每日科技名词天然气水合物
新能源可燃冰(天然气水合物)
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甲烷蒸汽。但此方法难处在于不好收集。海底的多孔介质不是集中为“一 片”，也不是一大块岩石，而是较为均匀地遍布着。如何布设管道并高效 收集是急于解决的问题。
第二是降压法。有科学家提出将核废料埋入地底，利用核辐射效应使其分 解。但它们都面临着和热解法同样布设管道并高效收集的问题。
第三是置换法。研究证实，将CO2液化（实现起来很容易），注入1500米 以下的洋面（不一定非要到海底），就会生成二氧化碳水合物，它的比重 比海水大，于是就会沉入海底。如果将CO2注射入海底的甲烷水合物储层， 因CO2较之甲烷易于形成水合物，因而就可能将甲烷水合物中的甲烷分子 “挤走”，从而将其置换出来。
存在于海洋浅水生态圈中。在海洋里，以高压 及18 °C的温度下，能维持稳定存在。
可燃冰是目前世界上迫切需要的能源之一，它所 带给我们的能源可以说像太阳一样取之不尽用之 不竭，但是如果没有好好开采和善加利用，反而 会害人类走向灭亡之路，加上人们不努力阻止全 球暖化，让蕴藏在海底的甲烷喷发出来，后果好 比世界末日。
燃烧影片
可燃冰它存在于300―500米海洋深处的沉 积物中和寒冷的高纬度地区
其储量是煤炭、石油和天然气总和的两倍， 估计一立方公尺的天然气水合物，可释放 六十立方公尺的天然气， 在能源紧缺的现在发现它真可解燃眉之急。
开采方案主要有三种。 第一是热解法。利用“可燃冰”在加二氧化 碳强23倍，在人类活动中会产生，尤其在畜牧業 的生产过程中，会大量增加。甲烷同时是一种
易燃、对人体有毒性的气体。全世界蕴藏着巨 量的甲烷，其主要分布在西伯利亚沼泽(约有近8 百亿吨)、南北极冰原(约蕴藏5千亿吨)及海底中 (约有2.5~10兆吨)。只要释放十分之一，就可毒 害全人类及生物。自然界中常以甲烷水合物状态
天然气水合物的产生与开采
天然气水合物的产生与开采天然气水合物（Natural gas hydrate)，简称天然气水合物，也称冰沸石，是一种在高压、低温条件下形成的天然气沉积物，为天然气与水素键合成分的混合物，通常以颗粒状或其它形态存在于海洋沉积物或极地深层地质中。
天然气水合物的成因是天然气在海洋底层沉积物和极地深层地质中，由于水体在低温高压环境下，形成氢键结合，使天然气分子与水分子形成水合物，形成所谓的天然气水合物。
天然气水合物通常存在于深水海底或者低温高压地区，有些水合物矿床中包含的有机质很高，其中蕴藏的可燃气数量多达全球其他天然气资源总量的数倍，为人类提供了一种巨大的新能源类型。
天然气水合物对人类社会的意义巨大，提供了新的能源来源，天然气水合物在全球应用于较早的国家有日本、韩国等，但其在燃烧时会产生二氧化碳，于是有人提出了是选择安全性高，温室气体排放较少的天然气水合物为新的能源，甚至有人认为天然气水合物是可再生能源。
天然气水合物开采目前在全球尚处于探索阶段，不过这项新能源对世界各国的科学家、工程师以及实验室正在进行着许多尝试。
不同的国家采用了不同的天然气水合物开采方法，如日本研究开发的坑道式和隔断缝隙式；美国和加拿大探讨的地面注射的沸石层，俄罗斯尝试的地面气水合物矿；而中国正在开展利用沉积物层的“4+1”水合物开采技术。
这些开采方法的不同，还需进一步验证其可行性，通常存在着较大的风险和挑战。
天然气水合物的开采面临许多困难和问题：第一是地质勘察和探测，如何准确判断潜在的矿床的位置和含量。
第二是采矿工艺和技术，如何实现高效率、稳定的采矿和萃取。
第三是环境问题，如何在开采过程中保证海洋生态系统和渔民的生产生活。
第四是经济问题，如何在开采中保持盈利和市场竞争力等等。
在开采天然气水合物的过程中，对环境和周围社区的影响需要更多的研究和关注。
虽然天然气水合物是一种很有前途的可再生能源，但我们仍然需要遵循杏仁经营、可持续发展的原则，同时采用更加可持续的生产方式，减少对环境的影响和损害。
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
4、2023年中国地质调查局同意了“天然气水合 物取样技术方案研究”旳课题—中国地质大学（武 汉）；
5、2023年国土资源部对天然气水合物旳保压取 样器立项研究—中国地质科学院勘探技术研究所；
6、2023年国家准备开启专题基金，3千万元人 民币。
估计在2023年进行开采。
引起这场火灾旳，原来是一种叫做水化甲烷旳
天然气水合物。
-> 可燃冰 !!
