可燃冰研究进展总结与分析ppt课件.ppt

关于可燃冰研讨进展的调研报告关于可燃冰研讨进展的调研报告报告人：赵秋阳报告人：赵秋阳目录目录•可燃冰的概念和构造可燃冰的概念和构造•可燃冰的构成条件及存在形状可燃冰的构成条件及存在形状•可燃冰热力学及动力学性质可燃冰热力学及动力学性质•可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患•中国可燃冰勘探和研讨现状中国可燃冰勘探和研讨现状可燃冰的概念和构造可燃冰的概念和构造可燃冰的全称可燃冰的全称为甲甲烷气水合物气水合物(Methane clathrate )，也称，也称作甲作甲烷水合物、甲水合物、甲烷冰、天然气水合物可燃冰是一种无冰、天然气水合物可燃冰是一种无色透明冰状晶体，是甲色透明冰状晶体，是甲烷和水所构成的一种和水所构成的一种笼型气体水合物型气体水合物．水分子．水分子经过氢键相互吸引构成相互吸引构成笼．甲．甲烷分子就存在于分子就存在于这种种笼中；中；可燃冰的主要成分是甲可燃冰的主要成分是甲烷(80％一％一99％％)从微微现上看，其分子构培育象是一个上看，其分子构培育象是一个“笼子〞，子〞，假假设干个水分干个水分组成的成的“笼子〞里关着一个气体子〞里关着一个气体分子有的成五角十二面体，有的成五角分子。

有的成五角十二面体，有的成五角(六六角角)十六面体其分子式十六面体其分子式为 式中式中n为水分于数水分于数在常温常在常温常压下，下，1立方米的立方米的“可燃冰〞可可燃冰〞可释放出放出164立方米的甲立方米的甲烷和和0.8立方米的水立方米的水迄今迄今为止，已止，已发现的天然气水合物构造的天然气水合物构造类型有型有I I型构造、型构造、ⅡⅡ型构造和型构造和H H型构造型构造……三种，如下三种，如下图可燃冰的概念和构造可燃冰的概念和构造I型构造型构造为立方晶体构造，其在自然界分布最立方晶体构造，其在自然界分布最为广泛，广泛，仅能包能包容甲容甲烷(C1)、乙、乙烷(c2)这两种小分子的两种小分子的烃以及以及N2、、C02、、H2S等非等非烃分子，分子，这种水合物中甲种水合物中甲烷普遍存在的方式是构成普遍存在的方式是构成 的是的是 几何构架几何构架ⅡⅡ型构造型构造为菱形晶体构造，除包容菱形晶体构造，除包容Cl、、Q等小分子外，等小分子外，较大大的的“笼子〞子〞 (水合物分子中水分子水合物分子中水分子间的空穴的空穴)还可包容丙可包容丙烷(C3)及异丁及异丁烷(i-C4)等等烃类。

H型构造型构造为六方晶体构造，其大的六方晶体构造，其大的“笼子〞甚至可以包容直径子〞甚至可以包容直径超越异丁超越异丁烷(i-C4)的分子，如其他直径在的分子，如其他直径在7．．5A〔埃〕～〔埃〕～8．．6A〔埃〕之〔埃〕之间的分子H型构造水合物早期型构造水合物早期仅见于于实验室1993年才在墨西哥湾大年才在墨西哥湾大陆斜坡斜坡发现其天然形状其天然形状ⅡⅡ型和型和H型水合物比型水合物比I型水合物更型水合物更稳定可燃冰的概念和构造可燃冰的概念和构造可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状在自然界在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色的暗褐色的亚等等轴状、状、层状、小状、小针状状结晶体或分散状晶体或分散状它可存在于零下，也可存在于零上温度它可存在于零下，也可存在于零上温度环境从所从所获得的岩心得的岩心样品来看，天然气水合物可以多种方式存品来看，天然气水合物可以多种方式存在：在：①①占据大的岩石粒占据大的岩石粒间孔隙；孔隙；②②以球粒状分布于以球粒状分布于细粒岩石中；粒岩石中；③③以固体方式填充在裂痕中；以固体方式填充在裂痕中；④④大大块固固态水合物伴随少量堆水合物伴随少量堆积物。

物在自然界，天然气水合物的存在主要受气源、在自然界，天然气水合物的存在主要受气源、组分、温度、分、温度、压力、力、盐度等介度等介质条件的控制条件的控制研研讨发现可燃冰的构成有可燃冰的构成有3个根本条件：个根本条件：(1)温度在温度在0℃左右，最高限是左右，最高限是20℃；再高就分解了；；再高就分解了；(2)压力大于力大于3 MPa；；(3)有丰富的甲有丰富的甲烷气源和水源气源和水源环境温度接近境温度接近0℃时只需只需3个大气个大气压便可构成可燃冰；假便可构成可燃冰；假设是是在只需一个大气在只需一个大气压的的环境中，那么必需到达一境中，那么必需到达一76℃的低温的低温时可燃冰才可以构成此外，可燃冰才可以构成此外，压力越大，构成的可燃冰越不容力越大，构成的可燃冰越不容易分解；在足易分解；在足够大的大的压力下，可燃冰在力下，可燃冰在18℃时仍能仍能维持持稳定不不过这种依托种依托压力力维持的持的稳定形状也是有极限的．一旦温度定形状也是有极限的．一旦温度超越超越20度再太的度再太的压力也无能力也无能为力，甲力，甲烷气体便会逸出，气体便会逸出，导致致可燃冰分解可燃冰分解可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状研研讨发现可燃冰的可燃冰的构成有构成有3个根本条个根本条件：件：(1)温度在温度在0℃左右，左右，最高限是最高限是20℃；；再高就分解了；再高就分解了；(2)压力大于力大于3 MPa；；(3)有丰富的甲有丰富的甲烷气源和水源。

