天然气水合物研究进展

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[详细讲解]二氧化碳置换法开采天然气水合物的研究进展

二氧化碳置换法开采天然气水合物的研究进展摘要:天然气水合物( NGH) 是存储于深海沉积物和冻土区域的新型洁净能源，注入CO2到NGH 储藏置换开采天然气是经济和环保的新型NGH 开采方法。

CO2置换NGH 研究从热力学和动力学证实都是可行的，置换反应自发进行，受扩散控制、NGH 储藏环境、气体组分、注入CO2相态等因素影响。

从实验和理论上分析置换原因、置换微观过程和置换的相态变化，阐述影响置换速率和置换效率的因素，为我国温室气体捕集、存储和NGH 开采提供基础数据和理论支持。

关键词:天然气水合物; 置换开采; 二氧化碳; 置换机理甲烷水合物广泛存在于冻土层和深海海底，也就是天然气水合物（natural gas hydrate，ＮＧＨ），１９６５年，人们首次承认ＮＧＨ作为一种巨大能源资源蕴藏在全球的普遍存在，并开始研究。

在过去的三四十年间，有关ＮＧＨ的研究得到了迅猛发展，作为天然气水合物研究的重要环节，水合物的开采技术自２０世纪９０年代开始，一直是人们重点研究的课题。

传统的水合物开采技术主要有３种：热激法，降压法，热力学抑制剂法，以上３种技术都是通过改变水合物层的环境，致使天然气水合物层处于热力学不稳定状态后分解并释放出天然气（ＣＨ４）。

由于气体水合物的分解，容易破坏水合物地层结构，从而导致洋底斜坡灾害，对海洋环境甚至地球安全都造成影响。

为此，一种新型更安全的开采技术“CO₂置换法开采ＣＨ４”正逐渐成为科学家们研究的重点。

这种技术通过向ＮＧＨ中引入另一种客体分子CO₂，降低水合物相中ＣＨ４分子的分压而将ＣＨ４分子从水合物中置换出来，达到开采ＣＨ４的目的由于置换反应直接发生在水合物相中，不同客体分子在不改变水合物结构的情况下进行交换，因此置换法开采技术不会造成地质灾害，因此不存在安全隐患。

在本文中，对置换法开采ＮＧＨ中ＣＨ４的可行性分析，反应微观机理以及影响置换反应的因素做进一步论述。

1. CO₂置换法开采ＣＨ４可行性研究置换反应可行性分析主要包括热力学可行性及动力学可行性分析。

天然气水合物三轴压缩试验研究进展

（低温、高压）及稳定性的影响，必须对三轴仪做一
些必要的改进，以适合实验的需要（以下简称低温三轴仪）由于天然气水合物对温度的强烈敏感。
沉积物强度降低面；同时因天然气水合物分解所
释放沉积物的孔隙空间，会使沉积物中孔隙流体
１天然气水合物三轴试验装置
天然气水合物既有土的重要特性，又有别于土，
正确认识这种差异，可借用土力学的手段对天然气
水合物机械特性的进行研究。如有效应力原理、固结理论以及相应的一些实验方法。三轴仪是研究土样机械特性较为理想的设备，其实测值比平面应虽变仪和真三轴仪偏低，于工程应用是偏于安全对
合物稳定存在的温度压力条件，即相平衡条件，成造
的，因其试验原理和操作方法相对简单而得到］且广泛应用。但由于天然气水合物易受其生成条件
其分解，目前开采天然气水合物中天然气资源的是
主要方法。天然气水合物经常以固态胶结物形式赋存于沉积物孔隙中，然气水合物的分解会使海底天
第３卷３
第２期
天然气勘探与开发
天然气水合物三轴压缩试验研究进展术
李洋辉宋永臣刘卫国
（海洋能源利用与节能 ” “ 教育部重点实验室・大连理工大学）
摘

天然气水合物开采技术研究进展

天然气水合物开采技术研究进展天然气水合物是指天然气和水分子在高压、低温下形成的结晶体，是天然气的一种新形式。

天然气水合物的丰富储量和广泛分布，在能源领域具有非常重要的战略意义。

目前，天然气水合物开采技术研究已经取得了一些进展，本文将从四个方面进行分析。

一、天然气水合物开采技术研究现状天然气水合物开采技术一直是石油天然气领域的研究焦点，当前主要包括以下方面：1、水合物钻探技术：研究水合物在钻探过程中的动力学行为和物理性质，并开发出适合于水合物探测的传感器、仪器等设备。

2、水合物开采技术：通过人工或自然措施改变温度、压力、浓度等环境因素，使水合物分解，达到开采目的。

3、水合物输送技术：在水合物开采后，需要将天然气输送到加工厂进行加工处理，目前研究正在进行中。

4、水合物加工技术：水合物加工技术是将开采的水合物转换成生产能用的商品气体，主要涉及水合物裂解、去除杂质、压缩储存等方面。

二、天然气水合物开采技术研究现状目前，世界各国均在加速水合物开采技术的探索，例如日本在2013年成功进行了深层水合物开采实验，韩国也在2016年成功进行了大规模天然气水合物探测试验。