何为“天然气水合物” ？
¡ 天然气水合物，也称气体水合物，是由天然气与水分 子在高压（>100大气压或>10MPa）和低温（0～ 10℃）条件下合成旳一种固态结晶物质。因天然气中 80%～90%旳成份是甲烷，故也有人叫天然气水合 物为甲烷水合物。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶 体，外貌类似冰雪，能够象酒精块一样被点燃，故也 有人叫它“可燃冰”。
Hale Waihona Puke 如美国和日本旳近海海域，加勒比海沿岸及我国
南海和东海海底都有储备，估计我国黄海海域和青藏 高原旳冻土带也有储备。
估计全世界甲烷水合物旳储量达 1.87×1017m3（按甲烷计），是目前煤、石油和 天然气储量旳二倍，其中，海底旳甲烷水合物储量占 99％。
天然气水合物—将来旳替代能源
★估计全球储量：
海域：1610千亿吨(数百年)； 冻土地域： 5.3千亿吨。
（3）在里海和巴拿马北部近海还发觉水合物分解产生旳海 底泥火山。
（4）全球冻土层退化（如我国旳青藏高原冻土层），存在 天然气水合物大量释放旳危险。
（5）在高纬度永冻土带及极地地域，油井、油气管道等生 产设施中水合物旳形成会造成管路堵塞，而产生事故或灾害 。
气候
CH4旳温室效应比C02要大21倍。在自然界，压 力和温度旳微小变化都会引起天然气水合物分解，并 向大气中释放甲烷气体。
天然气水合物
天然气水合物一、简介天然气水合物（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”。
分子式为CH4·8H2O。
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。
形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。
首先，低温。
可燃冰在0—10℃时生成，超过20℃便会分解。
海底温度一般保持在2—4℃左右，所以一般在冰土带的地方较多。
；其次，高压。
可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。
最后，充足的气源。
海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。
海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。
二、特点天然气水合物具有分布广、资源量巨大、埋藏浅、能量密度高的特点。
1.分布广泛据推算，世界上占海洋总面积90%的海域具有天然气水合物形成的温压条件；据调查，世界天然气水合物矿藏的面积可达全部海洋面积的30%以上。
目前，实际上在所有海洋边缘水深大于300～500m 的大陆斜坡上均已发现了天然气水合物，在一些海洋边缘的深水海台或盆地的浅部地层中也都直接或间接地发现有天然气水合物，在极地冻土带和极地陆架海也发现有天然气水合物，证明天然气水合物分布十分广泛。
据初步研究，我国东海陆坡和南海陆坡及盆地具备天然气水合物的成矿条件和找矿前景，其中南海西沙海槽、台湾东南陆坡已发现天然气水合物存在的地球物理标志。
2.资源量巨大天然气水合物是全球第二大碳储库，仅次于碳酸盐岩，其蕴藏的天然气资源潜力巨大。
据保守估算，世界上天然气水合物所含天然气的总资源量约为（1.8～2.1）×1016m3，其热当量相当于全球已知煤、石油和天然气总热当量的2倍，也就是说，水合物中碳的总量是地球已知化石燃料中碳总量的两倍。
天然气水合物
目 录
一、水合物的概念 二、水合物抑制剂相关工艺 三、水合物对天然气田的影响实例
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水合物的概念
水合物也叫做水化物， 就是目前的最新能源“可 燃冰”，外观类似松散的 冰或致密的雪，是白色晶 体。水合物主要存在于天 然气工业生产过程中，以 及最新发现的海洋深处和 冻土带。目前已经证实水 合物的分子结构为 CH4·8H2O。 图为JZ20-2气矿水合物 实拍照片。