气源和水源目前科学家曾经认识到到自然条件下可燃冰的构成主要有两种目前科学家曾经认识到到自然条件下可燃冰的构成主要有两种方式一种是生物成因，另一种是热成因，也能够由两种成固方式一种是生物成因，另一种是热成因，也能够由两种成固混合前成混合前成生物成因是指在细菌等微生物的作用下，堆积物中含有的碳元生物成因是指在细菌等微生物的作用下，堆积物中含有的碳元索转化为甲烷；在适当的温度和压力条件下，甲烷与水发生作索转化为甲烷；在适当的温度和压力条件下，甲烷与水发生作用，转化为气水合物即可燃冰生物成幽的可燃冰通常具有用，转化为气水合物即可燃冰生物成幽的可燃冰通常具有甲烷浓度高、但空间分布较为分散的特点甲烷浓度高、但空间分布较为分散的特点热成因的可燃冰通常与石油、天然气的构成和运移亲密相关热成因的可燃冰通常与石油、天然气的构成和运移亲密相关由于板块运动或断层活动，在板块边缘或地层中会不断产生裂由于板块运动或断层活动，在板块边缘或地层中会不断产生裂痕、空隙等可供气体挪动的通道．地层深部的生油母质干酪根痕、空隙等可供气体挪动的通道．地层深部的生油母质干酪根因热解而产生的天然气便有时机沿着这些通道上升到洋底外表因热解而产生的天然气便有时机沿着这些通道上升到洋底外表或陆地上的冻土层附近。

在压力作用下．这些天然气与温度很或陆地上的冻土层附近在压力作用下．这些天然气与温度很低的海水或冻土层中的水发生作用，便构成了可燃冰热成因低的海水或冻土层中的水发生作用，便构成了可燃冰热成因构成的可燃冰普通分布较为集中，饱和度也比较高，而且其底构成的可燃冰普通分布较为集中，饱和度也比较高，而且其底部往往蕴藏着具有工业开采价值的天然气部往往蕴藏着具有工业开采价值的天然气可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状地球深海底部的温度通常低而地球深海底部的温度通常低而稳定，年年定，年年坚持在持在24℃℃，水深，水深300米左右米左右处便可到达便可到达30个大气个大气压因此，较深的海底深的海底环境境便成便成为构成和保管可燃冰的理想构成和保管可燃冰的理想场所据科学家推断，大所据科学家推断，大约90％的大洋水域空％的大洋水域空间可以构成可燃冰也就是可以构成可燃冰也就是说，可燃冰在，可燃冰在海洋水生海洋水生态圈中圈中应是常是常见的成分除了海底，除了海底，陆地上也有可以构成可燃冰的适宜地上也有可以构成可燃冰的适宜环境据研讨人人员推断，大推断，大约30％的％的陆地具地具备可燃冰的构成条件，是可燃冰的构成条件，是发现可燃冰的潜在地域。

可燃冰的潜在地域目前人目前人类曾曾经发现的可燃冰主要存在于北极地域的永久的可燃冰主要存在于北极地域的永久冻士士带内，以及海底，内，以及海底，陆坡、坡、陆基和海沟等基和海沟等宽广海水之下的海底广海水之下的海底堆堆积层中，其中，其蕴藏量是相当可藏量是相当可观的可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状目前科学家提出了多种天然气水合物成因机制，概括起来目前科学家提出了多种天然气水合物成因机制，概括起来可分为两类：可分为两类：一是静态构成体系，即现存的一是静态构成体系，即现存的天然气田因温度或孔隙压力或天然气田因温度或孔隙压力或天然气浓度的变化而转变为天天然气浓度的变化而转变为天然气水合物，在此过程中无外然气水合物，在此过程中无外来物质的参与天然气储层假来物质的参与天然气储层假设遭到冷却作用引起地温降低、设遭到冷却作用引起地温降低、紧缩作用导致天然气压力添加：紧缩作用导致天然气压力添加：或者由于储层成岩作用使天然或者由于储层成岩作用使天然气浓度添加均可构成天然气水气浓度添加均可构成天然气水合物可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状二是动态构成体系，即天然二是动态构成体系，即天然气从下部运移至天然气水合气从下部运移至天然气水合物稳定带而构成天然气水合物稳定带而构成天然气水合物，在此过程中有外来物质物，在此过程中有外来物质进入天然气水合物稳定带中。

进入天然气水合物稳定带中储层中天然气和饱和水的渗储层中天然气和饱和水的渗滤作用、分子分散作用或者滤作用、分子分散作用或者含气重力流的迁移运动可构含气重力流的迁移运动可构成天然气水合物成天然气水合物目前科学家提出了多种天然气水合物成因机制，概括起来目前科学家提出了多种天然气水合物成因机制，概括起来可分为两类：可分为两类：可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状目前的研目前的研讨阐明，天然气水合物通常分布于两明，天然气水合物通常分布于两类地域：一地域：一是海底，另一是高是海底，另一是高纬度的极地地域度的极地地域前者占据全球天然气水合物前者占据全球天然气水合物总量的量的9090％以上，主要分布于％以上，主要分布于水深水深300m--3000m300m--3000m的大的大陆架斜坡和深海盆地堆架斜坡和深海盆地堆积物内，后物内，后者分布于永者分布于永冻层内；内；就存在位置而言，海底天然气水合物常分布于剖面上近似就存在位置而言，海底天然气水合物常分布于剖面上近似平行海底的平行海底的带状海底堆状海底堆积物内，构成所物内，构成所谓的天然气水合物的天然气水合物稳定定带(GHSZ)(GHSZ)。

