然气成分和流体成分等边界条件，研究天然气水合物形成和稳定分布的条件，以及这些因素对天然气水合物形成和分解等方面的影响。目前甲烷-纯水、甲烷.海水等模拟己取得重要进展，正在进行含沉积物条件下的模拟实验。

管道中水合物的探测和清除技术。海底长距离天然气／凝析液混输管道输运压力一般较高，环境温度较低，管内极易形成水合物堵塞通道。利用水合物形成的理论模型，计算水合物形成的压力、温度和组成条件，判断管道中是否存在水合物，并研发出一些阻凝剂清除障碍。

天然气水合物的开发还牵涉到许多相关技术，如储存与运输技术等。由于天然水合物特殊的物理化学性质，目前勘探所获样品一般都保存在充满氦气的低温封闭容器中。与此同时，天然气水合物也为解决天然气运输提供了一种新的思路。长期以来，天然气运输的一种常用方法是将其液化，运载到目的地后再将其气化（LNG法）。目前挪威科学家开发出NGH法，将天然气转变为天然气水合物，在保持天然气水合物稳定的条件下"冷藏"起来运输，到目的地后再融化成气。

三、天然气水合物在中国的资源利用前景

1.天然气水合物在中国能源结构中的地位

水合物范文篇9

关键词：水下气田；流动管理系统；流动安全；虚拟计量；数字化

随着海洋石油工业的发展，水下生产系统的开发方式得到了更加广泛的应用[1]，成为深水油气田开发的一个发展趋势，目前其最大应用水深接近3000m，最长回接距离近150km。在国内，水下生产系统的开发已经在荔湾3-1气田等10个油气田成功实施[2]，并且在南海深水开发中还将扮演更加重要的角色。在全球石油行业数字化的背景下，如何对水下生产系统的生产和流动安全进行有效的管理，成为一个重要的问题，尤其是水下气田，管道的地形起伏、高温、高压等一系列外界条件带来的水下计量困难，以及水合物、段塞流、冲蚀、腐蚀等问题为回接管道的流动安全带来了很大的风险。为实现更好的流动管理效果，基于多相流计算原理研发了水下气田流动管理系统，在北海、亚太、墨西哥湾以及西非等多处水下油气田生产中得到应用，并得到广泛认可。水下气田流动管理系统主要根据气田水下设施特性及参数建模，及时从监测对象（井筒、管线、段塞流捕集器等）处的传感器及仪表获取数据（压力、温度、阀门开度等），将采集到的输入数据传递到系统内开展计算，从而计算出海底管道等水下设施相关流动参数，监测管道流动状态，并在此基础上判断和预测流动安全风险，为生产作业人员提供操作建议。目前国际上比较著名的主要是OL-GAONLINE和DIGITALTWIN等系统。以OLGA为内核的OLGAONLINE解决方案已成为数字化油田的重要选项[3]，在OrmenLange、Scarab/Saffron、Corrib、Goldeneye、CanyonExpress、Snøhvit和Shtokman等油气田的开发过程中，由OLGAON-LINE辅助的远程作业提供了重要的支持[4]，在我国荔湾3-1气田也正在使用。DIGITALTWIN数字孪生系统采用LedaFlow+K-Spice模式，其特点是利用LedaFlow实现水下管道的流动模拟，K-Spice实现平台上部工艺的模拟，并实现连接，模拟整个生产系统的工况[5]。此外，FLOWMANAGER，VIR-TUOSO等流动管理系统也有较多的应用[6]。2013年，在流花19-5气田首次实现了水下虚拟计量技术的国内应用[5]，并于2019年在文昌10-3气田安装了初步的流动管理系统，实现了海管监测和水合物风险监测等功能。

1常见操作模式

水下气田流动管理系统采用多相流动态模拟技术手段，从采集数据中通过模拟计算获得无法直接采集的生产运行信息，实时监控诊断油气生产运行状态，能够预测工况和规划操作。同时基于采集数据和模拟结果进行综合分析，智能应用以及可视化展示。运用动态仿真技术建立实时在线气田流动管理系统，实现油气生产从地层到井筒再到地面工艺一体化运行管理，防范并预警油气生产运行过程中面临的安全风险。水下气田流动管理系统通常会提供多种操作模式，用于满足实时监测、未来工况预测、培训等多种需求[7]。水下气田流动管理系统常见的四种操作模式见表1。