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水合物的概念
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水合物的概念
水合物的形成条件有三个，必须同时存在时才能形成： 1、气体处于水汽的过饱和状态或者液态水的存在，即游离水。 2、有足够高的压力和足够低的温度。 3、压力的波动、气流的搅动、晶体的存在等。 简单的理解即必须有游离水，在高压、低温的条件下，如果存 在节流、紊流、杂质等辅助条件，即可形成水合物。 至于要多高的压力、多低的温度，通常采用图表法来预测水合 物的形成。如下页曲线图所示。
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水合物对天然气田的影响
水合物对气井的影响 气井一般采用零套压，安装井下安全阀的形式完井，很多情 况下，由于井下安全阀的节流效应，在井下会形成水合物，导 致开井失败。2005年11月，JZ20-2气矿北平台投产，平台有 两口气井N1、N2，产量30万方/日。在一次关井故障之后，发 现N1井开井时油气很快下降，通常的判定为井下安全阀没有 打开，于是用柴油打平衡压，发现压井泵的压力到23MPa就上 不去了，再开井，又失败。反复进行亦是如此，经过分析认为， 该井为高产气井，含水低于1%，不存在气井被水淹死的可能， 唯一值得思考的便是井下安全阀，于是向井内打入1方左右甲 醇和乙二醇的混合物，关井4小时后，再次开井成功。后来经 过分析认为，该井下安全阀为带平衡孔的安全阀，在开启过程 中，平衡孔会出现比较严重的节流效应，加之开井之初温度低， 所以形成水化物，使得安全阀处于开启一条缝的状态，导致开 井失败。
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。
天然气水合物简介
一、水合物的定义
中国石油
它可用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）。
3.解堵措施
（3）在设备和管线未被水合物堵死时，可以加入防冻剂， 使已经形成的水合物分解集气管线完全被水合物堵死时，
可用降压法降低管线压力、降压时将管线内的天然气放空，
使水合物分解。 （4）当水合物分解后应对该管线清管或吹扫。
中国石油
四、防止水合物形成的方法
中国石油
在节流前加入防冻剂 在节流前加入防冻剂，可降低天然气露点，是天然气 在较低的温度下不生成水合物。防冻剂的种类比较多，有 甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、氯化钙水溶液等。采气
中使用最多的是乙二醇。
防冻剂的注入方法一般有自流注入（低压）和泵注入
法（高压连续）。
四、防止水合物形成的方法
2.高压
高压是生成水合物的重要条件。对组分相同的气体， 水合物生成概率随压力升高而升高，也就是压力越高石油
3.低温
低温是水合物形成的重要条件。采气中，天然气从井
底流到井口，经过节流阀、孔板等节流件时，会因压力下 降而引起温度下降。由于温度的下降，会使天然气中呈气 态的水蒸气凝析，当天然气的温度低于天然气中水蒸气露 点时，就为水合物生成创造条件。
中国石油
1.水合物的预测
水合物生成的平衡 曲线是天然气水合物生
成的压力—温度曲线。
已知天然气的相对密度， 通过该平衡曲线就可以 确定天然气形成水合物 的最低压力及最高温度。
未来新能源——天然气水合物(甲烷)
能源特征
作为一种新型的能源矿产, “ 可燃冰 ” 具 有如下的特征 :
1." 可燃冰 " 能量密度高。每立方米的固体 水合物 , 可释放164 立方米的甲烷气体, 其能 量密度是普通天然气的2—5倍。 2〃" 可燃冰 " 杂质少, 无污染。燃烧后几乎 不会产生有害污染物质 , 尤其是生成的致癌 物质二氧化硫要比燃烧原油或煤低两个数量 级, 是一种新型的清洁能源
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能源的开采