此此稳定定带常以微小角度与堆常以微小角度与堆积层斜交斜交产出此带以下以下还常圈常圈闭着大量的游离甲着大量的游离甲烷气体，从而气体，从而导致致在地在地层反射剖面上反射剖面上产生特征的生特征的标志志BSR——BSR——似海底反射似海底反射层( (以前也有人以前也有人译为海底模海底模拟反射反射层) )可见，天然气水合物，天然气水合物层常可与常常可与常规气藏相伴而生，气藏相伴而生，对常常规气藏起到气藏起到较好的封盖好的封盖作用可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状据一些学者的研讨，天然气水合物层物理性质相当稳定，据一些学者的研讨，天然气水合物层物理性质相当稳定，其构成处在一个具有特定温度、压力和烃类分子浓度条件其构成处在一个具有特定温度、压力和烃类分子浓度条件的垂向范围内，在此范围内的断裂活动一旦切穿天然气水的垂向范围内，在此范围内的断裂活动一旦切穿天然气水合物层，在断点处会迅速构成新的天然气水合物因此，合物层，在断点处会迅速构成新的天然气水合物因此，天然气水合物层具有很好的分布稳定性，可以不受长期活天然气水合物层具有很好的分布稳定性，可以不受长期活动的断层影响而对油气起到继续的封盖作用。

动的断层影响而对油气起到继续的封盖作用分类方法：根据天然气水合物与气藏的相对关系，天然气分类方法：根据天然气水合物与气藏的相对关系，天然气水合物对油气的封盖作用可分为垂向和侧向水合物对油气的封盖作用可分为垂向和侧向2种；据其接触种；据其接触关系可分为披覆型和接触型；据其构成的相对时间先后可关系可分为披覆型和接触型；据其构成的相对时间先后可分为同生和后生分为同生和后生2种；据其分布的地质构造特征可分为穹隆种；据其分布的地质构造特征可分为穹隆遮挡型、底劈构外型和地质内部型遮挡型、底劈构外型和地质内部型3种可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状图示出了天然气水合物对常规气藏的圈闭情况：图示出了天然气水合物对常规气藏的圈闭情况：可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的构成条件和存在形状可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的热力学和动力学性质目前，有关天然气水合物的热力学和动力学性质的研讨虽目前，有关天然气水合物的热力学和动力学性质的研讨虽然开展的较多，但是都不完善，学者们提出的计算模型也然开展的较多，但是都不完善，学者们提出的计算模型也是众说纷纭，不能准确描画天然气水合物的储层特性，尤是众说纷纭，不能准确描画天然气水合物的储层特性，尤其是天然气水合物动力学研讨还很不完善。

其是天然气水合物动力学研讨还很不完善天然气水合物在多孔介质中的热力学和动力学研讨，主要天然气水合物在多孔介质中的热力学和动力学研讨，主要集中在多孔介质的类型、润湿性和初始压力对水合物生成集中在多孔介质的类型、润湿性和初始压力对水合物生成过程的影响过程的影响MakogonMakogon进展的多孔介质中气体水合物的相平衡研讨结果进展的多孔介质中气体水合物的相平衡研讨结果阐明，为了抑制多孔介质中的外表张力以及水在介质外表阐明，为了抑制多孔介质中的外表张力以及水在介质外表吸附作用的影响，与气液体系相比，气体水合物在多孔介吸附作用的影响，与气液体系相比，气体水合物在多孔介质中生成需求更低的温度或者更高的压力质中生成需求更低的温度或者更高的压力YousifYousif和和BondarevBondarev在岩心及多种介质上对气体水合物生成在岩心及多种介质上对气体水合物生成及分解的研讨中也得到了近似的结论及分解的研讨中也得到了近似的结论含水和水合物物质的热物理学性质含水和水合物物质的热物理学性质 表表上表阐明，水合物及其充填的分散介质的导热率和温度传导上表阐明，水合物及其充填的分散介质的导热率和温度传导率大大低于冰的这两种值，但比水的要高一些。

据此可以以率大大低于冰的这两种值，但比水的要高一些据此可以以为，热方法既可以用于陆上天然气水合物藏的普查和勘探，为，热方法既可以用于陆上天然气水合物藏的普查和勘探，又可用于海洋堆积中天然气水合物藏的普查和勘探又可用于海洋堆积中天然气水合物藏的普查和勘探可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的热力学和动力学性质研研讨证明，天然气水合物的明，天然气水合物的导热系数：系数：(W／／m·K)主要与其主要与其密度有关在密度密度有关在密度为400kg／／m3～～600 kg／／m3范范围时，其，其关系近似于以下关系近似于以下阅历方程式：方程式：斯托斯托尔和布拉依安用探和布拉依安用探测法丈量了丙法丈量了丙烷和甲和甲烷水合物的水合物的导热系数斯托系数斯托尔测得的丙得的丙烷和甲和甲烷水合物水合物导热系数系数值与切与切尔斯基在密度斯基在密度为680kg／／m3时的的测得得值一致随着一致随着压力的力的升高天然气水合物升高天然气水合物导热系数添加在温度系数添加在温度为243K时，密度，密度为650kg／／m3的天然气水合物的天然气水合物导热系数系数为：：可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的热力学和动力学性质在在压力力为9MPa时，天然气水合物的比，天然气水合物的比热容容c(kJ／／kg·K)与与温度的关系温度的关系为：：在温度在温度为243K时天然气水合物的比天然气水合物的比热容与容与压力的关系近似力的关系近似于方程于方程为：：在在压力力为10MPa时，密度，密度为440kg／／m3的天然气水合物温的天然气水合物温度度传导系数与温度的关系；温度系数与温度的关系；温度为243K时，密度，密度为650kg／／m3的天然气水合物与的天然气水合物与压力的关系分力的关系分别近似于以下近似于以下阅历方方程式：程式：可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的热力学和动力学性质目前，国内外有关气体水合物在多孔介质中的动力学研讨目前，国内外有关气体水合物在多孔介质中的动力学研讨还很有限。