而我国则于2017年成功进行了天然气水合物试采。

在这些实践中，研究者们不断探索优化开采技术，提高开采效率。

1、温度管理技术天然气水合物开采需要在压力较高的环境下进行，为使水合物分解，需要通过温度管理技术来控制水合物的热解温度。

目前，研究者们主要通过水淬、电热、压缩利用等方法来达到控制温度的目的。

2、压裂技术在水合物开采过程中，如果仅仅靠温度变化来改变水合物体积、压力，开采效率较低。

因此，需要依托压裂技术，通过向水合物区域注入压缩空气、水等物质来达到改变水合物体积的目的。

3、高效减阻剂技术在输送天然气的过程中，水合物会因发生极性相互作用而粘附在输送管道及設备表面，严重影响输送效率。

高效减阻剂技术可将水合物与管道表面分离，提高天然气输送效率。

三、天然气水合物开采技术成果目前，天然气水合物开采的有效储量还未被准确评估。

天然气水合物研究进展与开发技术概述

未来发展方向
未来发展方向
随着科技的不断进步，天然气水合物的研究和开发将迎来更多的发展机遇。未来，天然气水合物的研究将更加深入，涉及的领域将更加广泛。在开发技术方面，将会发展更加环保、高效、低成本的技术，如微生物法、化学试剂法和纳米技术等。同时，加强天然气水合物全产业链的研发和优化，推动其在能源、化工、制冷、航空航天等领域的应用。
研究进展
研究进展
天然气水合物是指在一定条件下，甲烷等气体分子与水分子形成的笼形化合物。其形成和稳定主要受温度、压力、气体成分和盐度等多种因素影响。近年来，随着地球科学、地质工程、能源工程等领域的发展，人们对天然气水合物的研究逐步深入。
研究进展
目前，全球范围内天然气水合物的研究主要集中在以下几个方面：（1）形成机理与分布规律；（2）物理性质与化学性质；（3）开采技术与经济性；（4）环境影响与安全性。尽管取得了许多重要成果，但仍存在许多挑战，如天然气水合物的稳定性和开采过程中的环境风险等。
天然气水合物储运技术的研究现状
2、高效开采技术研究：针对天然气水合物的开采，研究者们开发出了一系列新型的高效开采技术，如水平井技术、多分支井技术等，大大提高了开采效率。
天然气水合物储运技术的研究现状
3、储运安全技术研究：针对天然气水合物储运过程中的安全问题，研究者们通过模拟和分析不同情况下的风险因素，提出了一系列有效的安全防技术概述
天然气水合物储运技术概述
天然气水合物，又称可燃冰，是由天然气（主要是甲烷）与水在高压、低温条件下形成的笼形结晶化合物。由于其储存量大、燃烧清洁、开采成本低等优势，被视为一种具有巨大潜力的能源。然而，这种化合物的非稳定性以及难以运输的问题，一直是阻碍其开发利用的主要难题。因此，天然气水合物的储运技术成为近年来研究的热点和难点。

流动体系天然气水合物生长研究进展

物生长的理论模型应用于流动体系中的不多；动力学／将传质／传热三者有机结合起来的模型研究还不
成熟。并提出了未来研究的方向及建议。
关键词
天然气
水合物生长
动力学
传质
传热Ａ文章编号０５－０４２１）２０４－８２４６９（０００－２９０
将显微仪所观察到的水合物生长过程的主要
特点归纳总结如下：ａ．客体分子连续相与水分子连续相分层存
第３７卷
第２期
化
工
机
械
２ｌ５
在时，水合物会在相间界面迅速生长形成水合物分界层（１）在客体液滴或者气泡在连续的水图ｃ；
２０５
化
工
机
械
２１００年
水合物生长的实验观测多采用显微摄像技术
验的结果均表明水合物是在相界面处开始形成、
的仪器实验研究。实验现象会随着实验体系、实验设备和实验环境的不同而不尽相同。但是，实
生长和发展的
转向深海领域，开发过程中的流动保障问题成为安全生产的关键。海底高压低温的恶劣条件为天
然气水合物形成提供了有利的环境。当前，制控管道中天然气水合物生成的方法主要有添加抑制
天然气水合物的生长是一个多组分多阶段结晶过程。水合物形态学可以为研究水合物晶体结Ｊ
⑦＿ ⑩了 ◇ 一 ◎ ０ ③了 ④ ◎ ⑧了

天然气水合物开采技术的研究进展

天然气水合物开采技术的研究进展近年来，随着全球化进程的不断加速，能源的安全稳定已成为国际社会面临的重要挑战。

在国内外一系列能源资源储量调查中，天然气水合物资源大幅增加，也成为各国争夺的焦点。

天然气水合物是一种以天然气为主要组分，水分子在低温高压下形成固态的天然储藏形式，被誉为21世纪最具潜力的清洁能源之一，具有巨大的开发与利用价值。

然而，由于天然气水合物的开采技术尚未成熟，致使国内外开采难度大、成本高等问题无法完全解决。

因此，天然气水合物开采技术的研究成为当前的热点之一，各国先后开展了大量的相关研究工作。

目前，天然气水合物的开采技术主要有两种类型：一种是通过水合物层中的气体扩散，使压力降低，温度升高，引起水合物分解，释放出天然气的热采技术；另一种是通过管道将深海中的火焰和水合物输送到地面的矿井或船只进行分离转化，再运回岸上进行加工处理和储存的冷却技术。