• 热激化法：向可燃冰矿层注入热能(蒸气、热水、 热盐水等)或利用火驱法，提升矿层地温以分解可 燃冰。但这种方法热损耗大，效率较低。近年来， 人们试验直接在井下加热，如采用井下电磁加热 方法，使采收率高达70%，较其他方法更为有效。 减压法：开采可燃冰层下面存在的游离气，以 • 便降低矿层压力，促使可燃冰分解。 化学试剂法：利用化学试剂掺入可燃冰改变其 • 平衡条件、促其发生失稳作用进行开采。此法降 低能耗明显，但费用昂贵。
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可燃冰形成
• • 甲烷水合物形成的条件为： ①温度不能太高。海底的温度是2 ℃至4 ℃，适合甲烷水 合物的形成，高于20 ℃就分解。 • ②压力要足够大。在0 ℃时，只需要3 MPa就可形成甲烷 水合物。海深每增加10 m，压力就增大0.1 MPa，因此海深 300 m就可达到 3 MPa，越深压力越大，甲烷水合物就越稳 定。估计海深300 m至2 000 m应有甲烷水合物存在。 • ③要有甲烷气源。一般认为，海底古生物尸体的沉积物， 被细菌分解会产生甲烷；还有人认为，石油和天然气是在 地球深处（地幔）产生并不断进入地壳的；海底岩层是多 孔状介质。
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天然气水合物
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。
天然气水合物(可燃冰)
沉睡中的未来能源：可燃冰（天然气水合物）胜利油田培训中心目录•一、什么是可燃冰•二、可燃冰开采方法•三、可燃冰利用的前景分析一、什么是天然气水合物（可燃冰）？•天然气水合物（Natural Gas Hydrate/Gas Hydrate）是由天然气与水分子在高压（>10MPa）和低温（0～10℃）条件下形成的一种类冰状结晶物质，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为“可燃冰”（Combustible ice），化学式为CH₄·nH₂O。
天然气水合物（可燃冰）优势：•一是天然气水合物分布广泛；•全球天然气水合物所含天然气总资源量约为1.8～2.1×1016m3，其热当量相当于全球已知煤、石油和天然气（化石燃料）总热量的2倍；•据国际地质勘探组织估算，地球深海中可燃冰的蕴藏量是常规气体能源储存量的1000倍，且在这些可燃冰层下还可能蕴藏着大量的天然气。
可燃冰一旦得到开采，将使人类的燃料使用时延长几个世纪。
•三是能量密度大；•四是清洁度高。
•它比常规天然气杂质更少，燃烧后几乎不产生污染物，是未来理想的洁净能源。
我国天然气水合物资源•2017年5月，我国在南海北部的首次采样成功，证实了我国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源。
•我国天然气水合物存在的区域：•南海西沙海槽•东沙陆坡•台湾西南陆坡•南沙海槽•冲绳海槽等。
对于输气管道来讲水化物是有危害的二、天然气水合物开采方法开采方法注热开采减压开采注化学试剂开采CO2置换固体开采传统开采方法新型开采方法1.注热开采•注热开采法就是对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水和天然气的一种开采方法。
•根据热源产生方式不同，该方法又可分为直接注入热流体加热法、火驱加热法、井下电磁加热法、微波加热等；•该方法的特点是可实现循环注热，作用方式快，但需要消耗大量的能量，热利用效率低。
2.减压开采•减压开采就是通过降低压力促使天然气水合物分解的一种开采方法。
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）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、Hp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。