还很有限水合物动力学包括生成动力学与分解动力学，水合物生成水合物动力学包括生成动力学与分解动力学，水合物生成过程类似于结晶过程，生成过程可分为成核、生长两个过过程类似于结晶过程，生成过程可分为成核、生长两个过程水合物成核是指构成临界尺寸、稳定水合物核的过程；程水合物成核是指构成临界尺寸、稳定水合物核的过程；水合物生长是指稳定核的生长过程水合物生长是指稳定核的生长过程郭天民等在综合研讨国内外的动力学模型后，提出了以下郭天民等在综合研讨国内外的动力学模型后，提出了以下水合物生成和分解动力学模型：水合物生成和分解动力学模型：1.双过程水合物成核动力学机理模型双过程水合物成核动力学机理模型2.甲烷水合物的分解动力学模型甲烷水合物的分解动力学模型可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的热力学和动力学性质1.双过程水合物成核动力学机理模型双过程水合物成核动力学机理模型该模型以为水合物的成核过程中同时进展着以下两个动力学该模型以为水合物的成核过程中同时进展着以下两个动力学过程：过程：(1)准化学反响动力学过程：气体分子和水络合生成化学计准化学反响动力学过程：气体分子和水络合生成化学计量型的根底水合物量型的根底水合物。

2)吸附动力学过程：根底水合物存在吸附动力学过程：根底水合物存在空孔，一些气体小分子吸附于其中，导致整个水合物的非化空孔，一些气体小分子吸附于其中，导致整个水合物的非化学计量性学计量性在第一个过程中，类似于在第一个过程中，类似于Long和和Sloan的观念，以为溶于的观念，以为溶于水中的气体分子与包围它的水分子构成不稳定的分子束，分水中的气体分子与包围它的水分子构成不稳定的分子束，分子束的大小取决于气体分子的大小，一种分子只能构成一种子束的大小取决于气体分子的大小，一种分子只能构成一种大小的分子束而不同的是他们以为由于水合物中有大、小大小的分子束而不同的是他们以为由于水合物中有大、小两种不同的孔，因此这些分子束有一部分需转化为另一种大两种不同的孔，因此这些分子束有一部分需转化为另一种大小的分子束以后才干开场缔合成核，这一转化需求较大的活小的分子束以后才干开场缔合成核，这一转化需求较大的活化能，从而导致水合物成核诱导期较长化能，从而导致水合物成核诱导期较长可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的热力学和动力学性质而该模型以为这种转化并不需求，由于分子束实践上是一而该模型以为这种转化并不需求，由于分子束实践上是一种多面体，它们缔合过程中为坚持水分子的种多面体，它们缔合过程中为坚持水分子的4个氢键处于饱个氢键处于饱和形状，不能够做到严密堆积，缔合过程中必然构成空的和形状，不能够做到严密堆积，缔合过程中必然构成空的包腔，称其为衔接孔，这也就是水合物中的另外一种与上包腔，称其为衔接孔，这也就是水合物中的另外一种与上述分子束大小不同的孔。

述分子束大小不同的孔 这一过程可以由下面的化学反响这一过程可以由下面的化学反响来描画：来描画：其中，其中，G表示客体表示客体(气体分子气体分子)；；k为根底水合物中每个水分子根底水合物中每个水分子所包所包络的气体分子数，的气体分子数，对于构造于构造I，，k=3／／23；；对于构造于构造ⅡⅡ，，k=1／／17在吸附过程中，溶于水中的气体小分子会程中，溶于水中的气体小分子会进入入衔接接孔中但这一一过程并不是一定会程并不是一定会发生由于衔接孔孔径接孔孔径较小，小，对于于较大的气体大分子不会大的气体大分子不会进入其中即使入其中即使对于于较小的气体小的气体分子，也不会占据百分之百的分子，也不会占据百分之百的衔接孔，因此用接孔，因此用Langmuir吸附吸附实际来描画气体分子填充来描画气体分子填充衔接孔的接孔的过程程较为合理可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的热力学和动力学性质2.甲烷水合物的分解动力学模型甲烷水合物的分解动力学模型水合物的分解涉及气体、水和固体水合物，温度、压力、水合物的分解涉及气体、水和固体水合物，温度、压力、水合物粒子外表积和分解推进力等对固体水合物分解速率水合物粒子外表积和分解推进力等对固体水合物分解速率都有很大影响。