2主要功能

2.1流动安全的监测和分析功能。2.1.1水下设施的实施生产参数实时显示。典型的水下气田流动管理系统通常可以提供气田水下设施的实施生产参数实时显示功能。显示的对象通常包括系统总览、各单井、各水下管汇、海管管道沿程、段塞流捕集器等。显示的主要参数一般包括温度、压力、流量、阀门开度、化学药剂量等。对于海管参数还可以包括沿程路由、流型、持液率、管内滞液量等。通过以上信息的实时显示，可以让操作人员随时了解和掌握整个气田水下的生产状况。2.1.2水下虚拟计量。在油气生产中，单井产量数据是进行油气藏动态预测与生产管理的关键信息，对于水下生产系统，以前通常需要为每口生产井单独安装1台多相流量计。但水下多相流量计多为国外技术垄断、价格昂贵，同时多相流量计的测试、校准及安装维护都存在一定问题。气田流动管理系统的水下虚拟计量功能是一种基于气田现有仪表和计算机技术的流量计算系统[8]。该系统充分利用多相流体水力和热力模拟等流动模拟计算方法，无需新增仪器仪表，可实现水下流量计量仪表的主要功能，并达到较好的精度。由于虚拟计量系统的安装方便和高可靠性，既可替代水下多相流量计，也可与多相流量计配合使用，在水下油气田开发工程中具有较广阔的应用前景。水下虚拟计量功能的主要优点包括以下几方面：①便捷性。仅仅通过现有的仪表及设施获取参数，无需在水下增加任何仪表或设施；可以独立于平台系统运行，不会引起干扰。②可靠性。设备简单，不需要复杂的操作和维护，不会轻易失效。③量程大且测量范围广。通过调整所采用的多相流模型，可以适应不同管道路由、不同流型和不同组分的流量计算，调试后可以使计算效果更佳。④环保和安全。没有辐射及其他安全风险。⑤价格低。可以用于替代昂贵的水下流量计，也可以用于互补或备用。⑥易于维护。如果出现问题，容易维修，不需要从水下取回和安装[9]。气田流动管理系统主要通过三种方式模拟实现水下计量功能：①油藏模型：通过油藏和试井获得的IPR方程，通过流压计算流量，或通过配产表等方法获得总流量的估计值作为其他流量计算模型的初始值。②井筒模型：通过气井上下部的温度和压力传感器的数据，使用井筒模型计算井筒内的总流量。③油嘴模型：通过油嘴前后的温度和压力传感器的数据，使用油嘴模型计算总流量。此外还可以通过海管的温压数据进行反算。在气田生产工况发生变化时，可以通过模型的调整来实现虚拟计量效果的优化。从目前各大气田应用的效果来看，气田虚拟计量系统在校准后通常可以达到单井气相流量误差控制在5%以内的计量精度（图1），能够满足现场生产的一般要求。2.1.3水合物风险监测及分析。水合物风险监测主要用于监测海底管道日常生产时的水合物生成风险、井口和跨接管在气田启动工况时的水合物生成风险。水下气田主要通过注入化学药剂来防止水合物在井口至管汇至平台之间的水下生产系统中生成[10]。在正常生产情况下通过连续注入MEG贫液来防止水合物生成，而在启动、关停和清除水合物事故时需要注入甲醇来防止水合物生成。在评估水合物生成风险时，采用模型计算管道流体的水合物生成问题，再将管道内流体的温度与水合物生成温度对比，即可判断水合物生成的风险（图2）。