它可用CH4·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）。
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。
性质天然气水合物是一种白色固体物质，外形像冰，有极强的燃烧力，可作为上等能源。
它主要由水分子和烃类气体分子（主要是甲烷）组成，所以也称它为甲烷水合物。
天然气水合物是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下，由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质。
一旦温度升高或压强降低，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。
（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。
从物理性质来看，天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、电解常数和热传导率均低于冰。
21世纪的新能源——天然气水合物
认 西倪 ｉ ２０ （） ｔ ０２ ２
新能源与农村能源
其次， 该文第 ２ 节中对排水法热效率的定义为
易对全年任一时 日的热性能进行预测的。而若真要
ｖ ｄＱ 二Ｑ１ ｅ
全年取 ３ 个典型日 ６ 进行实验， 从而进行回归预测，
式中 Ｑ 为热水器采光面接收到的总太阳辐射量， 。
可想而之， 在操作上是相当繁琐耗时的。 Ｑ＝ Ｑ 为 水法得到的 量，ｄ Ｅ ３ 笔者一管之见 ８ ； 用排 Ａ ｄ Ｈ 热 Ｑ 二 ７ｐ ／ Ｌ Ｃ 笔者认为， 太阳热水器热性能评价指标， 前仍 目 （ ｔ） Ｉ， ｉ。我们认为， Ｏ一 ． Ｕ 这个定义有不严谨之处。按 为好。日 平均效率在概念上是科学合理的， 且具有 较好的可比性， 操作上也简便可行。关于平均热损
水化合物。其化学成分不稳定， 可用 Ｍ Ｈ０表示， ２
Ｍ表示水合物中的气体分子， 为水分子数。 ｎ
１２ 性能和用途 ．
天然气水合物融化后会变成甲烷气体和水。由 于天然气水合物具有很强的浓缩（ 吸附） 气体的能 力， 是其他非常规气源岩（ 如煤层、 黑色页岩） 能量密 度的 １ 倍 ， ０ 是常规天然气能量密度的 ２ ５ 它的 一 倍， 能量密度很高， ｍ 天然气水合物释放的能量相当 １ ３
于 １ ｉ 的天然气； ６ ｎ ４ ３ 第二， 天然气水合物的燃烧值
高， 清洁无污染， 燃烧后几乎不产生任何废弃物， 即
物和微生物的尸体， 尸体分解出甲烷， 其中大部分是 不能逸出水面的， 而变成水化物状态， 压人疏松的沉 积岩微孔内， 形成丰富的天然气水合物矿藏。一般 来说， 天然气水合物广泛发育在浅海底层沉积物和 深海大陆边坡沉积层中， 其中大多数位于深海海底 ， 一般是距海面至少 ３０－ ｍ深的范围， ０－ ０ ６０ 如中国的 东海、 南海、 黄海的海底。许多人认为亚热带地区的 南海海域不存在天然气水合物。但是， 由于特殊的 物理性能， 天然气和水也可以在 ２℃ 一 ５℃内结晶，
新能源：天然气水合物
天然气水合物研究的大牛
美国科罗拉多矿业大学 Dendy Sloan 教授 日本庆应大学 Mori 教授 加拿大工程院院士Peter Englezos教授 英国Geotek公司首席科学家兼总裁 Peter John Schultheiss博士 日本山梨大学清洁能源研究中心主任Hiroyuki Uchida 教授 英国Heriot-Watt大学Tohidi教授 英国剑桥大学低碳和材料过程学院院长Julian Allwood教授
可燃冰的开发利用
开采方案
热解法, 热解法 利用"可燃冰"在加温时分解的特性,使其由固态分解出甲烷蒸汽.但此
方法难处在于不好收集.海底的多孔介质不是集中为"一片",也不是一大块岩石,而是 较为均匀地遍布着.如何布设管道并高效收集是急于解决的问题.