都有很大影响水合物分解过程可分为两个步骤：水合物分解过程可分为两个步骤：(1)水合物粒子外表的笼形格子构造的解构，这一过程可水合物粒子外表的笼形格子构造的解构，这一过程可以由下面的化学反响来描画：以由下面的化学反响来描画：其中，其中，G表示气体；表示气体；k为水合物中每个水分子所包络的气为水合物中每个水分子所包络的气体分子数体分子数可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的热力学和动力学性质2.甲甲烷水合物的分解水合物的分解动力学模型力学模型(2)客体分子由外表的解吸客体分子由外表的解吸过程水合物分解水合物分解发生在固体外表，而不是固体内分解生在固体外表，而不是固体内分解过程程为吸吸热过程，并假定分解程，并假定分解过程中固体粒子程中固体粒子坚持恒温随持恒温随着分解的着分解的进展，水合物粒子数减少，气体在固体外表展，水合物粒子数减少，气体在固体外表产生，生，产生的气体生的气体进入主体气相假定反响容器中的气体入主体气相假定反响容器中的气体的物的物质的量随着气体水合物的分解而添加，气体由水合的量随着气体水合物的分解而添加，气体由水合物的物的释放速率放速率为：：其中其中nH——水合物中气体的物水合物中气体的物质的量，的量，mol；； t——分解分解时间，，min。

可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的热力学和动力学性质可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患目前，天然气水合物的勘探技术正日趋完善，但是，如何目前，天然气水合物的勘探技术正日趋完善，但是，如何把天然气水合物作为能源利用，特别是如何处理天然气水把天然气水合物作为能源利用，特别是如何处理天然气水合物的低本钱开发技术问题，仍是一个最难抑制的困难合物的低本钱开发技术问题，仍是一个最难抑制的困难如今这方面的研讨尚处于实验阶段，天然气水合物的开采如今这方面的研讨尚处于实验阶段，天然气水合物的开采至今只是概念上的方式基于天然气水合物的特点，它与至今只是概念上的方式基于天然气水合物的特点，它与常规传统型能源的开发不同常规传统型能源的开发不同煤炭在矿井下是固体，开采后仍是固体；石油在地下是流煤炭在矿井下是固体，开采后仍是固体；石油在地下是流体，开采后仍是流体；而水合物在洋底埋藏是固体，在开体，开采后仍是流体；而水合物在洋底埋藏是固体，在开采过程中分子构造发生变化，从固体变为气体也就是说，采过程中分子构造发生变化，从固体变为气体也就是说，水合物在开采过程中发生相变，这种特点是我们研讨开发水合物在开采过程中发生相变，这种特点是我们研讨开发方案的出发点。

方案的出发点目前大多数有关天然气水合物的开目前大多数有关天然气水合物的开发思思绪根本上都是首先根本上都是首先思索如何使思索如何使蕴藏在堆藏在堆积物中的天然气水合物物中的天然气水合物进展分解，然展分解，然后再将天然气采至地面普通来后再将天然气采至地面普通来说，人，人为地突破天然气水地突破天然气水合物合物稳定存在的温度定存在的温度压力条件，呵斥其分解，是目前开力条件，呵斥其分解，是目前开发天然气水合物中甲天然气水合物中甲烷资源量的主要方法源量的主要方法综合各国科学家提出的天然气水合物开合各国科学家提出的天然气水合物开发技技术，大体上可，大体上可分分为热解法、降解法、降压法、置法、置换法三种方法法三种方法热解法：解法： 利用利用“可燃冰〞在温度升高可燃冰〞在温度升高时会自会自动分解的特性分解的特性．．经过加温方式向可燃冰加温方式向可燃冰层注入注入热能．使其由固能．使其由固态分解出分解出甲甲烷气体这种开采方式根本上种开采方式根本上获得得胜利但整个开采利但整个开采过程要程要对甲甲烷进展两次分展两次分别，，还要耗要耗费大量能源来加大量能源来加热水温可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患置置换法：利用某些化学法：利用某些化学试剂。

注入注入“可燃冰〞可燃冰〞层中，中，这些化些化学学试剂(如如盐水、甲醇、乙二醇等水、甲醇、乙二醇等)能与可燃冰能与可燃冰发生反响，生反响，改改动可燃冰的可燃冰的稳定平衡形状．使其定平衡形状．使其发生失生失稳作用而作用而进展开展开采这种方法同种方法同“热解法〞一解法〞一样对甲甲烷气体气体难以以进展有效展有效的搜集布的搜集布设搜集管道是个搜集管道是个难题降降压法：法：“可燃冰〞可燃冰〞层下面往往存在游离的天然气．下面往往存在游离的天然气．这些天些天然气被抽出后便能降低然气被抽出后便能降低矿层的的压力．使力．使矿层中的中的“可燃冰〞可燃冰〞由于由于压力减小而失力减小而失稳分解无无论采用那种方案．由于采用那种方案．由于“可燃冰〞构造的特殊性和海底可燃冰〞构造的特殊性和海底环境的复境的复杂性对“可燃冰〞可燃冰〞矿藏的开采将极其困藏的开采将极其困难与陆地地上的常上的常规开采相比，很容易开采相比，很容易发生生矿层断裂引起井断裂引起井喷和海底和海底滑坡事故．并滑坡事故．并带来一系列的来一系列的连锁反响关键是如何是如何实现开开采而不用付出沉痛代价采而不用付出沉痛代价可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患针对两类天然气水合物储层的不同特性。