在热采技术中，主要包括“钻井法”和“冻结法”两种方法。

其中，“钻井法”是指通过在天然气水合物层下钻井，在井道下方注入水或化学缓蚀液，使得水合物层下方压力下降，从而达到水合物储藏层解聚的效果。

而“冻结法”则是一种较为先进的技术，采用液态氮或低温冷媒进行深部冷却，使水合物分解释放天然气。

由于采用了低温技术，所产生的水合物冷却至极低温，成为块状冻结，因此技术成熟度更高，效果更为显著。

在冷却技术中，主要采用“混合工质法”和“气水分离法”两种方法。

其中，“混合工质法”是通过将水和水合物混合，稳定物理化学条件，制造为工质，在适当的温度和压力下，使天然气释放分离。

而“气水分离法”则是利用CO2的溶解度比氮气小，并不侵蚀金属材料的化学性质，从而实现CO2与水合物的较好配合。

除此之外，还有一些新型技术的出现。

比如，“快速水合物拆分技术”，通过高能量射线、声波或超声波的给入，瞬间达到水合物解聚的效果，从而实现了天然气的高效提取。

这些技术的出现不仅降低了开采的成本，而且更加节能环保，更符合现代产业发展的趋势。

天然气水合物的研究与开发

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。

天然气水合物的研究与开发

天然气水合物的研究与开发引言天然气水合物是一种具有广泛应用前景的天然能源资源。

它是在高压、低温条件下，天然气分子和水分子结合形成的晶体物质。

天然气水合物具有高能量含量、相对低的碳排放以及丰富的储量等优点，因此受到了研究和开发的广泛关注。

本文将介绍天然气水合物的研究与开发现状，并探讨其应用前景和挑战。

天然气水合物的形成与特性形成过程天然气水合物的形成需要天然气和水分子在适当的压力和温度条件下结合形成。

当水分子的结构具有空腔时，天然气分子可以进入这些空腔，形成天然气水合物。

一般情况下，天然气水合物的形成需要较低的温度和较高的压力，通常发生在海洋和陆地沉积物中。

特性天然气水合物具有以下特性：•高能量含量：因为天然气水合物中含有大量的天然气分子，所以其能量含量相对较高。

•低碳排放：与传统燃烧燃料相比，天然气水合物燃烧释放的二氧化碳较少，对环境的影响较小。

•储量丰富：据估计，全球天然气水合物储量约为20万亿立方米，远远超过常规天然气储量。

•相对稳定：天然气水合物在适当的压力和温度条件下相对稳定，有利于储存和运输。

天然气水合物的研究与开发现状研究状况天然气水合物的研究始于20世纪30年代，但直到最近几十年才受到广泛关注。

目前的研究主要集中在以下几个方面：1.形成机制：研究人员通过实验和模拟，深入研究天然气水合物的形成机制，以便更好地理解其在自然界中的分布规律。

2.存储与运输：天然气水合物的储存和运输是其应用的关键问题，目前的研究主要集中在提高储存和运输效率，以及探索新的存储和运输技术。

3.开发利用技术：天然气水合物的开发利用是一个复杂的过程，涉及到开采、提取和转化等方面的技术。

目前，研究人员致力于改进开发技术，以提高天然气水合物的利用效率。

开发现状天然气水合物的开发目前还处于初级阶段，但已经有一些开发项目取得了一定的进展。

例如，日本、韩国和加拿大等国家都在海洋天然气水合物的开发上进行了一系列试验和项目。

这些项目主要集中在水合物开采、提取和转化等方面，以解决天然气水合物的开发与利用问题。

《多孔介质天然气水合物开采的基础研究》

《多孔介质天然气水合物开采的基础研究》篇一一、引言多孔介质天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称NGH）是一种新型的清洁能源，具有极高的能源潜力和重要的战略意义。

然而，由于多孔介质内复杂的物理化学性质和开采技术的局限性，其开采仍面临诸多挑战。

本文旨在深入探讨多孔介质中天然气水合物的开采技术，以及如何更高效地开发和利用这一重要能源资源。

二、多孔介质中天然气水合物的特点多孔介质中天然气水合物是由天然气（主要为甲烷）与水分子在特定温度和压力条件下形成的晶体物质。

这种物质主要存在于海洋及陆地冻土区，且因其储存量巨大，被视为一种潜在的替代能源。

然而，多孔介质中的天然气水合物具有极强的稳定性，需要在特定的温度和压力条件下才能保持稳定。

因此，在开采过程中，如何保证开采的效率和安全性是一个亟待解决的问题。

三、多孔介质天然气水合物开采技术研究（一）物理方法目前常用的物理方法包括热激法、降压法和组合法等。

热激法是通过提高环境温度使天然气水合物分解；降压法则是通过降低储层压力使天然气水合物分解；组合法则结合了热激法和降压法的优点，通过同时提高温度和降低压力来加速分解过程。

这些方法各有优劣，需要根据实际情况选择合适的方法。

（二）化学方法除了物理方法外，化学方法也是一种有效的开采手段。

化学方法主要通过添加抑制剂、促进剂等化学物质来改变储层的物理化学性质，从而促进天然气水合物的分解和开采。

这种方法虽然成本较高，但在特定情况下可以取得良好的效果。

四、多孔介质天然气水合物开采的基础研究进展近年来，国内外学者在多孔介质天然气水合物开采方面取得了显著的研究成果。

例如，针对多孔介质的特性，研究出一种新型的物理-化学复合开采技术；通过数值模拟和实验室研究，对多孔介质中天然气水合物的分解过程进行了深入探讨；同时，还对不同开采方法的效率、安全性及环境影响进行了评估。

这些研究为多孔介质天然气水合物的开采提供了重要的理论依据和技术支持。

《多孔介质天然气水合物开采的基础研究》范文

《多孔介质天然气水合物开采的基础研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和传统化石燃料的枯竭，全球正努力寻求可替代的新能源。

