海洋天然气水合物的分解释放对全球气候的影响

低温高压背景下的海底和陆地永久冻土地带蕴藏着大量自然形成的天然气水合物,而且天然气水合物的笼形晶体结构中充填着高比例的甲烷,从而被视作潜在的替代能源而受到世界各国的重视。随着对天然气水合物研究的逐渐深入,人们意识到天然气水合物的分解释放有可能会对全球气候产生巨大影响。通过对海洋天然气水合物的形成模式、其分解进入大气圈的方式以及天然气水合物对环境变化的反馈机制的研究,分析了海洋天然气水合物分解释放进入大气圈并影响全球气候的可能性。     

水合物法天然气管道输送的实验研究

随着海洋油气开发向深海进军,海底油气混输管线受困于天然气水合物堵塞问题。天然气水合物浆液管道输送技术是保障深水油气田开发的新工艺,而研究天然气水合物浆液的流动特性则是实现上述管输新技术大规模工业应用的重要基础。为此,自行设计了一套模拟海底油气管道天然气水合物生成及其浆体流动的实验装置,分析了模拟海底管道工况下天然气水合物的生成特点,推断出海底管道中天然气水合物生成大致经历乳状物→粒状物→团状物→云状物4个过程;测定了不同工况下天然气水合物生成的诱导时间和生成时间,发现随着反应压力增大,天然气水合物的诱导、生成时间逐渐缩短;比较了温度对天然气水合物生成的影响,发现随着温度升高,天然气水合物的诱导、生成时间均变长;研究了不同工况下的耗气量;初步探讨了海底管道中流动体系下天然气水合物的生成机理。该成果为海底管道以水合物法输送天然气提供了技术依据。     

天然气水合物储存技术研究

气体水合物是一类笼形结构的冰状晶体,它具有含气量大（160－180V／V）的特点,本文介绍了天然气水合物的结构,储存技术和应用前景。     

天然气水合物相关技术最新研究进展

天然气水合物是一种天然气与水的非化学计量型笼形化合物 ,外观为雪化或松散冰状的固体形态 ,有能量密度高、燃烧清洁无污染的优点 ,是重要的潜在能源。介绍了天然气水合物的储气技术、分离技术、污水处理技术和作为燃料的相关技术的研究状况。     

气体水合物相平衡测定方法研究

天然气水合物是一种类似冰的笼形晶体水合物。水合物形成热力学性质的研究是水合物形成抑制、能源利用、储存天然气、CO2处理、海水淡化等的基础。文章介绍一套新的可视铧高压流体测试系统,讨论了气体水合物相平衡测定的几种方法,分析了图形法和观察法的优缺点。利用可视化高压流体测试系统运用图形法和观察法对甲烷体系的水合物相平衡进行了实验比较研究。     

天然气水合物相关技术最新研究进展

天然气水合物是一种天然气与水的非化学计量型笼形化合物，外观为雪化或松散冰状的固体形态，有能量密度高、燃烧清洁无污染的优点，是重要的潜在能源。介绍了天然气水合物的储气技术、分离技术、污水处理技术和作为燃料的相关技术的研究状况。     

琼东南勘查区天然气水合物地震属性分析研究

天然气水合物是一种由气体和水分子组成的笼形包合物,形成于低温、高压条件下,对环境有重要影响。海洋温压条件的变化均可使水合物失稳分解,导致海底滑坡,甚至引发一些重大地质事件。针对南海琼东南勘查区的地震数据进行气水合物属性分析,在总结前人研究成果的基础上,形成了针对本工区气水合物检测的地震属性分析、精细速度分析、纵波阻抗反演研究、极性分析等技术手段及方法,并综合评价各种方法所能反应的地质特征,圈定有利区,提高了琼东南地区天然气水合物的预测精度。     

海底输气管道水合物冻堵的处置与防控

在输气管道内天然气和水接触可形成天然气水合物,从而导致管道冻堵,影响海上天然气管道输送安全。结合渤海某海底输气管道发生水合物冻堵事件,首先简要介绍了天然气水合物形成的主要影响因素,而后介绍了该海底天然气管道的运行参数、管道中天然气水合物形成条件和原因、管道冻堵情况及解堵过程,最后分析总结了管道在发生水合物堵塞后,初期压差升高阶段和完全冻堵阶段的解堵处置方法,并提出预防海底输气管道发生水合物冻堵的若干措施或建议。     

钻井过程中甲烷水合物的分解特性研究

很多国家都加大了对海底天然气水合物的勘探和研究的力度。对于海底天然气水合物的勘探除了进行BSR物理探测以外，最直接的证据就是进行海底钻探取样。但是在海洋钻探过程中，海底水合物的分解容易引起钻探事故，其勘探和开采难度大，成为科学研究的难点。为此，人工合成了甲烷水合物，并应用微型钻井系统模拟海底天然气水合物钻井过程，研究了在钻井过程中水合物的分解特性。在微型钻井过程中，对几种不同性质的钻井液对水合物分解特性的影响进行了对比分析，研究结果对海底天然气水合物钻探取样具有重要的参考价值。     