经过建立不同的模针对两类天然气水合物储层的不同特性经过建立不同的模型对其开采过程进展模拟，探求天然气水合物储层的合理开型对其开采过程进展模拟，探求天然气水合物储层的合理开采方案1.开采具有天然气水合物顶的天然气藏开采具有天然气水合物顶的天然气藏可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患模型中的假设条件如下：模型中的假设条件如下：(1)单井消费，井位于储层中心位置，完井段穿过整个游离单井消费，井位于储层中心位置，完井段穿过整个游离气层2)气体一方向流人消费井，呵斥压力下降气体一方向流人消费井，呵斥压力下降3)在气体／水合物界面，温度和压力瞬间到达平衡形状在气体／水合物界面，温度和压力瞬间到达平衡形状4)热量仅经过热传导的方式流向气体／水合物界面热量仅经过热传导的方式流向气体／水合物界面5)水的产出不影响气体的流动水的产出不影响气体的流动6)水合物的分解仅发生在气体／水合物界面处，在水合物水合物的分解仅发生在气体／水合物界面处，在水合物层内部不发生分解层内部不发生分解7)气体／水合物界面向水合物顶面的挪动速率是一致的气体／水合物界面向水合物顶面的挪动速率是一致的可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患这类天然气水合物储层的消费构造如上图所示，水合物层下这类天然气水合物储层的消费构造如上图所示，水合物层下部为天然气藏，上下为非浸透层封锁。

部为天然气藏，上下为非浸透层封锁这类天然气水合物储层的开采过程及原理为：首先开采水合这类天然气水合物储层的开采过程及原理为：首先开采水合物层下部的天然气藏呵斥气体压力的降低，水合物和气体物层下部的天然气藏呵斥气体压力的降低，水合物和气体之间的平衡被突破，使得水合物发生分解直到维持其平衡压之间的平衡被突破，使得水合物发生分解直到维持其平衡压力为止同时，随着水合物的分解，由于冷却效应，气体／力为止同时，随着水合物的分解，由于冷却效应，气体／水合物界面温度降低，这样就在水合物层和周围介质间产生水合物界面温度降低，这样就在水合物层和周围介质间产生温度梯度，热量从周围介质流入水合物层在气体不断被采温度梯度，热量从周围介质流入水合物层在气体不断被采出过程中，压力不断降低，平衡不断被突破；气体／水合物出过程中，压力不断降低，平衡不断被突破；气体／水合物界面温度降低而呵斥温度梯度的存在，使得热量从周围介质界面温度降低而呵斥温度梯度的存在，使得热量从周围介质延续地导入水合物层这两方面的要素都维持水合物层的不延续地导入水合物层这两方面的要素都维持水合物层的不断分解当然，这个过程是非常缓慢的，水合物的分解量也断分解。

当然，这个过程是非常缓慢的，水合物的分解量也很有限可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患2.开采开采仅有天然气水合物的有天然气水合物的储层对这类天然气水合物天然气水合物储层，普通思索，普通思索经过注入注入热量来分解固量来分解固态水合物为了确定如何有效地开采此了确定如何有效地开采此类储层，，经过不同的不同的模型模模型模拟其开采其开采过程和程和结果，然后果，然后对比各种模型的比各种模型的优势和特和特点，以便点，以便寻求工求工艺上可行的开采方法上可行的开采方法这类天然气水合物天然气水合物储层有几个主要的有几个主要的问题需求思索：需求思索：一是一是该类储层具有具有较低的浸透率；低的浸透率；二是要呵斥水合物的分解，由于二是要呵斥水合物的分解，由于热损失大，需求大量的失大，需求大量的热量；量；三是水合物的分解及开采三是水合物的分解及开采过程中程中压力的降低，由于冷却效力的降低，由于冷却效应会存在温度下降，有能会存在温度下降，有能够导致致储层温度降至温度降至0℃℃及其以下，呵及其以下，呵斥冰的构成甚至重新构成水合物堵塞孔隙或裂痕斥冰的构成甚至重新构成水合物堵塞孔隙或裂痕可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患〔〔1〕前缘驱扫模型〕前缘驱扫模型以下图为这个模型的消费构造和井位分布表示图。

这个模型以下图为这个模型的消费构造和井位分布表示图这个模型与重油油藏的蒸汽驱扫模型类似，热水从中心的注入井注入与重油油藏的蒸汽驱扫模型类似，热水从中心的注入井注入储层气体从周围的消费井中采出前缘驱扫模型是一个热储层气体从周围的消费井中采出前缘驱扫模型是一个热传送模型，因此，注入的热量、热损失及水合物分解所吸收传送模型，因此，注入的热量、热损失及水合物分解所吸收的热量之间遵守能量平衡方程的热量之间遵守能量平衡方程可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患〔〔2〕裂痕流〕裂痕流动模型模型图14为该系系统的平面的平面图同样，大量的，大量的热量将沿着井筒和裂量将沿着井筒和裂痕面流痕面流动而而损失图15为该模型消模型消费1年后的年后的产气情况注气情况注入速度入速度为4770m3／／d，注入温度，注入温度为66℃℃模拟阐明，明，该模模型的型的热传送效率送效率仅为16％，％，图16示出了裂痕流示出了裂痕流动的温度剖的温度剖面经过模模拟发现，裂痕流，裂痕流动模型的模型的热传送效率很低而且，送效率很低而且，裂痕裂痕宽度越大，度越大，热效率越低，效率越低，产出水的温度出水的温度较高和高和产气速度气速度较低。