多孔介质天然气水合物（简称天然气水合物）作为一种清洁、高效的能源资源，其开采技术及基础研究备受关注。

本文旨在探讨多孔介质天然气水合物开采的基础研究，为相关领域的研究者提供参考。

二、多孔介质天然气水合物的概述多孔介质天然气水合物，也称为“可燃冰”，是一种在低温高压环境下由天然气分子和水分子形成的结晶化合物。

其具有分布广泛、储量丰富、燃烧高效等优点，被视为未来能源的重要来源。

然而，其开采过程中涉及到的技术难题和基础研究仍需深入探讨。

三、多孔介质天然气水合物开采的基础研究（一）开采技术多孔介质天然气水合物的开采技术主要包括热激法、降压法、化学试剂法等。

这些方法各有优缺点，需要根据实际地质条件和开采需求进行选择。

其中，热激法通过加热降低水合物的稳定性，使其分解为天然气和水；降压法则是通过降低储层压力，使水合物分解；化学试剂法则利用特定化学试剂与水合物反应，促进其分解。

（二）储层物性研究储层物性研究是了解多孔介质天然气水合物储层特性的关键。

这包括储层的孔隙结构、渗透率、饱和度等参数的测定和分析。

这些参数对于评估储层产能、选择合适的开采技术以及预测开采过程中的潜在问题具有重要意义。

（三）环境影响研究多孔介质天然气水合物的开采过程中可能对环境产生一定影响。

基础研究需要关注开采过程中的环境问题，如地层塌陷、海水污染等。

通过实验研究和数值模拟等方法，评估不同开采技术的环境影响，为制定合理的环境保护措施提供依据。

四、多孔介质天然气水合物开采的研究进展目前，多孔介质天然气水合物的基础研究已经取得了一定的进展。

在开采技术方面，各种方法的应用和改进不断涌现；在储层物性研究方面，新的测量技术和分析方法为更准确地评估储层特性提供了支持；在环境影响研究方面，越来越多的学者关注开采过程中的环境问题，并提出了相应的解决方案。

天然气水合物的研究现状

天然气水合物的研究现状一、引言天然气水合物（气烟团结物）是一种在海洋和极地等寒冷条件下形成的天然气与水分子结合形成的固态物质，被誉为“能源界的黑马”。

天然气水合物有着巨大的储量和潜力，在能源领域具有广泛的应用前景。

二、天然气水合物的形成机理天然气水合物的形成主要是由于天然气在寒冷的海底和土壤中长期存在而形成。

气体分子在寒冷的环境中容易与水分子形成水合物，形成水合物后，则使水合物的晶体结构发生变化，形成具有网络结构的天然气水合物。

三、天然气水合物的储量与分布天然气水合物被认为是未来能源开发的重要方向之一，其储量巨大，被称为气体领域的“碳水化合物”。

据国际能源署评估，全球天然气水合物资源量可达455万亿立方米，相当于标准煤200年的储量。

目前，天然气水合物的主要分布地区在北极、南极、北太平洋和印度洋等区域。

四、天然气水合物的开采技术天然气水合物的开采技术目前还相对不成熟。

目前主要采取的方法是钻井开采，通过钻井、注水、注气等方法将天然气水合物从海底或土壤中开采出来。

五、天然气水合物的应用前景目前天然气水合物的应用前景十分广泛，包括替代煤、替代油、替代石油天然气、替代核能等方面。

此外，天然气水合物还可以用于制氢。

天然气水合物有着巨大的储量和潜力，在未来的能源市场上将具有重要的地位。

六、结语天然气水合物的研究和开发对于我国的能源安全和国民经济发展具有重要的战略意义。

为了推动天然气水合物的开发，中国政府正在积极制定相关政策，为天然气水合物的研究和开发提供支持和保障。

未来天然气水合物必将成为我国能源领域的重要战略资产。

甲烷水合物研究进展

甲烷水合物研究进展甲烷水合物是一种天然气水合物，其主要成分为甲烷和水。

其存储在富含有机碳和深海沉积物的海底，具有巨大的经济开发潜力。

然而，甲烷水合物的开发和利用仍然处于研究阶段，需要进行大量的实验研究和理论探索。

本文将介绍甲烷水合物的研究进展，包括其形成机理、开采和利用技术以及环境影响。

一、甲烷水合物的形成机理甲烷水合物是在高压和低温下形成的。

它的形成需要充足的有机碳来源，水和适宜的温度和压力条件。

在地球上，甲烷水合物主要存在于极地和深海环境中。

在深海中，富含沉积物的海底是甲烷水合物的重要存储地点。

由于过去几十年里水面下沉积物不断积累，导致了甲烷水合物的增长和积累。

此外，甲烷水合物形成也与生物过程有关。

微生物的代谢会产生大量的甲烷，这些甲烷在一定条件下可以与水结合形成甲烷水合物。

因此，研究甲烷水合物的形成过程对于了解深海生态系统和碳循环具有重要意义。

二、甲烷水合物的开采和利用技术甲烷水合物的开采和利用技术仍然处于研究阶段。

开采甲烷水合物的方法通常包括热解、减压和置换。

其中，热解是最常用的方法，它利用高温和高压条件把甲烷水合物转化为天然气从而释放甲烷。

减压方法是将甲烷水合物从高压环境中释放，利用减压将甲烷水合物转化为天然气。

置换方法则是将水替换成其他物质，如二氧化碳或氮气，从而使甲烷水合物的甲烷部分释放出来。

目前，甲烷水合物的开采还面临一些技术难题，如切割和采集甲烷水合物的设备设计、开采过程中甲烷泄漏和其它环境风险的预防等。

因此，加强开采和利用技术的研究和发展对于大规模、高效地分离和提取甲烷水合物具有重要意义。

三、甲烷水合物的环境影响甲烷是一种温室气体，其增加会导致大气温度升高，进而引发全球气候变化。

因此，甲烷水合物的开采和利用可能会对全球气候产生不利影响。

此外，在甲烷水合物开采和利用的过程中还会产生废水、渣土和废气等污染物，给环境带来压力和危害。

因此，在进行甲烷水合物研究和利用时需要按照环保法律和规范要求，采取措施保护是环境湿地、码头和港口。

天然气水合物研究进展

天然气水合物研究进展提纲z天然气水合物基本特征z天然气水合物地质成储条件z天然气水合物勘探开发若干指标z天然气水合物应用展望1-1. 水合物成分与结构11水合物成分与结构天然气水合物，又称甲烷气体水合物g y)（Methane gas hydrate), 由天然气与水所组成，呈固体状态，其外貌极像冰，即，雪或固体酒精，点火即可燃烧，故也可称为“可燃冰”、“气冰”、“固体瓦斯”。

天然气水合物的结晶格斯架主要是由水分子所构成，在不同的高条件下，子形低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型的多面体结构，形状像鸡笼，有笼形构称故有“笼形结构”之称11水合物成分与结构1-1. 水合物成分与结构已经发现的天然气水合物结构有三种，即结构I型、结构II 型和结构H型。