降压法, 降压法 有科学家提出将核废料埋入地底,利用核辐射效应使其分解.但它们都
天然气水合物国际会议ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2011 7th International Conference on Gas Hydrates ,英国 网址:/ 2005 5th International Conference on Gas Hydrates,挪威 网址:/symposium/symp_21_1.pdf 2002 4th International Conference on Gas Hydrates,日本 网址:http://www.yasuoka.mech.keio.ac.jp/ICGH/conference_organization.html /technologies/oilgas/publications/Hydrates/reports/MH_Kauai_Workshop_Report.pdf /technologies/oilgas/FutureSupply/MethaneHydrates/databank/researchers.htm#Q-T /kmd/cds/disk33/apps-b.pdf /fieryice/committees.html 期刊杂志: 期刊杂志: Journal of Natural Gas Chemistry(JNGC )
5.17 天然气水合物
第五章油气聚集与油气藏的形成5.17 天然气水合物一、基本概念及分类天然气水合物是在特定的低温和高压条件下，甲烷等气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，形成似冰状的固态水合物。
自然界中存在的天然气水合物的天然气主要成分为甲烷，又称为甲烷水合物（Methane Hydrates）。
有时乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳及硫化氢也可与甲烷一起形成固态混合气体水合物，故又称固态气水合物(Solid Gas Hydrates）。
天然气水合物是甲烷等气体和水分子组成的类似冰状的固态物质，其分子式为M·nH2O，其中M是以甲烷气体为主的气体分子数，n为水分子数。
天然气水合物实质上是一种水包气的笼形物。
其中的水结晶成等轴晶系，水分子形成刚性笼架晶格，每个笼架晶格中均包括一个主要为甲烷的气体分子。
（图据张厚福等，1999）天然气水合物结构图天然气水合物的组成我国天然气水合物分布有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）天然气水合物的气体来源形成水合物的气体主要有3种来源：沉积物中的有机质在细菌降解作用下产生的生物成因气；深部有机物或石油在热裂解作用下产生的热解成因气；由火山作用产生的无机成因气。
天然气水合物可作为深部气藏的良好盖层,也可形成水合物气田。
形成天然气水合物需具备的四个基本条件:①充足的天然气和水，天然气主要是生物成因气，其次热成因气；②较低的温度，一般温度低于10℃；③较高的压力，一般压力大于10MPa；④有利的储集空间。
最重要的是低温和高压条件，且温度与压力可在一定范围内相互补偿。
气体水合物的压力-温度图解（据D.L.Katz等，1959）二、天然气水合物形成与分布二、天然气水合物形成与分布气体水合物的形成要求压力随温度线性升高而呈对数地增加，因而在大多数沉积盆地中，压力增加的幅度都远远无法满足这个要求，水合物在21～27℃温度下都将分解，因而形成水合物的深度下限约在1524m，随各地地温梯度的不同而有所变化。
天然气水合物
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。
2020年5月3日星期日
甲醇的蒸汽压比较高，注入管线和设备后容易汽化进 入湿气内，之后均匀地进入水相防止水合物生成。
乙二醇或二甘醇蒸汽压低，必须喷头雾化成小液滴散 于气流内。
当甲醇注入量超过0.11m³/h，不经济，需换乙二醇。
3、天然气脱水。天然气脱水的工艺方法一般包括:低 温脱水、溶剂吸收法脱水、固体吸附法脱水和化学反应 法脱水。
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形成水合物的压力-温度曲线
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液态水
低温
高压
气流速度和方向 改变的地方，即
气流的滞区
在节流阀、阀门关 闭不严处
形成水化物
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三、阻止天然气水合物生成的措施
1、给天然气加热，并且使天然气温度维持在水的露点 （-7℃/10MPa）以上或天然气水合物形成温度（12℃/MPa ）以上。 伴热带
2、向气流中加入阻化剂 (水合物抑制剂)，天然气中的 水分溶于抑制剂中，改变水分子间的相互作用，达到抑制 水合物形成的目的。
目前在天然气工业中多用甲醇和乙二醇或二甘醇作抑 制剂。甘醇类的醚基和羟基团形式相似于水的分子结构， 与水有强的亲合力。向天然气中注入的抑制剂与冷却过程 凝析的水形成冰点很低的溶液，天然气中的水汽被高浓度 甘醇溶液所吸收，导致水合物生成温度明显下降。
天然气水合物科普
影响流动安全，
导致管道上游
虽然诸多国家都纷纷展开了对可燃冰的开发，但业内人士表压示力，变大，引
开发可燃冰是把“双刃剑”：
起不安全事故
既存在巨大能源潜力的诱惑，也存在破坏生态环境的极大风的险发。生，造成
设备及人员的
伤害，影响正
常供气。
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。
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
该船是为广州 海洋地质调查局 建造的特种船舶，