低可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患对于仅有固态天然气水合物的储层，总结上述两个热采模型，对于仅有固态天然气水合物的储层，总结上述两个热采模型，可以得出：可以得出：1.前缘驱扫模型比裂痕流动模型的效率高假设把前缘驱扫前缘驱扫模型比裂痕流动模型的效率高假设把前缘驱扫 模型作为较好的结果把裂痕流动模型作为较差的结果，我模型作为较好的结果把裂痕流动模型作为较差的结果，我 们就可以根据实践情况确定较为经济的开采方法们就可以根据实践情况确定较为经济的开采方法2.水合物层的浸透率在热流体注入过程中起重要作用，浸透水合物层的浸透率在热流体注入过程中起重要作用，浸透率越大，前缘驱扫模型的效率越高假设浸透率太低，就要率越大，前缘驱扫模型的效率越高假设浸透率太低，就要思索水力压裂，这时裂痕流动模型应该比较接近实践情况思索水力压裂，这时裂痕流动模型应该比较接近实践情况3.由于每个模型都忽略了许多要素，因此与实践开采时的情由于每个模型都忽略了许多要素，因此与实践开采时的情形相差较远不过，在思索主要要素的情况下，还是可以为形相差较远不过，在思索主要要素的情况下，还是可以为实践开采的决策提供一些较好的判别根据。

实践开采的决策提供一些较好的判别根据可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患深藏在海底和永久深藏在海底和永久冻土土层之下的之下的“可燃冰〞在目前来看可燃冰〞在目前来看还未知未知是是祸是福从能源的角度来看，从能源的角度来看，“可燃冰〞就是一种在高可燃冰〞就是一种在高压低温下高度低温下高度浓缩的天然气，与它所存在的自然的天然气，与它所存在的自然环境境处于非常敏感的甚至可于非常敏感的甚至可怕的平衡之中怕的平衡之中可燃冰〞可燃冰〞仅在在0～～10摄氏度和氏度和300米以上水米以上水深深压力下表力下表现为稳定的固定的固态，当，当环境境变化化时(例如温度升高或例如温度升高或者者压力降低力降低)极易极易导致致“可燃冰〞的失可燃冰〞的失稳和分解．迅速由固和分解．迅速由固态分解成水和膨分解成水和膨胀的气体科学家以科学家以为，，这种种矿藏哪怕遭到最小的人藏哪怕遭到最小的人为破坏，甚至是自破坏，甚至是自然的破坏都足以然的破坏都足以导致致“可燃冰〞中所含的甲可燃冰〞中所含的甲烷气的大量气的大量释放二氧化碳是种温室气体．是二氧化碳是种温室气体．是导致全球气候致全球气候变暖的元凶而暖的元凶而“可可燃冰〞中的重要成分甲燃冰〞中的重要成分甲烷气在引起温室效气在引起温室效应方面所起的作用方面所起的作用要要远远大于二氧化碳。

大于二氧化碳可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患据据测算，一个算，一个单位分量的甲位分量的甲烷在在20年的期年的期间，它在全球，它在全球变暖暖方面的增温效方面的增温效应是同是同样分量的二氧化碳的分量的二氧化碳的56倍因此一旦倍因此一旦这种走漏得不到控制，全球温室效种走漏得不到控制，全球温室效应将迅速增大，将迅速增大，导致海水温致海水温度、地度、地层温度上升，温度上升，这又会呵斥海底的又会呵斥海底的“可燃冰〞的自然分可燃冰〞的自然分解．引起解．引起恶性循性循环科学研科学研讨阐明地球进化史在化史在2．．5亿年和年和5500万年前出万年前出现过两次全球气温峰两次全球气温峰值．一种解．一种解释模型模型为海水的升温一度海水的升温一度诱发海底天然气水合物大量分解海底天然气水合物大量分解释出．在短短的几千年出．在短短的几千年间大大约有有2万万亿吨碳以甲吨碳以甲烷方式放出，温室效方式放出，温室效应大迸大迸发，使全球气温，使全球气温骤然然变热，大洋酸度忽然增高，海水缺氧，，大洋酸度忽然增高，海水缺氧，导致大量海洋生致大量海洋生物的物的灭绝和迁移可燃冰〞在海底以固可燃冰〞在海底以固态方式存在，方式存在，经常常作作为堆堆积物的胶物的胶结物．物．对堆堆积物的物的强度和地度和地质稳定起着关定起着关键的作用。

的作用可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患当当“可燃冰〞可燃冰〞这种水合物种水合物稳定地起胶定地起胶结物作用物作用时，构成水合，构成水合物物刚性性层，其下面，其下面为饱和气、水的堆和气、水的堆积物塑性物塑性层，游离的，游离的天然气聚集于水合物天然气聚集于水合物刚性性层的底界面此的底界面此处的的压力往往超力往往超越孔隙越孔隙压，构成一个脆弱的剪切，构成一个脆弱的剪切带一旦某种要素一旦某种要素(如海平如海平面下降、海底构造活面下降、海底构造活动、海底、海底热流流值增高、增高、钻井或采气不井或采气不当当)引起海底引起海底压力减低或温度上升，水合物力减低或温度上升，水合物刚性性层的底界面的底界面就会分解城天然气和水，就会分解城天然气和水，产生液化景象，最生液化景象，最终使上部的堆使上部的堆积层失失稳而而产生滑坡，滑坡的最直接后果就是生滑坡，滑坡的最直接后果就是损坏海底坏海底电缆和和输油管道，大油管道，大规模的滑坡那么会引模的滑坡那么会引发海海啸假设滑滑进深海里的堆深海里的堆积物含有水合物物含有水合物这些水合物将因些水合物将因压力的力的释放放而分解，而分解，释出的气体将出的气体将经过海水排放到空气中。