此外，还可以选择不同的水合物抑制剂注入浓度，不同的浓度下对应的水合物生成曲线也有所不同，从而优化水合物抑制剂的注入量，实现降本增效。气田流动管理系统可以实现水合物抑制剂的统计和监测功能。即使有两种水合物抑制剂，也可以分别建模，利用井模型进行甲醇跟踪，利用海底管道模型进行MEG跟踪。在相应的页面，可以显示注入药剂的流量、浓度以及水合物生成温度等信息，并进行注入量的统计。2.1.4段塞监测及控制。在海底地形起伏和管道低气量时，容易导致严重段塞流的发生，其引起的压力、流量剧烈波动可能造成段塞流捕集器溢流或断流，对生产造成危害[11]。因此，需要掌握管道内段塞的生成，消除其不利影响。段塞监测用于显示水下生产系统的海管沿线内的积液情况，包括总液量、凝析液量和水相含量的数据，以及对段塞流型的判断和进入下游段塞流捕集器的段塞量的分析，为后续的段塞控制提供依据。通过对管道内的液体量的监测管理，可以有效避免下游出现段塞无法及时处理的工况，保障生产的安全[12]。段塞控制可以采用立管顶部节流阀智能调节的方法，基于PID控制机理，根据海底管道入口压力进行调节控制，阀门开度为被调节参数，PID用于计算阀门开度的差别[13]。在程序中，采用一个略大和略小的阀门开度区间，以便更快地稳定压力波动，并使压力更接近设定点，减小段塞流的危害。2.1.5清管跟踪。清管跟踪功能用于显示海底管道的清管工况相关信息。当清管器发出时，平台控制系统会发出清管的相关信号。清管循环气的压力和流量在整个清管过程中都可以跟踪。在清管跟踪功能中，可显示管道沿线的滞液量、清管器速度、总距离、剩余距离、剩余时间、清管器前端液量、预测的清管器到达时间、标定的泄漏比等参数，为平台上部的操作提供依据，保障清管的顺利实施。2.1.6砂监测。砂监测功能主要包括高流速下的砂冲蚀风险监测和低流速下的砂沉积风险监测。在冲蚀监测方面，气田流动管理系统可以对所有生产节流阀、管道入口、出口和立管顶部等关键点设置冲蚀速度分析的功能，计算出局部的EVR，判断是否有砂冲蚀的风险。防砂关注的主要信息是井底的磨损速率和生产系统中特定部位的混合速度。每口井的井底磨损速率都要进行监控，以判断井的出砂情况。该数据可以在界面中查看，并可以定义报警的临界值。海底管道入口、立管底部等关键位置的混合流体速度也可以在界面中显示及定义报警的临界值。在砂沉积监测方面，主要是监测局部的最低流速，防止流速过低造成砂无法被流体携带冲走，避免形成局部的堵塞而给跨接管和管道造成风险。砂监测的功能可以结合水下砂监测装置的读数来开发。2.1.7腐蚀监测。腐蚀监测页面显示的信息包括剪切应力、持液率、流型图、不同判据计算的腐蚀速率、气相/液相/水相的速度、管道上部凝析速率、表观混合速度、CO2分压以及腐蚀探测装置的读数等。腐蚀监测的功能可以通过采用流体-管壁的剪切应力来判断，用户定义剪切应力的极限值，如果高于此值，将进行报警；或者采用内嵌的相关式来判断；此外还可以结合水下生产系统中安装的腐蚀探测装置读取数值，并在流动管理系统中进行显示。2.1.8泄漏监测和堵塞监测。泄漏监测用于提醒操作者海底管道中是否有泄漏的现象，监测系统还可以提示在管道何位置发生泄漏。泄漏监测的主要信息包括泄漏发生的时间、泄漏率、累计泄漏量等。