结构I 型气水合物为立方晶体结构，在自然界分布最为广泛，仅I 型能容纳甲烷（C1）、乙烷（C2）等小分子的烃以及N2、CO2、H2S等非烃分子，大约6个水分子“包嵌”1个气体分子；结构II 型气水合物为菱型晶体结构，水分子间的空穴可容纳丙烷II 型（C3）及异丁烷（i-C4）等烃类；结构H型气水合物为六方晶体结构，其大的“笼子”甚止可II 型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。

目前I 、II 、H型三种气水合物在自然界均有发现H 型1-1. 水合物成分与结构11水合物成分与结构水合物形成于低温高压地带，具有很大的能量密度及丰富的储量，清洁，高效，是潜在而亟待开发利用的新型能源11水合物成分与结构1-1. 水合物成分与结构海洋是碳的最大储库，碳的循环对烃类资源的形成和环境的变化发挥关键作用12水合物形成条件1-2. 水合物形成条件温压条件甲烷气体水合物的形成与稳定性严格受温度、压力、水、气组分相互关系的制约。

一般而言，水合物形成的最佳温度是O-10℃，压力则应大于100大气压（约10MPa）12水合物形成条件1-2. 水合物形成条件物源条件生物气通常来自气水合物层上下的有机质，通过甲烷菌自生自储的甲烷储集而成水合物层的下伏沉积物或沉积岩富含微生物和有机碳时可通储集而成。

天然气水合物研究进展

论文与案例交流1水合物晶体结构和性质传统化石能源（煤、石油和天然气）的大量消耗带动了工业和社会的进步，然而对能源的过度依赖也使得全球陷入能源危机之中并积极发展替代能源。

由于有技术及经济等众多壁垒的限制，使得清洁新能源大规模工业化利用尚需一定时日。

因此，天然气水合物的开发利用被很多国家提上日程，近年来获得了突飞猛进的发展。

有文章指出，天然气水合物的储量两倍于煤、石油和天然气总储量之和。

因其主要成分为甲烷等各类可燃气体，是上等的优质燃料，若能合理有效地利用这些能源，无疑将会极大地缓解整个世界能源体系的危机现状。

当前全球已经有79个国家发现了天然气水合物，而30多个国家相继开展了水合物的研究工作[1]。

2007年，中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品，成为继美国、日本，印度之后世界上第四个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。

天然气水合物是由某些气体或它们的混合物与水在一定温度、压力条件下生成的一种半稳态的类似于致密冰雪的冰状笼型固体化合物，由水分子的几何晶格构成，晶格含有被轻烃或其他轻质气体(如氮气、二氧化碳)占据的空穴，一般在25℃以下有可能形成。

水分子称为主体分子，而轻烃或其它轻质气体通常称为客体分子。

由水分子通过氢键形成不同形式的刚性笼架晶格，每个笼架晶格中包含一个主要为甲烷的天然气分子，水分子与天然气分子之间通过范德华力相互吸引。

在自然界中，水合物大多存在于大陆永久冻土带和海底沉积层中，其组成以甲烷为主，与天然气相似，故常称作天然气水合物，其中甲烷含量高达99%的天然气水合物又称为甲烷水合物。

已经发现的水合物类型共有三种[1-6]：I 型、II 型和H 型。

其中结构Ⅰ型属于体心立方体结构，可由天然气小分子在深海形成，其笼架晶格以各自的笼架体心堆砌排列。

结构Ⅱ型属于金刚石立方结构，可由含分子大于乙烷小于戊烷的烃形成。

结构I 型和结构II 型主要有小腔和大腔两种结构。

结构H 型属于六面体结构，可由挥发油和汽油等大分子形成，结构H 型有小腔、中腔和大腔三种结构。

天然气水合物勘探和开采方法研究进展

ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｏｆｎａｕｒｔａｌｇａｓｈｙｒａｄｔｅｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｈｙｒａｄｔｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｍｅｎｎｔｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｉｔ ’ Ｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎａｔｕｒａｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｔｕｒａｌｇａｓｈｙｄｒａｔｅｉｓａｋｉｎｄｏｆｓｏｌｉｄｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅｓｕｂｓｔａｎｃｅｆｏｒｍｅｄｆｒｏｍｗａｔｅｒａｎｄｎａｔｕｒａｌｇａｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｉｔｈａｓｔｈｅａｄｖｎｔａａｇｅｓｏｆｎｏｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｈｅａｔｖａｌｕｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｎａｔｕｒａｌｇａｓｈｙｒａｄｔｅｉｎＣｈｉｎａｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎ

天然气水合物调查和研究现状

天然气水合物调查和研究现状引言天然气水合物是一种在高压、低温条件下形成的结晶体，由天然气分子和水分子组成。

它具有高含气量、高燃烧效率和丰富的资源潜力，被视为未来能源领域的重要替代品。

本文将对天然气水合物的调查和研究现状进行综述，包括其形成、开采技术、环境影响以及前景展望。

1. 形成机制天然气水合物的形成需要同时具备一定的压力和温度条件。

在海底的沉积物中，天然气与水结合形成水合物晶体，这是因为海底的高压和低温环境满足了水合物形成的条件。

此外，天然气水合物也存在于极地地区的冻土层中。

2. 开采技术目前天然气水合物的开采技术还处于初级阶段，但已经取得了一定的进展。

目前常用的开采方法包括压力释放法和化学添加剂法。

压力释放法是通过减小水合物所处的压力，使其解离释放天然气。

化学添加剂法则是通过添加特定的化学物质，改变水合物的稳定性，使其解离释放天然气。

这些开采技术还存在一些问题，如高成本、环境影响等，需要进一步研究和改进。

3. 环境影响天然气水合物的开采对环境可能会造成一定影响。

首先，开采过程中可能会产生大量的废水和废气，对水质和大气造成污染。

其次，开采后的地下空洞可能会引起地质灾害，如地面塌陷。

此外，天然气的燃烧也会产生二氧化碳等温室气体，对气候变化产生影响。

因此，在开采天然气水合物的同时，应该注重环境保护和可持续发展。

4. 前景展望天然气水合物作为一种新型的天然气资源，具有广阔的应用前景。

首先，天然气水合物具有高含气量，可以成为天然气的重要替代品。

其次，天然气水合物的资源量丰富，可以提供长期的能源供应。

此外，天然气水合物的开采技术还有待进一步完善和发展，未来可能会有更成熟的技术应用于实际生产中。

综上所述，天然气水合物具有巨大的发展潜力，对能源领域和环境保护具有重要意义。

结论天然气水合物是一种具有巨大潜力的能源资源，其调查和研究在不断进行中。

我们需要进一步拓展对于天然气水合物形成机制的了解，改进开采技术以提高生产效率，并注重环境影响的控制和可持续发展。

天然气水合物资源勘探与开发技术研究进展

天然气水合物资源勘探与开发技术研究进展天然气水合物，是天然气分子与水分子在一定温度和压力条件下形成的固态化合物，具有巨大的潜在能源储量。

近年来，随着人类对能源需求的不断增长以及传统石油和天然气资源的减少，天然气水合物逐渐成为全球能源行业关注的焦点。

天然气水合物资源的勘探与开发技术也在不断发展和突破，为解决能源问题提供了新的可能性。

一、天然气水合物资源勘探技术的研究进展天然气水合物资源的勘探是实现其可持续利用的基础。

当前的天然气水合物勘探技术主要包括露天采样、岩石物理探测和钻探试验等。

其中，露天采样是目前应用最广泛的一种方法，通过收集从海洋底部冒出的天然气水合物样本，来研究其分布、组成和物理性质。

岩石物理探测技术则通过测量反射波和传播速度等数据，间接推断天然气水合物的存在和含量。

钻探试验则是直接钻取样本来验证和评估地下水合物的储量。

这些技术的不断发展完善，为天然气水合物资源的精确勘探提供了可靠手段。

同时，利用现代地球物理勘探技术也取得了一定的突破。

例如，通过声波测井技术可以得到水合物层的密度、压力和声波速度等信息，帮助确定水合物储层的分布和特征。

电磁测井技术则可以测量电阻率、磁化率等物理参数，从而推测水合物的存在。

二、天然气水合物资源开发技术的研究进展天然气水合物资源的开发是将其转化为可利用能源的关键环节。

目前，主要的开发技术包括艇载采集和常压溶解技术。

艇载采集技术是将水合物从海底采集到船上，再经过分离、恢复、脱除水分等步骤，最终得到天然气产品。

这种技术采集和处理过程复杂，对技术设备和人员要求较高，但能够直接利用水合物资源，是一种较为直接和高效的开发方式。

常压溶解技术则是在常温常压下，以添加剂辅助，将水合物转化为气相和水相，以便进行进一步处理。

该技术相对较为简单，无需特殊设备和条件，能够有效地提高水合物开发的经济性和可行性。

同时，储存和输送技术也是水合物资源开发的重要环节。

尽管天然气水合物在水下的压力和低温环境下保持稳定，但一旦离开这种环境，水合物会发生分解或变形。

天然气水合物开采技术的研究现状

天然气水合物开采技术的研究现状天然气水合物是一种蕴含丰富甲烷的沉积物，其有着天然气的能量密集性和液态天然气的高效性，因此一直被视作具有极高潜力的清洁能源。

世界各国都在积极开展天然气水合物的勘探工作，但是开采天然气水合物的技术仍面临很多挑战和困难。

本文将介绍天然气水合物的开采技术研究现状。

一、天然气水合物开采技术的研究意义天然气水合物被认为是未来能源的重要组成部分，具有极高的经济和环境效益。

相较普通天然气而言，天然气水合物在资源储量方面的潜力更大，据估计，天然气水合物的储量是普通天然气的数倍。

而且，天然气水合物的开采不会对环境产生污染，能有效缓解对传统能源使用所面临的环境问题。

此外，利用天然气水合物作为能源还可以降低对石油和煤炭等传统能源的依赖，有助于促进国家的能源多元化和可持续发展。

二、现有的天然气水合物开采技术目前，天然气水合物的开采技术主要分为以下几种。

1. 带水层开采法该方法利用水合物与沉积物随着水深增加在温度和压力等自然条件下发生相变，通过加热来恢复油气。

但这种方法生产成本较高，开采难度较大。

2. 直接用井筒吸采法该方法是将井筒钻进水合物层内，通过给井筒注水，使水分析增加、压力降低，沿着井筒管道吸取天然气水合物。

这种方法成本较低，但随着井筒深度增加和温度和压力条件的变化，水合物易发生解除，导致开采难度的增加。

3. 热激发开采法该方法是通过注入高温高压流体来热激发天然气水合物，使其发生相变，从而将油气释放出来。

虽然这种方法成本相对较高，但开采效率高，且不会对环境产生污染，因此被认为是未来天然气水合物开采的有力竞争者。

三、天然气水合物开采技术研究存在的问题及展望1. 技术成熟度不高。

与传统油气开采相比，天然气水合物开采技术要更加高级和复杂，现有技术并不能有效解决其开采过程中面临的各个问题。

2. 安全隐患较大。

天然气水合物开采过程中存在较大的安全隐患，如果处理不当可能会对海洋环境产生严重的影响。

天然气水合物及其开发利用研究进展

天然气水合物及其开发利用研究进展班级：高分子13-3 姓名：*** 学号：*********** 摘要：天然气水合物是继煤、石油和天然气等能源之后的一种潜在新型能源，本文简要介绍了天然气水合物的由来、性质和特征，根据目前国内外研究现状，概述了天然气水合物勘探开发方面的国际研究新进展，以及我国在这方面取得的研究进展，归纳了目前的问题并展望了发展的方向和趋势。