海水排放到空气中可燃冰的开采方法和隐患可燃冰的开采方法和隐患中国可燃冰勘探和研讨现状中国可燃冰勘探和研讨现状中中国国可可燃燃冰冰开开发历程程2002年，年， “天然气水合物探天然气水合物探测测技技术术〞研〞研讨课题纳讨课题纳入国家入国家 “863〞方案；〞方案；2021年，年，“南海天然气水合物富集南海天然气水合物富集规规律与开采根底研律与开采根底研讨讨〞工程〞工程纳纳入国家入国家973方案已完成的重要研已完成的重要研讨讨任任务务：：1.广州能源研广州能源研讨讨所突破可燃冰采运关所突破可燃冰采运关键键技技术术2.中国石油大学可燃冰模中国石油大学可燃冰模拟实验胜拟实验胜利利 3.我国建立可燃冰自主勘察技我国建立可燃冰自主勘察技术术体系体系中国可燃冰勘探和研讨现状中国可燃冰勘探和研讨现状1.广州能源研讨所突破可燃冰采运关键技术广州能源研讨所突破可燃冰采运关键技术 可燃冰的利用是一项复杂的系统工程，技术难度大，并且可可燃冰的利用是一项复杂的系统工程，技术难度大，并且可燃冰易因温燃冰易因温 度、压力、光照等条件的变化而挥发因此，处度、压力、光照等条件的变化而挥发因此，处理可燃冰开采与输运过程中面临的技术难题，是目前整个可理可燃冰开采与输运过程中面临的技术难题，是目前整个可燃冰研讨任务的重点。

据中国科学研讨院广州可燃冰研讨中燃冰研讨任务的重点据中国科学研讨院广州可燃冰研讨中心引见，该项心引见，该项 目目前已获得了目目前已获得了3方面的成果：方面的成果：1)经过对可燃冰抑制剂进展研讨和评价，开发出了新型可燃经过对可燃冰抑制剂进展研讨和评价，开发出了新型可燃冰组合抑制剂，其价钱比国冰组合抑制剂，其价钱比国 外低，引导时间延伸外低，引导时间延伸3倍以上，倍以上，并已构成了专利技术；并已构成了专利技术；2)经过经过 对可燃冰降压、注热、注化学剂等开采过程进展室内对可燃冰降压、注热、注化学剂等开采过程进展室内物理模物理模 拟研讨，获得了可燃冰分解、藏动态变化过程的重要拟研讨，获得了可燃冰分解、藏动态变化过程的重要实验数实验数 据，提出了可燃冰开采过程流动／分解比率，确定了据，提出了可燃冰开采过程流动／分解比率，确定了开采过程开采过程 中的关键控制要素；中的关键控制要素；3)开发了国内第一套可燃冰开采过程数开发了国内第一套可燃冰开采过程数 值模拟源程序值模拟源程序中国可燃冰勘探和研讨现状中国可燃冰勘探和研讨现状2.石油大学可燃冰模拟实验胜利 中国石油大学仪器仪表研讨所与中科院广州能源研讨所、黑龙江科技学院等单位协作开发研制的天然气水合物 (也称可燃冰，简称NGH)生成与开发模拟实验技术于 2007年12月获得胜利。

在实验室条件下，科研人员已将甲烷胜利合成为NGH，满足了目前我国NGH实验研讨的 多项需求，同时为今后的工业化开采、运输积累了大量实验数据，使中国成为继日本、美国和俄罗斯之后第四个对 NGH进展研讨开发的国家该套系统表达三个特点：一是可视化程度高，能直接察看NGH的生长过程，可用光、 声、电多种检测方法探测NGH的构成和分解：二是测试精度高，能清楚测出NGH构成和分解的压力和温度；三是自动化程度高，实验中的数据采集与处置、图像采集均 由计算机控制完成中国可燃冰勘探和研讨现状中国可燃冰勘探和研讨现状3.我国建立可燃冰自主勘察技我国建立可燃冰自主勘察技术术体系体系 被列人国家被列人国家“863〞方案之一的〞方案之一的“可燃冰探可燃冰探测测技技术术〞〞课题课题近日近日经过专经过专家家组验组验收，收，专专家家组组以以为该课题为该课题的部分成果已到达国的部分成果已到达国际际先先进进程度该课标题该课标题前已在可燃冰的地震前已在可燃冰的地震识别识别技技术术、地球化学探、地球化学探测测技技术术、、资资源源综综合合评评价技价技术术和保真取和保真取样样技技术术等方面等方面获获得了得了显显著著进进展，展，为顺为顺利利实实施我国海域可燃冰施我国海域可燃冰资资源源调查调查与与评评价任价任务务提供了有力提供了有力技技术术支撑。

如研支撑如研讨讨人人员针对员针对我国海域可燃冰埋藏我国海域可燃冰埋藏较较深等特点，深等特点，研制出可插人海底采集研制出可插人海底采集样样品、并品、并对样对样品品进进展保温保展保温保压处压处置的置的“深水浅孔可燃冰保真取深水浅孔可燃冰保真取样样器〞，其采器〞，其采样样深度可达深度可达10米，是目米，是目前国前国际际上保上保压压取取样样器的器的3～～5倍这项这项研研讨课题讨课题迄今曾迄今曾经获经获得得国家国家发发明明专专利利5项项，国家新型适用，国家新型适用专专利利5项项，，获获得国家得国家计计算机算机软软件著作件著作权权登登记证书记证书8项项，，许许多研多研讨讨成果已在我国海域可燃冰成果已在我国海域可燃冰资资源源调查调查与与评评价的价的实实践任践任务务中得到了广泛的运用中得到了广泛的运用中国可燃冰勘探和研讨现状中国可燃冰勘探和研讨现状谢谢。