堵塞监测用于提醒操作者海底管道中是否有堵塞的现象，监测系统可以分析管道中压力突然变化的地点，从而提示和分析在管道何位置发生堵塞。2.2流动安全工况的模拟预测功能。除了对水下生产系统的流动安全情况进行在线监测和分析外，气田流动管理系统的另外一个主要的功能就是对不同的流动安全工况进行模拟和预测。以当前生产工况、某个历史工况乃至假定工况为模拟基础，进行特殊流动安全工况的模拟，实现对该工况的分析，为未来的生产状况做出预测，为操作者的决策提供参考依据。气田流动管理系统对流动安全操作工况的模拟和预测主要包括泄放工况、增输和减输工况、启动和关停工况、气体循环工况、清管工况等[14]。2.2.1泄放工况。管道的泄放工况可以用来模拟某个泄放速度下温降和时间的关系，为泄放操作提供建议（图3）。如果泄放速度过快，急速的温降可能会造成冰堵的风险，下游的管件也可能无法承受过低的温度。通过模拟来判断泄放方式是否适合，例如采用阶梯式多次降压的泄放方法，可以有效减少低温风险。2.2.2增输和减输工况。增输工况的模拟是在指定的时间段内增加流量，通过计算分析管道内滞液量的变化，并根据段塞流捕集器的容量、泄放速度来判断增输方案是否安全，上部设施是否可以顺利完成段塞量的处理。通过模拟可以确定合适的增输幅度。减输工况的模拟是在指定的时间段内减小流量，通过计算分析管道内没有液相和水相流出的时间（图4），并根据平台上的乙二醇储量进行分析，判断在没有富乙二醇回流的这段时间里，存量的乙二醇是否可以满足生产的注入要求，如果不满足且没有其他的乙二醇补充方案，则可能造成水合物生成风险。2.2.3启动和关停工况。对于启动工况，主要是通过对启井时甲醇注入量进行分析，并判断管道的滞液平衡时间和所需的乙二醇用量，来分析气田启动方案合理性，并提出操作建议。对于关停工况，主要是通过对关停时甲醇注入量和管道的温降情况进行分析，并判断关停后管道的水合物生成风险，分析气田关停方案合理性，并提出操作建议。2.2.4气体循环工况。对于荔湾3-1、陵水17-2等采用双海管的水下气田来说，部分生产工况下可能需要采用气体循环的操作来实现生产的优化，采用气体循环，可以有效减小单管所需的背压，提高产量。气体循环的模拟用于优化启动和终止气体循环的操作，可以设置注气阀门开度的逻辑控制，井流量也可以根据气体循环的效果进行调节控制。气体循环模拟时可以展示气体循环的流量、压力、阀门开度等，以及井口、段塞流捕集器、节流阀的压力和流量等信息。此外，操作者也可以根据自己的需求，自定义生产工况进行模拟。2.3其他常见的系统功能。水下气田流动管理系统常见的系统功能还包括数据的存储、导入、导出、统计、报警等。气田流动管理系统使用的各种计算数据数量繁多，同时还要长时间存储大量计算结果，因此需要采用成熟的数据库软件来管理数据。数据库软件包括实时数据库、历史数据库和关系数据库。数据库应设置访问权限，并需要具有简单易行、方便用户的在线和离线编辑、维护、查找、修改、导入/导出、备份/还原、统计和报表打印的功能，以便气田操作者掌握气田生产的各类数据。此外，用户还可以设置某些参数和工况的报警按钮，提醒操作者及时注意并处理，达到更好的监测效果[15]。

