甲烷水合物及其沉积层导热特性的研究现状

总结了近年来国内外甲烷水合物及其沉积层导热特性的研究现状,从实验测试和模拟研究两方面分析了甲烷水合物及其沉积层的导热影响因素、相关规律和导热机理。研究结果表明：纯质水合物的导热性能与外界温度、压力、客体分子数量、多孔介质、笼形结构等因素有关,其值大小主要由主体水分子形成的笼形结构决定;而水合物沉积层导热系数的大小主要依赖于实验样品的组成成分、初始水饱和度、各组分分布,与温度、压力以及垂直有效应力关系不大。最后,指出了现存研究方法中一些值得改进的地方,并对今后的研究工作进行了展望。     

海底天然气水合物资源的研究及开发现状

海底天然气水合物是水分子和甲烷等气体组成的固态结晶，储量大、分布广的特点使其成为一种极具吸引力的潜在新能源。在关注这一潜力巨大的新能源的同时，它在地质、环境方面的重大意义和影响也是不容忽视的。文中从分子结构、物化性质、储存及开采等不同角度介绍了天然气水合物的形成和开发现状，并进一步阐述了天然气水合物开发的前景和所面临的问题。     

天然气水合物能源利用及天然气水合物汽车

简要介绍了天然气水合物的结构及性能，地层及天然气水合物能源利用的广阔前景和存在的问题，分析和综述了水合物储存天然气的有关技术及天然气水合物汽车的研究现状。     

墨西哥湾天然气水合物油气系统

从20世纪80年代开始,墨西哥湾的水合物研究经历了水合物发现阶段、浅表层水合物研究阶段和水合物资源勘探阶段等3个阶段,特别是2005年“联合工业计划”的实施,为这一区域的水合物研究提供了大量的地质、地球物理和地球化学等资料,使其成为目前海域水合物研究的前沿区域。本次研究采用水合物油气系统的思路和工作方法,通过资料的调研、总结和对比,详细描述并刻画了水合物稳定条件、气体组分和来源、有利沉积体类型和特征、含气流体运移通道等4个要素。研究结果表明,墨西哥湾陆坡区域温度和压力等条件非常适于水合物的形成,热成因气和生物成因气都可以作为水合物的气体来源,有利的深水沉积体（如水道、天然堤、块体流沉积体等）提供了潜在的储集类型和聚集空间,盐底辟、断层、倾斜的地层及网状裂隙等为含气流体的运移提供了有利的通道。作为一种全面和系统的研究思路和工作方法,水合物油气系统既考虑了水合物形成时的物理化学条件,又注重实际的地质背景,可以作为海域水合物成藏潜力的快速评价方法。然而,要对重点区域进行水合物矿体描述、不均匀性分布控制因素等方面的分析,开展精细的沉积学解剖和流体运移的分析,是研究的重点。因此,将“水合物识别标志”、“有利沉积体展布”和“流体运移通道”三者有机地结合在一起,是今后海域水合物资源勘探、矿体精细描述和科学评价的发展方向。     

勘探开发天然气水合物的思考

文中分析了我国煤炭、石油和天然气等主要能源面临的严峻形势，指出急需寻找一种新型替代能源来改善我国以煤为主的能源结构。天然气水合物是一种高效洁净能源且在世界范围内广泛分布，在我国储量丰富，若充分利用可大大缓解能源供需矛盾，并且可以避免煤炭的燃烧造成大气污染和区域性酸化问题，使生态和环境得到改善，是未来理想的新型战略能源。文章最后提出加强对天然气水合物的勘探与研究的几点建议。     

天然气水合物的前瞻

天然气水合物是一种“在压力下冻结了的天然气”，外表像冰块，其主要成分为甲烷及少量的乙、丙、丁烷和二氧化碳等。这种冷冻的能源就像厚厚的毯子，覆盖着海底，有关专家认为，全世界的天然气水合物蕴藏的能量足够人类使用数百年。     

国际天然气水合物研究大事记（部分）

1810年．英国学Humphery Davy在伦敦皇家研究院实验室首次合成氯气水合物。 1811年．Davy著书正式提出气水合物一词。[第一段]     

中国首次开采出天然气水合物样品

中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰”,成为继美国、日本、印度之后第四个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。2007年5月1日凌晨,中国在南海北部首次采样成功,证实了中国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源,标志着中国天然气水合物调查研究水平已步入世界先进行列。     

