第41卷第4期當(dāng)代化工V.41,N0.4012年4月Contemporary Chemical IndustrApril. 2012天然氣水合物研究進(jìn)展潘一,楊雙春(遼寧石謝化工大學(xué),遼寧撫順113000摘要:大然氣水合物作為清潔、高效、儲(chǔ)量巨大的新型能源,其巨大的能源潛力引起世界上很多國家的主意,紛紛投入匡額資金和人力對(duì)其進(jìn)行研究。直到20世紀(jì)80年代末期我國才有學(xué)者關(guān)注和研究天然氣水合物,起步相對(duì)較晚,因此研究人員做了大量文獻(xiàn)資料調(diào)研和資料處理等初步研究工作。從20世紀(jì)90年代初首次人工合成天然氣水合物開始,隨著我國政府支持力度的不斷增大,在本世紀(jì)初我國在東海、南海等地發(fā)現(xiàn)天然氣水合物礦截,同時(shí)對(duì)天然氣水合物的成因、動(dòng)力學(xué)機(jī)理、形成的條件等方面進(jìn)行了研究。但如何開采天然氣水合物,以及如何防止天然氣水合物所帶來的溫室效應(yīng)仍是亟待解決的問題關(guān)鍵詞:天然氣水合物;溫室效應(yīng);能源中圖分類號(hào):TE621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-0460(2012)040401-04Research progress in Natural Gas HydratesPAN Y, YANG Shuang-chun(Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China)Abstract: The natural gas hydrate is a clean, efficient and abundant energy source. Accordingly some countries givetheir attention to the natural gas hydrate and actively research on it through investing an enormous sum of money andmuch manpower. However our country is late in this field, our researchers commenced their study in the end of 80s, sothey made vast pilot study such as investigation and data processing. With the support of our country, at the beginninof 90s natural gas hydrates was artificially synthesized for the first time, and in this century mineral resources of thenatural gas hydrate were detected in the east China Sea and the South China Sea. At the same time the rcscarchcrsmade great research on the mechanism of formation, dynamic mechanism and formation conditions. However, how toexploit the natural gas hydrate and how to prevent greenhouse effect caused by the natural gas hydrate are urgentKey words: Natural gas hydrates: Greenhouse effect: Energy resource能源資源是人類生存、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步不含量總和),注定將成為繼石油之后的主要能源?？扇鄙俚闹匾镔|(zhì)資源"。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,我國的石油進(jìn)口和消費(fèi)量都已成為世界第二大1天然氣水合物概況國。