3结束语

水合物范文篇10

关键词：石油现状发展趋势非常规能源开发

引言

石油是我国重要的战略资源，目前国内的能源生产已经远远不能满足高速经济增长，能源进口量持续增加，能源对外依存度在7%左右，其中石油对外依存度在43%左右。一方面，加大对常规油气和非常规油气的开采力度，也要大力发展可再生能源以作为石油的替代品；另一方面，要将油气的供应多元化，以减少可能遇到的风险。

一．石油工业的近期展望

1．石油的现状

世界正在走向后石油时代。

从1859年在美国打出世界上第一口油井以来，世界对石油的渴求和使用已走过了近一个半世纪的历程。

历经100多年不间断地开采和无节制地使用，目前石油供应安全面临三大挑战，一是石油需求不断增长使现有资源产量难以满足；二是矿物能源迟早要枯竭，目前没有替代能源能担当石油的角色；三是无节制地使用石油已对环境造成巨大的压力。

据美国能源研究机构估计，石油企业每年可找到120亿-150亿桶石油储量，而全球每年消费量为300亿桶,在未来的一段时间，仅靠常规能源是不可能满足消费需求的。

2．未来我国石油的发展方向

2.1常规油气

(1)高含硫化氢﹑高含CO2的酸性气田

四川宣汉发现的普光气田,其已探明天然气储量达3500亿立方米，是迄今为止国内规模最大、丰度最高的整装海相气田。普光气田硫化氢平均含量15.2%，CO2平均含量8.3%。未来5年，中石化、中石油两大集团规划在达州投入近千亿元，揭开了开发酸性气藏的新篇章。在开发普光气田中不断获得技术进展，这对四川盆地乃至全国酸性气藏开发都会是一个有益的借鉴。

表1我国主要的含硫气田

气田名称产层甲烷乙烷丙烷丁烷CO2H2S

海南涯13-1气田83.873.831.470.787.657.07

塔里木克拉2气田97.930.710.040.02/0.56

川西北中坝2气田雷三84.842.050.470.284.136.32

重庆气矿卧龙河嘉四364.910.350.090.091.6531.95

重庆气矿开县梁平飞仙关84.680.070.03/5.448.77

建南气田长二段85.890.15//9.304.05

(2)超低渗气藏

鄂尔多斯盆地苏里格气田、大牛地气田。苏里格气田位于内蒙古境内的毛乌素沙漠，已探明储量5336亿立方米，属于非均质性极强致密岩性气田，呈现出典型的“低渗、渗压、低丰度、低产”特征。

鄂尔多斯天然气属于世界性难题的低压、低渗储层，单井产量低，稳产难度大。国内类似的天然气储量资源巨大,苏里格﹑大牛地气田的成功开发将积极推动这类天然气资源的开发利用,意义十分重大。

由于我国近期主要发现的是几个大气田，再加上考虑环保因素，未来将是天然气工业迅速发展的时期。

2．2非常规油气

我国政府在“十一五”发展规划中，明确提出将大力开展油页岩、油砂、天然气水合物等非常规油气资源的勘探开发。

(1)煤层气

目前中石油在山西沁水盆地开发煤层气，但获得的工业气量并不理想，需要进行大规模的增产改造，才可能获得经济效益。美国自上世纪70年代后期就成功地开始了煤层气开发，现已成为占全美国天然气年总量10%的重要能源产业。现在，美国开发煤层气的技术已趋于成熟，而中国尚处于起步阶段。

(2)重油

专家们估计，在全球约10万亿桶的剩余石油资源中，70％以上是重油。目前，我国已探明重油地质储量为20.6亿吨，已动用地质储量13.59亿吨，剩余未动用地质储量7.01亿吨。2005年中国重油年产量达到2386万吨，占石油年产量的13.2％。在常规稀油储量日益减少的大背景下，重油在石油工业中的地位和作用将变得越来越重要。

3)天然气水合物

迄今为止，全球已探明的天然气水合物储量已相当于全球传统化石能源（煤、石油、天然气、油页岩等）储量的两倍以上。

由于天然气水合物是在低温﹑高压下形成的，被高度压缩，一旦减压便会迅速分解，极易造成井喷。且天然气水合物矿藏哪怕受到极小的破坏，都足以导致甲烷气的大量散失，甚至还可能引发地质灾害。

因此，对“天然气水合物”，目前还处于理论摸索和勘探调查阶段。对天然气水合物钻采方法的研究工作将是一项十分艰巨的任务，向石油行业提出了新的技术挑战。

2．3节能

我国是人均石油拥有量十分匮乏的国家,也是世界上石油利用效率最低的国家之一。据测算，我国石油资源的采收率每提高一个百分点，就等于增加2亿多吨的可采储量。

节能降耗、污染治理等技术的应用不广泛，采出程度较低，一些重大能源技术装备自主设计制水平还不高，这些已成为提高我国石油产量的重要制约因素。应强化石油资源节约和高效利用的政策导向，从管理、技术和结构三个角度，在改进能效方面做出更加积极的努力。