天然气水合物研究相关专利申请趋势分析

基于德温特创新索引(DII)专利数据库构建数据集,通过专利文献计量分析,从定量角度分析了近20年来全球天然气水合物研究的相关专利申请趋势情况。分析显示:日本和美国在天然气水合物领域的专利申请数量上具有明显的优势;在专利申请数量排在前10的机构中,日本机构占有绝对的优势,尤其是日本三井造船株式会社的专利数量几乎占到前10位机构专利总数量的一半;相比而言,中国的科研机构和企业在天然气水合物专利方面还存在一定的差距。     

水合物导热系数和热扩散率实验研究

基于Hot Disk热常数分析系统的单面测试功能,建立了一套新的天然气水合物热物性测试系统,并实验研究了I型水合物（甲烷）、H型水合物（甲烷和甲基环己烷）的导热系数和H型水合物的热扩散率。结果显示甲烷水合物样品导热系数随温度的变化非常小,平均导热系数约为0.53 W/(m•K)。结合文献报道和实验分析发现零孔隙率甲烷水合物的导热系数大约为0.7 W/(m•K),水合物样品在压缩过程中虽然减少了孔隙,但是却引起晶体破碎,导致导热系数与理想值差距较大。水合物的导热系数与水合物的类型及客体分子有关,大体顺序为I型 > II型 > H型 > 半笼型水合物。甲烷−甲基环己烷生成的H型水合物热扩散率为0.205 ~ 0.26 mm2/s,和其他类型的水合物相当;水合物的热扩散率大约为水的两倍,而导热系数和水相近。     

运聚体系—天然气水合物不均匀性分布的关键控制因素初探

海域天然气水合物的聚集和分布呈现出明显的不均匀性。本文运用“天然气水合物油气系统”的理论和方法,从墨西哥湾、布莱克海台、水合物脊、南海海槽等国际典型水合物赋存区的稳定条件、气体组分和来源、流体运移、沉积条件四个方面解剖各区水合物的成藏控制因素。通过分析和对比认识到水合物赋存区的范围相对较小,海底温度和压力可视为均一条件,热成因气和生物成因气均可作为水合物的气体来源,同一个区域内的气体组分相对稳定,但有利沉积体和为含气流体运移提供通道的运移条件,也即“天然气水合物运聚体系”是控制水合物分布的关键因素。南海北部陆坡神狐海域水合物储集于颗粒相对较粗、孔隙空间相对较大沉积体中,而下部的气烟囱和断层构成了神狐海域的含气流体运移通道,这种有利的运聚体系有机结合可能是天然气水合物富集的关键因素。因此,针对水合物储集体的精细沉积学解释和流体运移通道的解剖,可能是南海北部陆坡天然气水合物勘探中需要引起重视的一个方向。     

基于VB语言的水合物相平衡预测软件开发研究

为了对天然气水合物相平衡进行相关研究,实现对不同压力（温度）条件下水合物临界生成温度（压力）的迅速计算,有必要研究和开发天然气水合物相平衡预测软件.利用VB语言面向对象可视化的特点,并结合分子热力学模型法,编制纯水中水合物相平衡预测软件;同时利用软件对混合组分气体生成水合物的相平衡进行分析比较.软件界面简洁,操作简单,通过简单的输入输出操作,可在短时间内完成相应的计算.结果表明,软件对于混合组分天然气水合物的相平衡预测较为准确,其相对误差控制在1％以内,对工程实践有较强的指导意义.     

Effects of Aperiodicity and Roughness on Coherent Heat Conduction in Superlattices

Coherent phonon heat conduction has recently been confirmed experimentally in superlattice structures. Such traveling coherent phonon waves in superlattices lead to a linear increase in thermal conductivity as the number of periods increases. For applications such as thermal insulation or thermoelectrics, minimization of the phonon coherent effect is desirable. In this work, we use molecular dynamics simulations to study how to control coherent heat conduction in superlattices (SLs). It is found that either aperiodic SLs or SLs with rough interfaces can significantly disrupt coherent heat conduction when the interface densities are high. For sample thickness less than 125 nm, aperiodic SLs with perfect interfaces are found to have the lowest thermal conductivity. We use the atomic Green’s function method to examine the phonon dynamics. The impact of either aperiodicity or interface roughness is attributed to reduced transmittance. Such impact diminishes as the interface density reduces.     

