2019年国家科学技术奖提名项目公示内容(自然科学奖)

附件：

2019年国家科学技术奖提名项目公示内容

（自然科学奖）

项目名称: 海洋天然气水合物分解演化理论与调控方法

提名者:谈和平，哈尔滨工业大学，教授，工程热物理

郭烈锦，西安交通大学，教授，工程热物理

宣益民，南京航空航天大学，教授，工程热物理

一、提名意见

二、项目简介（限1页）

天然气水合物是最具开采价值的新型清洁能源，我国南海储量达800亿吨油当量，是我国石油与天然气已探明储量的总和，实现天然气水合物资源开发是我国重大战略需求。天然气水合物开发过程存在水合物分解相变复杂、热质传递困难、储层胶结强度弱化显著等问题，导致水合物分解产气效率低、持续性差，甚至引起储层失稳等重大安全风险，因此实现其安全高效开采是世界性难题。该项目在国家自然基金重点项目、973计划、国家科技重大专项等项目支持下，针对水合物分解多孔介质内复杂相态转化理论、含相变过程多相多组分运移机制、储层胶结强度弱化及其与海底结构物相互作用机理等关键科学问题，开展了十余年的研究，取得了以下主要突破和科学发现：

1. 发现了海洋天然气水合物分解相态转化-多相渗流-胶结弱化规律，建立了水合物分解运移与储层变形演化理论。建立了海洋多组分体系水合物相平衡方程，发现了水合物分解亚稳态纳米气泡富集现象，认识了分解过程水合物再生成本质；发现了微孔隙内水合物赋存形态转化特性，提出了水合物相变渗流模型；发现了水合物储层粘聚力随水合物分解的衰减规律，揭示了水合物储层变形过程中胶结结构的演化机制。

2. 揭示了海洋天然气水合物分解驱动与失稳机理，提出了水合物分解强化与储层安全调控方法。发现了天然气水合物分解存在压差驱动-显热主导-传热控制表观动力学演化三历程，提出了强化天然气水合物分解方法；发现了二氧化碳水合物具有更高的抗变形能力，提出注二氧化碳强化储层结构强度方法；建立了水合物储层与结构物相互作用模型，确定了水合物分解对海底结构物的影响作用。

3. 构建并验证了海洋天然气水合物模拟开采系统。发现了水合物分解过程压力传递、流体输运及储层失稳的主控因素，建立了具有自主知识产权的海洋天然气水合物开采模拟系统与安全评价系统，为试采工程提供了理论方法；完成了南海水合物储层保温保压岩芯分析，提出了适用于南海储层特征的试采方法，为南海天然气水合物试采提供支撑。

8篇代表性论文SCI他引541次，3篇入选ESI高被引，受邀在国际学术会议作大会报告20余次，成果获多国院士及学会Fellow在Nature子刊等期刊引用。项目水合物相态研究引起加拿大Englezos和Ripmeester两位院士关注，在论文中多处对比引证，并开展后续研究；英国Soga院士认为该项目成果对储层稳定性评价具有重要价值。获海洋工程科学技术奖特等奖、一等奖各1项，教育部自然科学奖一等奖1项。

三、客观评价

8 篇代表性论文发表于Appl. Energ.、Int. J. Heat Mass Tran.等国际著名期刊，3 篇入选ESI高被引论文，被多国院士及学会Fellow等在Nat. Commun.、Energ. Environ. Sci.等期刊SCI他引541次，产生了广泛的学术影响：

发现点（1）海洋天然气水合物分解运移与储层变形演化理论

1）该项目多组分水合物体系相态转化研究成果，引起加拿大P. Englezos与J. Ripmeester两位院士的关注，在他们合著的研究论文摘要、正文中多处引用，提出了高效的水合物相变促进方法。

2）日本天然气水合物著名学者、庆应大学R. Ohmura教授评价该项目揭示了多参数对水合物相态转化的影响规律，显著降低水合物相平衡压力。

3）俄罗斯科学院T. Lyubimova教授评价该项目发现了气体流动对水合物分解的主控作用，认为对流传热对天然气水合物降压开采影响更大，并利用该成果描述水合物开采渗流过程。

4）加拿大拉瓦尔大学J. Konrad教授评价该项目接触面模型是唯一对单调及循环加载条件下砂土与结构物间接触力学特性进行预测的模型，能够更好模拟循环荷载作用下界面复杂特性。

5）英国皇家工程院K. Soga院士评价该项目水合物储层剪切和蠕变性质研究成果，对水合物开采过程储层稳定性评价具有重要价值。

发现点（2）海洋天然气水合物分解强化与储层安全调控方法

1）日本传热学会副会长S. Maruyama研究日本南海海槽天然气水合物降压开采产气特性，同样发现水合物分解过程的三历程演变规律，并认为与项目成果非常相似。

2）挪威科技大学首席研究员S. Kjelstrup教授在领域顶级期刊Nat. Commun.和Energ. Environ. Sci.多次大篇幅引用储层强度弱化方面研究成果，评价该项目发现了围压对水合物强度的影响存在一个由强化到弱化转变的临界压力。

3）工程地质领域权威期刊Eng. Geol.编委G. Crosta教授和国际土力学与岩土工程学会TC105副主席M. Jiang教授发表系列论文对项目成果进行引用，并基于该项

目发现的水合物储层强度演变规律，建立了水合物胶结模型参数与水合物强度之间的关系。

发现点（3）海洋天然气水合物模拟开采系统

1）印度国家科学院J. Sangwai院士评价该项目发现了调控方法的最大产气率，提出了水合物开采最优方案的评估方法。

2）新加坡国立大学P. Linga教授在水合物开采前沿与挑战综述论文中，评价该项目建立的水合物开采模拟系统成功模拟了低渗储层、原位条件下水合物降压开采的产气效率，认为该项目提出的开采方案是提高经济性的公认途径。

3）美国劳伦斯伯克利国家实验室G. Moridis教授评价该项目水合物沉积物杨氏模量、刚度等研究成果，对刻画水合物储层特性是必要的。

该项目的影响及应用

1）我国郑哲敏、谢克昌为组长的专家组一致认定：该项目保温保压水合物岩芯现场在线分析，成功用于天然气水合物固态流化试采工程。

2）国家海洋局第一海洋研究所应用了该项目建立的水合物沉积物本构模型，评价该模型能够有效描述水合物及其沉积物的应力应变关系。

3）中海油研究总院应用了该项目水合物储层力学特性分析及稳定性评价技术成果，评价该成果对基于水合物的海底不稳定性风险辅助决策系统的建立具有较好的支持作用。

项目研究成果“海洋天然气水合物生成机理与分解安全机制”获2013年度海洋工程科学技术奖唯一特等奖，“多孔介质内含相变过程多相多组分输运机理”获2017年度教育部自然科学奖一等奖，“天然气水合物开采控制机理研究”获2017年度海洋工程科学技术奖一等奖。建立了“天然气水合物安全高效开采研究”国家国际科技合作基地，培养基金委优青2人、教育部青年长江1人、中组部青年拔尖1人。