在节能方向上，我国还有很长的路要走。

3.石油供应多元化

目前中国90%以上进口的石油需要从海上船运，且船运任务多由外轮承担，一旦遇到突发情况，将处于极为被动的局面。从国家战略的角度考虑，建立石油战略储备基地，力求原油供给途径多元化，对维护石油资源是十分必要的；而加大可再生能源的研发力度，以作为石油类燃料的替代品，也是必要手段。

(1)石油战略储备基地

目前已建成国家石油战略储备四大基地(镇海、乔山、大连、黄岛)，未来可能陆续在中部地区也建立石油储备基地。建立石油战略储备也能大大减小由油价波动所导致的经济方面的影响。

(2)中俄和中哈陆路原油运输通道

已建成的中哈石油管道由哈萨克斯坦阿塔苏通向新疆独山子，是我国建设的第一条跨境输油管道，设计年输油能力2000万吨。中哈还将建第二条石油管道。

中俄泰纳线已经动工，泰纳石油管线一期工程将修建斯科沃罗季诺-大庆的支线，年输油能力为2000万吨，可以大大降低我国原油进口的压力和风险。同时，在俄罗斯彻底完成铁路现代化改造后，对我国原油运量可提高到3000万吨。

目前，中俄哈三国已经成为能源战略合作伙伴，正在进行很好的合作。

二﹑能源发展的趋势

由多国科学家组成的国际研究小组2004年在英国《自然》杂志上发表研究报告称，全球变暖将导致世界上四分之一的陆地动植物在未来50年内灭绝。

从全球的角度考虑，无论是出于对传统化石能源储量日益减少的担忧，还是为避免全球气候变暖的可怕后果，开发可再生能源已是必然趋势。

1．可再生能源

可再生能源指的是：太阳能﹑风能﹑生物质能﹑水能﹑海洋能等。

其中，太阳能光热利用、生物质能利用、风能利用在未来5～10年，将是国内的重点研究方向。

国家发改委能源研究所专家已于近日表示，2020年，生物质液体燃料将替代1000万吨中国成品油消费。届时，可再生能源将占中国能源消耗比重的10%。

未来几年，可能会掀起一股开发生物质能的热潮，这就会导致一些潜在的不利因素：

(1)粮食

生物能源分为二类：一是从甘蔗、玉米和薯类作物中提炼燃料酒精（乙醇），二是从向日葵、油棕榈和蓖麻等油料作物中精炼成生物柴油。过度开发会导致油粮价格上涨，威胁到人类生存的问题。我国日前已经限制使用玉米等可食用谷物作为生物燃料的原料，鼓励生物燃料产业“坚持非粮为主”，保证生物燃料的发展既不能影响人们的粮食消费，也不能同粮食争夺耕地。由中德合作的秸秆变柴油项目已落户山东淄博，这对中国乃至世界的再生能源发展领域都有着重要意义。

(2)水

若要大力发展生物质能，则需大量粮食，这意味着需要大量的水。而我国水

资源并不丰富，甚至很多地区都存在水资源贫乏，这是一个严重制约。

2．从环保的角度的建议转

1)从煤和有机废料中提取甲醇

可从煤炭、木头甚至有机废料中提取甲醇，直接添加到汽油中作为清洁的汽车燃料，可有效减少汽车尾气排放造成的污染。

(2)开采垃圾气

全球每年产生有机废料，通常人们把它们作为垃圾进行焚烧，这会对环境造成极大的负面影响。而在缺氧条件下经生物降解，垃圾能大量产生甲烷气。全球每年可利用的垃圾气约为，对这种气体进行开采不仅可降低垃圾污染和温室气体的排放，并有助于降低世界能源的供应负担。

三﹑总结

在可以预见的将来，能源问题将进一步成为制约世界经济发展的瓶颈，人类对能源的渴望会成为影响世界安全和稳定最重要的因素之一。这一切要求我们要清醒地了解能源的发展趋势，重新认识未来的能源格局，走能源、环境和经济发展良性循环的路子。

只有降低长期处于主导地位的传统能源的竞争力，将核能和太阳能、风能、生物质能等可再生能源逐渐居于主导，这样人类才能携手共建一个美好的未来。

参考文献：