地面分解法开采海底天然气水合物

在海底和永久冻土地带天然气水合物的储量巨大，很多国家加大了对海底天然气水合物的勘探和研究力度。由于受物理化学特性的影响，天然气水合物在压力、温度改变的情况下会发生分解，海底天然气水合物的开采难度大。热溶法、抑制剂刺激法等理论方法都不适合于海底表层天然气水合物的开采。介绍了地面分解法这一天然气水合物开采的新方法，该方法利用海底采矿技术，将水合物通过管道输送到海上平台，加以分解利用。该方法在理论上克服了海底天然气水合物在海底分解时吸收热量使周围环境温度降低而无法继续进行的困难，也克服了不能用传统的减压法开采等缺点，具有简单、经济适用，能长期工作等特点。但在实际生产中，需要对工作参数的合理确定、沉渣排放对海洋环境的影响等问题进行深入研究。     

新型水合物抑制剂HBH的评价研究

在海洋深水领域钻井中，水基钻井液遭受气侵时，气体和钻井液中的自由水会在一定温度、压力条件下形成水合物，妨碍油井的压力监控。为防止水合物的形成，需加入水合物抑制剂。以中国海洋石油油田技术服务公司广泛使用的水基钻井液为基浆，在室内评价了水合物抑制剂HBH的抑制性、与兼有水合物抑制性和润滑性能的PEG600的配伍性和对水基钻井液流变性的影响，优选出了适用于深水钻井的具有水合物抑制性的水基钻井液配方。评价给果表明，HBH具有良好的抑制性且在加量小于0．5％时对水基钻井液的流变性和滤失量影响不大。初步分析了水合物的形成机理及水合物抑制剂的作用机理，认为水合物是通过气体分子的溶解、扩散形成“笼”形骨架，最后进行选择性吸附而形成，而HBH则是通过高分子的吸附，利用其分子链段上的特殊五圆环镶嵌到水合物的“笼”形结构中，阻止气体分子进入从而抑制水合物的形成。     

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天然气水合物是一种类似冰的珑形晶体水合物,在标准状况下１m^3的水合物可包含１５０－２００m^3的天然气。随着冻土 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。     

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天然气水合物是一种由气体（主要是甲烷）和水组成的冰状固态化合物。通过对溶液中水合物的生成实验和冰转化为水合物的机理进行总结与分析，得出影响冰转化为水合物的因素。提出用含气率作为评价反应进行程度的指标。针对冰转化为水合物的影响因素，采用正交实验的方法对实验方案进行了设计，建立了正交实验表并进行了实验。实验结果表明，压力越高越有利于水合物的生成，但实验温度和搅拌速率则存在着一个促进水合物生成的最佳值。     

甲烷水合物分解过程原位激光拉曼光谱观测

为了获取水合物分解过程中分子水平的信息,采用激光拉曼光谱法对冰—水转化及两种不同体系下甲烷水合物的分解过程进行了原位监测,研究了冰—水转化及甲烷水合物分解的微观动力学过程,探讨了水合物分解过程中笼型结构的变化。实验结果表明,在冰融化过程中,冰的四面体结构不断瓦解,氢键数目不断减少,O—H键的特征谱带中,带氢键的伸缩振动拉曼峰所占比例逐渐下降,不带氢键的伸缩振动拉曼峰的比例相应增大。两种不同体系下合成的甲烷水合物均为Ⅰ型水合物,大小笼中甲烷分子的拉曼峰分别为2905cm-1和2915cm-1,随着水合物的不断分解,拉曼双峰逐渐消解,并最终转化成甲烷气体单峰(2917cm-1);结构水峰的变化与冰融化的过程相类似,随着笼型结构的瓦解,氢键数目迅速减少,导致带氢键的O—H键伸缩振动峰减弱。     

油气田水合物的形成与防治

天然气水合物是天然气与水在一定的温度和压力等条件下形成的结晶笼状固态化合物。在油气田开采及集输过程中,由于压力较高,管道内易形成水合物。水合物可导致输气量减少、仪表和分离设备等堵塞,严重影响油气田生产的正常运行。文章概述了天然气水合物形成的条件和目前对水合物防治的物理和化学方法,并提出了针对实际情况选用合适的工艺和选择不同抑制剂的思路。开发环保型和廉价性并适用于各种条件下的动力学抑制剂和防聚剂,是今后的研究方向。     