是以海底天然气 水合物资源调查 为主，兼顾海洋 地质、海洋矿产 资源调查、地震 地球物理调查、 水文调查的多学 科、多技术手段 为一体的远洋调 查船。
四、“天赐宝藏”OR“上帝陷阱”
可燃冰中甲烷的温室效应是二氧化碳的
采气工艺与设备：天然气水合物
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
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
我国天然气水合物分布
漠河盆地 羌塘盆地 祁连山
南海北部
3.1 天然气水合物
4、天然气水合物在气田生产中的危害
3.1 天然气水合物
5、如何预防水合物的生成
➢ 干燥气体 天然气脱水工艺
➢ 提高气流温度 水套炉加热，通过换热器与热媒介换热
➢ 加防冻剂 加乙二醇，降低天然气水露点
天然气脱水方法低温冷凝法冷剂冷 节流制冷脱水 方法
固体吸附法 分子筛脱水工艺
溶剂吸收法
三甘醇脱水工艺
3.1 天然气水合物
3.1 天然气水合物
1、天然气水合物是什么？
是由气体分子（主要为甲烷）和水在低温和中高压和条件下混合时组 成的固体笼形结晶化合物。因其外观象冰，且遇火即可燃烧，所以又称为 “可燃冰”。
笼形结构
3.1 天然气水合物
3.1 天然气水合物
2、天然气水合物形成的三个条件
液态水的存在、充足的气量 低温（ 0-10℃ ） 高压（ >10MPa ）
可燃冰
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。
传统开采方法(1) 热激发开采法热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。
这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程。
热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。
加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。
但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，因此该方法尚有待进一步完善。
(2) 减压开采法减压开采法是一种通过降低压力促使天然气水合物分解的开采方法。
减压途径主要有两种：①采用低密度泥浆钻井达到减压目的；②当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时，通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力。
减压开采法不需要连续激发，成本较低，适合大面积开采，尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采，是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。
但它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求，只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时，减压开采法才具有经济可行性。
(3) 化学试剂注入开采法化学试剂注入开采法通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破坏天然气水合物藏的相平衡条件，促使天然气水合物分解。
这种方法虽然可降低初期能量输入，但缺陷却很明显，它所需的化学试剂费用昂贵，对天然气水合物层的作用缓慢，而且还会带来一些环境问题，所以，目前对这种方法投入的研究相对较少。
新型开采方法(1)CO2 置换开采法。
这种方法首先由日本研究者提出，方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。
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每日科技名词天然气水合物
天然气水合物
natural gas hydrate
又称：可燃冰
定义：天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。
分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。
学科：化工名词_原料与产品
相关名词：天然气冻土矿物燃料
【延伸阅读】
天然气水合物，也称作甲烷水合物、甲烷冰、甲烷气水包合物或可燃冰，为固体形态的水于晶格（水合物）中包含大量的甲烷。
最初人们认为只有在太阳系外围那些低温、常出现冰的区域才可能出现，但后来发现在地球上许多海洋洋底的沉积物下，甚至地球大陆上也有可燃冰的存在，其蕴藏量也较为丰富。
天然气水合物存在于低温高压的环境，是海洋浅水生态圈中常见的成分，它们通常出现在深层的沉淀物结构中，或是在海床处露出，据推测是因地理断层深处的气体迁移后与海洋深处的冷水接触，通过沉淀和结晶等作用形成。
大陆区域的天然气水合物主要蕴藏于西伯利亚和阿拉斯加800米深的砂岩和泥岩床中。
海生形态的矿床分布于整个大陆棚（指大陆边缘倾斜平缓的海底地带），且可能出现于沉积物下或沉积物与海水接触的表面。
天然气水合物是未来很有潜力的重要矿物燃料来源。
世界上只有美国、日本、印度、中国四个国家通过国家级研发计划采到可燃冰实物样品。
中国自1999年起实施海域天然气水合物资源调查。
2007年6月12日，我国第一次开展天然气水合物钻探，科学家共在3个工作站成功获得天然气水合物实物样品。
2008年，首次在陆域上发现天然气水合物，使中国成为继加拿大、美国之后，第三个在陆域上通过国家计
划钻探发现天然气水合物的国家。
2017年7月，首次海域天然气水合物试采圆满成功。
2017年9月22日，科学家首次在我国南海海域发现裸露在海底的天然气水合物。
2017年11月3日，国务院正式批准将天然气水合物列为新矿种，成为我国第173个矿种。
（延伸阅读作者：吉林农业大学资源与环境学院副教授王明辉）。