1天然气水合物天然气水合物是近六十年来发现的一种新的矿产资源，它由天然气（主要为甲烷）和水在高压低温条件下形成的类冰状的非化学计量的、笼形结晶化合物。

因其外观像冰而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”、“气冰”。

天然气水合物具有使用方便、燃烧高效清洁、埋藏浅等特点，被誉为21世纪最具有商业开发前景的战略资源，预测储量是煤炭、石油、天然气资源总和的2倍，截至2009年全球共发现116处天然气水合物产地。

目前已有40多个国家和地区正在进行天然气水合物的研究与勘探。

2国际研究新进展目前对于天然气水合物的研究主要包括：天然气水合物的成因分析及其物理化学特性；天然气水合物的勘探技术研究；天然气水合物的开发技术研究及其相关开采、储运、分离和应用等；天然气水合物的潜在环境影响评估及其与全球气候变化的关系(梅东海，1996；Makogon，1997；陈作义等，2002)。

下文对这几方面根据国内外几年研究进展简要介绍。

2.1 天然气水合物的成因分析及物理化学特性天然气水合物中甲烷的成因有3种，分别是热成因、微生物成因和二者混合成因。

在墨西哥和里海两处发现了主要由热成因甲烷形成的天然气水合物。

Kvenvolden(1993)通过对布莱克外海岭甲烷和cO，的同位素研究，证明该处甲烷主要为微生物成因。

Kvenvolden(1995)通过对于采自世界各地的水下天然气水合物样品中的烃类气体成分和甲烷碳同位素组成进行分析，认为形成的甲烷分子主要为微生物成因。

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( 1) 天然气水合物与全球温度变化的关系; ( 2) 天然气水合物与海底变动及斜坡滑塌的关系; ( 3) 天然气水合物形成机理及开采与储运技术。第三方面是化工、能源工作者所关心和研究方向。相平衡的研究主要在新型水合物( 如 H 型水合物) 的相平衡和油气生产、输送等实际过程中水合物生长的抑制; 水合物生成和分解动力学研究已成为研究热点, 激光、核磁共振等先进技术手段已被用来研究水合物的生长和分解微观过程; 水合物的开采技术和利用水合物的高密度储气特性储存及运输天然气技术的研究也日益受到重视, 具有重大的经济价值。另外, 多孔介质中水合物的相平衡、形成和分解特性的研究也是当前水合物的一个研究热点。
成动力学, 认为晶核的形成( 诱导期) 与过冷度、气 %
液接触面积等参数有关, 提出了下列模型:
r=
K
rA
s
[H
2O]
m[
H2O]
n c
[
M
]
q
( 2)
式中: r 为耗气率; K r 为反应速率常数; A s 为气液界
面总表面积; [ H2O] 、[ H2O] c 、[ M ] 分别表示水单体、
临界尺寸簇及气体的浓度; m 、n、q 分别表示各组分
天然气水合物研究方向
由于天然气水合物在能源、环境和地质变化等方面的具有重要作用, 引起许多国家政府和科技工作者的高度重视。天然气水合物的研究最初是为了
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工程建设
天然气工业
2001 年 1 月
解决油气输送管道和设备的堵塞问题, 抑制水合物的形成, 研究主要在相平衡方面, 水合物的成长和分解动力学研究不多。现在随着人们对水合物的研究不断深入, 以及天然气水合物作为未来能源的可能性, 研究领域不断扩大。现在水合物的研究主要在三个方面:
图 1 含抑制剂水合物相图
94
图 2 含甲醇/ 乙二醇和电解质水合物相图
3 H 型水合物 Ripmeest er( 1987) 发现 H 型水合物以来, L eder hos 和 Sloan( 1992) 首次在实验室中测量了甲烷和金刚烷 H 型水合物的相平衡数据( 图 3) ; 随后, Becke ( 1992) 、Meht a( 1993, 1994) 、T homas( 1994) 、Danesh ( 1994) 、M akogon( 1996) 分别测量了不同体系中 H 型水合物相平衡的实验数据图( 3) 。Meht a 和 Sloan ( 1996) 利用有关H 型水合物的相平衡数据, 对预测
激光技术研究了水合物成核和生长过程; Bollavaram
等人( 1999) 研究了水合物单晶体动力学。现在 Ra
man 光谱、核磁共振、X 射线等技术被广泛应用于研
究水合物的动力学研究。
水合物在条件改变( 如压力降低或温度升高) 时
可分解成气体和水。Kamath( 1984) 基于流体核沸腾
的传热规律研究了丙烷水合物的分解过程; Kamath
13 6 立方型
2001 年 1 月
H型
小晶穴中晶穴大晶穴
512
43 5663
5 126 8
3
2
1
3. 91
4. 06
5. 71
7. 5~ 9. 0
34 六面体
水合物形成的方法。日本的一些研究人员把水合物的开采与空气中二氧化碳的分离结合起来, 对二氧化碳相平衡的研究也日益受到重视。Ohg aki 等人 ( 1996) 在实验室中验证了将空气中的二氧化碳分离和天然气水合物的开采结合起来的可能性。自 Rip meest er( 1987) 发现 H 型水合物以来, H 型水合物相平衡的研究已成为水合物研究的一个重要方向。
水合物的动力学研究可分为宏观动力学和微观动力学两大类。八十年代以来 Bishnoi 所在的实验室对水合物的形成和分解动力学进行了一系列的研究, 受到许多国家水合物研究工作者的重视, 但在我国水合物动力学的研究几乎处于空白。水合物的形成过程由溶解、成核和生长过程组成( 图4) , 微观机
Bishnoi( 1983, 1985) 从微观的角度研究了水合物形
结论