~(13)C固体核磁共振法测定CH_4-THF二元水合物的微观结构特征

认识天然气水合物的微观结构特征对于研究其形成机理和储运技术具有重要的意义。为此,采用~(13)C固体核磁共振(SSNMR)技术分析了四氢呋喃(THF)水合物和CH_4—THF二元水合物的笼型结构特征,确定了后者的结构类型和客体分子分布特征,并获得了后者客体分子的笼占有率和水合指数。实验结果表明:①纯THF水合物的2个共振谱峰的化学位移分别为668.3和δ26.1,其THF分子填充在Ⅱ型水合物大笼(5~(12)6~4)中;②CH_4—THF二元水合物和纯THF水合物一样,同为Ⅱ型结构,其THF分子仅填充在大笼(5~(12)6~4)中,笼占有率为0.994 8,而CH_4分子仅占据小笼(5~(12)),笼占有率较低,仅为0.482 5;③由于CH_4分子填充率较低,二元水合物的水合指数为8.67,明显大干理想值(5.67),水合物储气量较小;④CH_4—THF二元水合物中客体分子笼占有率的大小与水合物的生成条件(温度、压力)及制备方法(反应状态、时间等)有关,改变水合物的形成条件,在一定程度上可以调节笼型水合物客体分子的笼占有率,从而提高水合物的储气密度。     

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针对自然界中天然气水合物在海底和大陆永冻区形成条件不同，通过实验研究了水的不同形态和甲烷气反应生成甲烷水合物的过程。实验结果显示甲烷与冰粉反应要比甲烷与水反应容易得多，一方面得益于反应物间接触面积的增大，另一方面受温度变化的影响。使用0.7~0.8 K/h的温度驱动条件，冰粉与甲烷气体迅速反应，证明甲烷气能够直接与固体冰反应生成水合物，成核诱导期较短。同时文章指出在甲烷和冰反应时，存在两个反应高峰期，这两个高峰期中间是气体分子向固体内部扩散的过程。而水和甲烷气体反应时，扩散过程占主要部分，诱导期漫长。冰和水分别与甲烷反应的对比可以用来考虑评估天然气水合物在不同地质区域的储量和预测其分布状况。     

“自保护”态CO2水合物分解动力及影响因素

水合物"自保护"效应对利用水合物法进行天然气运输以及二氧化碳运输、封存具有重要应用价值,但目前此现象的成因尚未被彻底阐释。采用恒压、降温的方法在不同温度条件下于超纯水、十二烷基硫酸钠(SDS)溶液中形成不同含气量的CO2水合物并迅速冻结,使其进入"自保护"状态。随后通过均匀升温法分解不同条件下"自保护"态的水合物,并测量气体释放速率及起始分解温度。将气体释放速率对累积释放气体量一次求导,以表征分解过程中水合物释放气体能力。结果发现,阐释水合物"自保护"效应成因的"冰壳"理论不能完全解释实验结果,"自保护"效应更倾向于由"过冷水"理论主控。结合有关学者在水合物分解时溶液中形成的微型(微米、纳米级)气泡方面的研究结果,提出:CO2水合物"自保护"效应更倾向于由"自保护"状态下水合物周围存在的过冷液态水,以及水合物初步分解时液态水内溶解的微型(微米、纳米级)气泡控制。     

含硫气藏天然气水合物生成预测及防治

在川东北含硫气藏的勘探开发过程中,天然气水合物冰堵一直是影响开发进程的一个问题。其预测与防治是急需解决的难题,而目前在国内关于这方面的研究却很少,仅有的方法也只是针对一般气井,而对于含硫气井的预测结果偏差就很大。通过现场实践研究,采用分子热力学模型法进行计算,分析得到了压力、组分等对天然气水合物温度的影响,尤其是硫化氢的存在对天然气水合物形成的影响,为含硫气藏天然气水合物的防治提供了依据,并在天然气水合物形成温度预测的基础上,结合河坝1井的实际情况进行了水套炉型号的优选。实践证明：利用该方法预测的天然气水合物生成温度和预防方法是准确、可靠的。     

Analysis of natural gas hydrate formation in sodium dodecyl sulfate and quartz sand complex system under saline environment

Under natural conditions, natural gas hydrate occurs in the pores of porous media found in the sedimentary layer. Thus, the rapid formation and basic properties of the hydrate in the porous medium must be studied. Quartz sand with different particle sizes compounded with Sodium Dodecyl Sulfate solution was used to study the hydrate formation in the system at 275.15 K and 6 MPa under a saline environment. Results were as follows. 1) Methane gas uptake in a saline system with NaCl concentration of 50 mmol was higher than that in pure water. This finding indicated that although the salt is a thermodynamic inhibitor, low concentration of NaCl can promote the formation of hydrates. 2) In the initial stage of the experiment, the rate of hydrate formation in saline environment was significantly higher than that in pure water. After approximately 1 h, the formation rate of hydrate in the compound system decreased under a saltwater environment and was lower than that in the complex system under pure water. 3) The hydrogen bond network inside the high-concentration NaCl solution was seriously damaged. In this case, water molecules cannot easily form a cage structure, and the presence of chlorine ions weakens the stability of a small amount of formed hydrate cage, thereby further inhibiting the formation of hydrates. However, in the low-concentration NaCl system, mass transfer is improved, and the formation of hydrate is promoted because of the weakened hydrogen bonding at the gas–liquid interface.