據(jù)預(yù)測(cè)到2050年,能源年耗將達(dá)到標(biāo)煤38億大然氣水合物( Natural Gas Hydrates),由甲烷t(相當(dāng)于2000年的3倍),成為世界第一能耗大國,和水(CH4·HO)在不同的低溫(0~10℃)、高能源問題已經(jīng)變得越來越嚴(yán)峻了。如果現(xiàn)在不超前壓(>3MPa)條件下構(gòu)成",呈白色固態(tài)結(jié)晶物質(zhì),加快發(fā)展新能源和可再生能源作為替代能源,那么外觀像冰,或固體酒精,常溫常壓下可以燃燒,故屆時(shí)很可能發(fā)生能源斷檔。所以尋找和開發(fā)利用新俗稱可燃冰。主要埋藏在陸地永久凍土帶沉積層,能源,是解決我國未來能源問題的主要出路。而大陸外緣的海洋底部以及深海海底平原沉積層。天然氣水合物由于其儲(chǔ)量大,有機(jī)碳含量高(據(jù)潛天然氣水合物為超分子結(jié)構(gòu),具有很強(qiáng)的吸附在氣體聯(lián)合會(huì)(PC,1981)的最新資料顯示表明:(濃縮)氣體能力,單位體積的天然氣水合物可含初步估算出水久凍土區(qū)天然氣水合物的資源量約有高達(dá)164倍于該體積的氣體即1m的“可燃冰可為14×10~34×10"m2,如果包含海洋天然氣水釋放天然氣釋放的能量。人們研究認(rèn)為合物的話,資源總量應(yīng)該超過76×10m3。其中碳水合中國煤化工格子,有型、Ⅱ的含量大約在1x103"t以上,2倍于當(dāng)前已探明儲(chǔ)型和HCNMHG能填充小分子烴量的所有化石燃料(包括石油、天然氣和煤)中碳類,比如:甲烷、乙烷等和非烴分子比如:CO4、收日期:2012-02-23澤-(1976-),男,遼寧撫廣人,講師,研究方向:油氣田開發(fā)。E-mil: panyu_b126com當(dāng)代化工2012年4月HS等。Ⅱ型結(jié)構(gòu)相比于I型結(jié)構(gòu),就可以容納丙烷、質(zhì)性的調(diào)查和研究。在2000年時(shí),廣州海洋地質(zhì)調(diào)異丁烷等較大分子烴類氣體。而H型結(jié)構(gòu)就更包羅查局在我國南?？碧匠隽颂烊粴馑衔锏V藏的顯萬象了,不僅能容納上述分子,還能容納普通的原示標(biāo)志BSR。在至少130km的地震剖面上,探明礦油分子IC3。層厚達(dá)80-300m。據(jù)估算該地區(qū)天然氣水合物如果天然氣水合物是天然氣和水在比較低的溫度和折算原油的話,可達(dá)6435~7722億t,就相當(dāng)于我足夠高的壓力下形成的固態(tài)結(jié)晶物質(zhì),所以其存國陸上和近海石油天然氣總資源量的一半以上。在環(huán)境大多是在水深超過300m的海底沉積物中和據(jù)國土資源部海洋地質(zhì)研究所資料表明:中國永久凍土中。海底天然氣水合物巖要維持其固體狀海域已發(fā)現(xiàn)多處天然氣水合物可能賦存地區(qū),包括態(tài),就必須依賴于水層的巨大壓力。其垂直深度上東沙群島南部、西沙海槽北部、兩沙群島南部以及的分布范圍一般是從海底至其下200m,超過此深東海海域地區(qū)。上海海洋石油局對(duì)東海陸坡一沖度其固體狀態(tài)則難以存在。因?yàn)殡S著地層溫度的升繩海槽區(qū)勘探研究表明,該區(qū)域具有天然氣水合物高該固體狀態(tài)很容易遭到破壞。的賦存條件。中國地質(zhì)科學(xué)院侯增謙等在沖繩海槽中段的JADE熱水沉積區(qū)海底發(fā)現(xiàn)了富含CO2的天2國內(nèi)天然氣水合物研究現(xiàn)狀然氣水合物(通過潛入海底)2早在1810年化學(xué)家達(dá)威(H.Davy)首次在倫敦皇除了海洋勘探以外,中國科學(xué)院蘭州冰川凍土家研究院實(shí)驗(yàn)室成功地合成了氯氣水合物,引起了研究所凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的徐學(xué)祖研究員化學(xué)家們的極大關(guān)注。但是直到 Hammerschmidt于等專家經(jīng)研究認(rèn)為,我國青藏高原高山多年凍土帶1934年發(fā)現(xiàn)堵塞天然氣輸送管道的物質(zhì)就是天然很有可能貯存大量大然氣水合物1H。