裂缝性储集层的容积系数( h f) 是裂缝性储层储渗性能的真实反映, 与储集层的产能( Q AOF ) 之间存在着密切的幂函数关系。评价裂缝性储层时, 通过求取储层的 h f, 并建立 h f 与 Q AOF 的关系式, 可以很容易对评价层的储渗性及产能进行量化评价。从而使裂缝性储层的评价由定性判断上升到定量评价高度, 避免了靠定性认识选择试油层带来的盲目性, 有助于提高裂缝性储层的试油成功率。
第 21 卷第 1 期
天然气工业
工程建设
图 3 甲烷与 2, 2 二甲基丁烷/ 金刚烷水合物相图
H 型水合物相平衡的数学模型进行了优化, Madsen 和 Pedersen( 2000) 把 H 型水合物中两个较小的晶穴 ( 512、435663) 看成一类小晶穴, 简化了数学模型。
水合物动力学研究
( 4)
图 4 水合物形成动力学示意图
理非常复杂, 实验测量较为困难。因而动力学的研
究难度较大, 有关动力学的研究还很不成熟。气体水合物的形成过程可以看成一个结晶过
程, 包含晶核的形成和晶体生长过程, 其反应式为:
M ( 气) + nH2O ( 液) M nH2O ( 固)
( 1)
晶核的形成比较困难, 一般都包含一个诱导期,
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工程建设
水合物晶穴种类晶穴结构晶穴数目晶穴平均半径可容纳分子的大小单位晶胞水分子数晶体结构
天然气工业
表 1 气体水合物晶体特性
∀型
#型
小晶穴大晶穴
512
512 62
小晶穴大晶穴
5 12
5 126 6
2
6
3 91
4 33
<52
16
8
3. 91
4. 73
5 2~ 6. 9
46 立方型
参考文献
1 戴金星我国天然气资源及其前景天然气工业, 1999; 19( 1) : 3~ 6
2 L eder hos J P, Mehta A P , N yberg G B, Warn K J, Sloan E D Jr. Structur e H Clat hrate Hy drate Equilibrium of M ethane and Adamantane. AICHE J. , 1992; 38: 1045~ 1048
天然气水合物是天然气与水在一定条件下形成的类似冰的笼形晶体水合物( clat hrate hydrat e) , 俗称可燃冰!。自然界中存在的天然气水合物的主要气体成分为甲烷。虽然早在 19 世纪在实验室中就发现了气体水合物, 但仅在油气生产和运输管道、设备中发现水合物堵塞问题, 天然气水合物的研究才引起人们的重视。随着在冻土带和海洋中天然气水合物发现量的不断增大, 其作为一种诱人的未来能源为许多国家政府重视。天然气水合物可看作一类主、客体相互作用的水合物。作为主体的水分子通过氢键作用形成不同形状的笼, 客体分子则居于笼中, 主体分子和客体分子间通过范德华力相互作用, 客体分子的大小决定水合物的种类。到目前为止, 已经发现的天然气水合物结构有 ∀ 型、#型和 H 型
三种, 其结构特征见表 1。
水合物相平衡研究
水合物相平衡的研究主要就是通过实验方法和数学预测手段确定水合物的相平衡条件。在油气设备、管道中形成的水合物会引起堵塞, 影响生产, 甚至使管线乃至整个油井报废。因此, 研究天然气水合物的相平衡具有重要的实际意义。为防止水合物形成, 目前在油气工业生产、运输过程中普遍采用加入甲醇或乙二醇的方法, 改变水合物的生成条件, 防止水合物堵塞设备或管道。有关实验表明, 当加入 50% ( 重量) 甲醇时, 水合物固液平衡曲线向低温方向移动了 25~ 30 ∃ 。近年来 Sloan 等人研究了加入适量的表面活性剂, 形成反胶团或微乳, 从而抑制
另外需要指出, 裂缝孔隙度计算中, 式( 1) 主要受 R m 的制约, 计算结果可靠性差。式( 2) 的计算结果排除了 R m 的影响, 更符合客观实际。建议裂缝性储层评价时, 采用式( 2) 计算储层的裂缝孔隙度。
参考文献
1 谭廷栋. 裂缝性气藏测井解释模型与评价方法. 北京: 石油工业出版社, 1987
的反应级数。
Sloant 和 Christ iansen( 1993) 提出了一种新的水
合物形成机理, 他们认为影响诱导期的有两个因素:
形成水合物结构所需的不稳定簇的丰度( Abundance
of labile cluster) 和竞争结构( Compet ing st ruct ure) 的
存在, 它们影响诱导期的长短。M art in ( 1997) 运用
( 收稿日期 2000 09 28 编辑韩晓渝)
* 本文得到中国科学院院长基金和广东省自然科学基金资助( 99039) 。 * * 孙志高, 讲师, 1966 年生; 1997 年于东南大学获硕士学位, 现在上海交通大学读博士。主要从事天然气水合物方面的研究。地址: ( 510070) 广州市中国科学院广州能源研究所。电话: ( 020) 87305777。
第 21 卷第 1 期
天然气工业
工程建设
天然气水合物研究进展*
孙志高* * 王如竹
( 上海交通大学)
樊栓狮郭开华
( 中国科学院广州能源研究所)
孙志高等. 天然气水合物研究进展天然气工业, 2001; 21( 1) : 93~ 96 摘要天然气水合物是一种类似冰的笼形晶体水合物, 在标准状况下 1 m3 的水合物可包含 150~ 200 m3 的天然气。随着冻土带和海洋中天然气水合物发现量的不断增大, 天然气水合物将成为一种诱人的未来能源。为将来经济、合理地开发利用天然气水合物资源, 全面、深入研究天然气水合物的特性是十分必要的。文章介绍了天然气水合物在相平衡和动力学方面的研究进展, 并指出了天然气水合物今后的研究方向。主题词天然气水合物特性相平衡动力学研究