西南巴伦支海天然气水合物分布与富集成藏

西南巴伦支海是挪威北极圈的一部分,具备天然气水合物富集成藏的有利地质条件,且存在明显的天然气水合物识别标志。本文收集和整理了巴伦支海西南地区与天然气水合物相关的资料,发现BSR、空白反射带和浅部气体聚集异常反射等地球物理标志主要在Loppa高地西部和Hammerfest盆地西部广泛分布;麻坑、气烟囱、断裂及其他气体渗漏构造地质标志主要在Asterias复合断裂带附近和Hammerfest盆地西部密集分布。因此,西南巴伦支海天然气水合物的有利勘探目标区主要是Loppa高地西部和Hammerfest盆地西部。结合区域地质背景分析上述各种识别标志的平面分布特征,推断该区天然气水合物的富集成藏与有效的含气流体运移通道密切相关。     

天然气水合物储层渗透率研究进展

天然气水合物是清洁、高效、储量巨大的未来最具潜力资源之一,而储层的渗透率是影响水合物资源开采时产气效率的重要参数。目前,国内外对天然气水合物储层的渗透率进行了大量的研究并取得一定进展,本文从数值模拟、储层现场探井、实验研究等方面全面回溯,分析总结了孔隙度、饱和度、应力应变情况等对储层渗透率的影响,讨论目前储层渗透率研究存在人工合成水合物沉积物与自然储层存在差异,不同多孔介质形成的水合物沉积物应力敏感性不同,多相渗流研究不够充分,储层渗透率改造研究不足等问题,对未来的研究方向提出了展望。     

自然界天然气水合物勘探开发概述

我国南海北部神狐区域海洋天然气水合物首次试采成功表明这种新型能源的巨大资源潜力,天然气水合物也越来越受到全社会关注,国家已将水合物开发列入中长期发展规划之中。本文首先介绍了当前自然界中水合物在全球的分布范围及资源量评估情况,接着分析了全球水合物勘探开发进展状态,然后从地震波反演、钻探取芯/测井以及室内实验室测试三个方面概述了野外水合物储层的勘探手段和赋存产状情况,最后根据不同水合物藏分类,阐述了相应的开采评估和技术方案,以及仍然面临的工艺难点和不确定性。借鉴水合物试验开采的经验,提出了我国水合物海陆并举、加快节奏的建议,可为水合物相关人员提供一定的参考。     

Molecular Dynamics Study on Thermal Conductivity of Carbon Nanotubes

The thermal conductivity of a (5, 5) carbon nanotube at room temperature is studied by non‐equilibrium molecular dynamics simulations. The thermal conductivity increases from 30 W/(m·K) to 1000 W/(m·K) as the tube length increases from 6 nm to 4 µm. It is proportional to the tube length when the tube length is less than 40 nm, which indicates that the heat conduction is in the ballistic transport regime. The thermal conductivity relates to the tube length by an exponential function as the tube length increases, and the length dependence exponent decreases and approaches zero, which indicates that the phonon transport changes from the ballistic regime to the diffusive regime. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res; 39(7): 455–459, 2010; Published online in Wiley Online Library ( wileyOnlinelibrary.com ). DOI 10.1002/htj.20311     

天然气水合物开采的关键地质参数敏感性研究

采用TOUGH+HYDRATE数值模拟工具,探讨降压开采方案下天然气水合物藏（无下伏游离气水层）开采的地质参数。以单次单因子敏感性分析方法为基础,在统一变化幅度范围内研究某一储层参数（温度、压力、孔隙度、渗透率、水合物饱和度、地层厚度）的变化在60天短期与5年长期开采中对水合物开采结果的定性影响关系,并以变量敏感度为依据,定量计算储层地质参数对水合物开采评价指标的敏感度值。结果发现,在整个开采周期内,储层温度与分解气体量及产气量之间有较强的相关性;当水合物储层压力增大时,水合物分解气体体积随之减小,而在60天开采中,储层压力增大使得产气量增大,在5年开采中,储层压力的变化对产气量基本无影响,另外,储层压力与产水量之间呈线性增加的关系;水合物总分解气体量、总产气量与孔隙度之间呈负相关关系,但对产气量的变化影响相对较小;渗透率对水合物开采有明显的影响;水合物前期分解气体体积与产水量随水合物饱和度的增大而减小;在60天开采中,水合物厚度越大反而不利于水合物分解,但5年开采中,地层厚度增大,水合物分解量增大。另外,通过对地质参数敏感度计算发现,无论是以哪一开采指标作为水合物开采潜力的评价标准,水合物地层温度、地层压力以及绝对渗透率是三个至关重要的地质参数。