天然气水合物研究现状及应用前景

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1、北京石油化工学院学报第19卷第3期Vo1．19NO．3JournalofBeijingInstituteof2011年9月Sep．2011Petro—chemicalTechnology天然气水合物研究现状及应用前景刘刚李朝玮(中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京102249)摘要天然气水合物是一种可补充或替代石油和煤炭的化石能源，是21世纪最具商业开发前景的清洁能源之一。介绍了天然气水合物理化性质的最新研究进展以及水合物的形成途经、分布范围和储量大小。简述了俄罗斯西伯利亚、加拿大麦肯齐三角洲地区、美国普拉德霍湾一库帕勒克河地区及中

2、国南海取得天然气水合物的实例，分析了国内外研究进展及取得的最新成果。展望了天然气水合物作为车用燃料、天然气储运载体以及用于CO。埋藏等方面的前景。关键词天然气水合物；形成与分布；二氧化碳埋藏；研究现状；应用前景中图法分类号TEO1天然气水合物在地球上的蕴藏量极大，其如图1所示，产出状态如图2所示。甲烷的吞吐量也十分可观，是岩石圈浅部一个不稳定的碳库，也是全球碳循环中的一个重要环节，在岩石圈与水圈、气圈的碳交换中起重要甲烷作用。在石油及煤炭资源供给形势日益严峻的今天，天然气水合物以其储量丰富，能高效燃烧且燃烧后碳排放量低等优点受到科学界的广泛关注，

3、并有望取代煤炭和石油而成为本世纪最主要的化石能源。1天然气水合物的理化性质图1天然气水合物分子结构天然气水合物(NaturalGasHydrate)又称可燃冰u]，是一种由水分子和气体分子组成的似冰状笼形包合物。所谓笼状包合物，是指可燃冰不是化合物，而是在低温、高压条件下形成的一个甲烷(或其他气体)分子被若干个水分子包围的固态凝聚物。组成水合物的气体分子主要是烃类，一般为CH，CH。，CH。等，有时也含有一些无机组分，如CO或H：S等。目前已开采出的水合物中的气体多为干气(CH含量高于95)，故习惯上将这种笼状包合物图2天然气水合物的产出状态称为

4、化合物，其分子式可表示为M·nH。0，其中M表示水合物中的气体分子，”为水合指天然气水合物外形如冰晶状，通常呈白色，数，即水分子数]。天然气水合物的分子结构极易燃烧。其密度为0．8～1．2g／cm。，实际值取决于其所存在的温压条件及水合物中气体的组成。水合物具有低导热系数和高电阻率，且收稿日期：201卜04—02第3期刘刚等．天然气水合物研究现状及应用前景61声波能在水合物层中快速传播，这些特征可用3国内外研究现状于对水合物储层的勘探和测井上。水合物通常以6种形式存在：(1)分子筛，1979年，国际深海钻探计划(DSDP)第66、由孔喉相互联接而

5、成；(2)狭长的网状结构，由67航次在中美海槽的钻孔岩心中发现了海底水合物从带有管道的晶格形成分子时所生成；的天然气水合物。此后，水合物成为许多国家(3)层状化合物，由互相交错的分子层组成；(4)和一些国际组织关注的热点，美国、前苏联、日带有凹陷的大分子；(5)线性高分子化合物，由本、德国、加拿大、英国、挪威等国以及DSDP和管状笼形分子组成；(6)球形笼状物，由内部分随后的大洋钻探计划(ODP)、综合大洋钻探计子填充封闭的孔穴所形成l1]。划(IODP)等组织进行了大量调查研究，先后在由于缺乏共价电子对，天然气水合物中不世界各地发现了大量天然气

6、水合物产地]。存在共价键，其分子问只是通过范德华力固结3．1俄罗斯在一起。分子间力的作用很弱，所以天然气水限于技术瓶颈，至今唯一获得开发利用的合物吸热后极易分解，一旦温压突破了其相平天然气水合物资源是1967年前苏联在西伯利衡条件，天然气水合物就会失稳并分解成天然亚(Siberia)西北部地区发现的第一个天然气水合物气藏——麦索雅哈(Messoyakha)气田。气和水。。。该气田的发现首次证实了天然气水合物储层的天然气水合物在低温、高压条件下可稳定存在，并证实了其具有商业开发价值。西伯利存在，通常情况下，其稳定存在的温度低于0～亚西北部地区1月份

7、平均温度为一28℃，7月10℃，压力高于10MPa。水合物具有很高存平均温度为1O℃，全年平均温度为～l8℃，冻储容量，没有气体时，1ITI。水凝固成1．09m。土厚度为420～480in。最初估算的原始含气冰，而1m。水可包裹207m。甲烷以形成量为24×10。m。(不含水合物产出的天然气)，1．26m。固体水合物。在10。C、2．6MPa下，而水合物中的含气量为12×10。ITI。l1]。1m。的甲烷水合物中含164m。甲烷。麦索雅哈气田自1969年12月底投产到2天然气水合物的形成及分布2009年1月初，累积产出天然气13．3×10。m。，

8、其中有6．9×10。m。天然气产自天然天然气水合物的形成主要有两条途径：(1)气水合物，占总产量的52。在气体被采出的气候寒冷致使矿层温