還有一些學(xué)氣水合物時(shí),石油地質(zhì)學(xué)家和化學(xué)家才把注意力集者指出南海北部陸緣瓊東南和珠江口盆地地區(qū)具中到天然氣水合物的研究上來。但當(dāng)時(shí)研究的目的有天然氣水合物形成的條件。只是為了解決管道堵塞問題。直到20世紀(jì)60年代蘇目前,我國在天然氣水合物勘探方面取得了聯(lián)在開發(fā)麥索亞哈氣田時(shí),首次在地層中發(fā)現(xiàn)了天定的成績,由其是在海洋勘探方面做的工作比較然氣水合物藏,人們才開始把氣體水合物作為一種多。通過許多專家學(xué)者的努力,我國已經(jīng)大體確定燃料能源進(jìn)行研究了天然氣水合物在我國沿海地區(qū)的分布,并對(duì)儲(chǔ)量我國在天然氣水合物研究方面起步較晚,直到進(jìn)行了估算,為將來我國實(shí)際開采天然氣水合物打世紀(jì)80年代末才開始關(guān)注,前期工作也僅僅局限下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)權(quán)威人士透露明年我國將鉆探對(duì)國外資料的簡單的收集和整理,由于受到政第一冂探井進(jìn)行天然氣水合物的儲(chǔ)量勘測(cè),預(yù)計(jì)在府的高度重視和大力支持,現(xiàn)已成為熱點(diǎn)研究課2020年進(jìn)行開采題。1990年,對(duì)天然氣水合物的研究來說是具有里22我國天然氣水合物的基礎(chǔ)研究程碑意義的一年。由于國家重點(diǎn)試驗(yàn)室屮科院蘭州在學(xué)習(xí)國外資料,評(píng)價(jià)國外進(jìn)展及了解高外的冰川研究所凍上工程的科研人員與其合作伙伴莫技術(shù)和實(shí)驗(yàn)后,我國也全面展開了對(duì)天然氣水合物斯科大學(xué)凍土專業(yè)的學(xué)者聯(lián)合研究,標(biāo)志著我國對(duì)的基礎(chǔ)研究。天然氣水合物的研究全面展開。目前,天然氣水合了解天然氣水合物的成因有助于對(duì)其進(jìn)行合物研究工作進(jìn)入到實(shí)際調(diào)查評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M階段。成、勘探和開發(fā)利用,所以我國在這方面也做了大21我國天然氣水合物的實(shí)際調(diào)查評(píng)價(jià)量的工作。如張景廉等從碳同位素地球化學(xué)方面作我國的天然氣水合物勘探工作開始于“九五”期了關(guān)于天然氣水合物的成因的研究2;狄永軍等經(jīng)間,現(xiàn)在止處于實(shí)際調(diào)查研究評(píng)價(jià)階段。迄今為止研究認(rèn)為只要存在豐富的底物(CO2),即使在低溫已在南海北部陸坡、南沙海槽、西沙海槽北部、西條件下自養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)甲烷作用完全可以進(jìn)行沙群島南部以及東沙群島南部、東海海域地等多處區(qū)域發(fā)現(xiàn)天然氣水合物BSR(擬海底反射層, bottom在天然氣水合物合成方面,我國也做了深入研emulating reflector,簡稱BSR)反射標(biāo)志。究。首先是在1990年,國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中科院蘭州1998年,課題“中國海域氣體水合物勘測(cè)研究調(diào)冰中國煤化工開人員成功的合成研圓滿完成,首次全面總結(jié)了我國海域天然氣水了甲CNMHG分析“,其后國土合物的成礦條件和找礦前景。資源部青島海洋地質(zhì)研究所也建立起了海洋天然從1999年起我國開始對(duì)大然氣水合物開展實(shí)氣水合物模擬實(shí)驗(yàn)室(該實(shí)驗(yàn)室完全擁有自主知識(shí)第41卷第4期潘一,等:天然氣水合物研究進(jìn)辰產(chǎn)權(quán)),成功的點(diǎn)燃了其合成的天然氣水合物。的甲烷氣體,會(huì)造成海水汽化,發(fā)生海嘯翻船等事此外在天然氣水合物生成動(dòng)力學(xué)機(jī)理、生成條故。研究表明世界各大陸邊緣的海底滑塌、滑坡和件,天然氣水合物的循環(huán)利用,天然氣水合物對(duì)地濁流作用,大多與海底天然氣水合物的分解有關(guān)。熱的影響以及天然氣水合物對(duì)環(huán)境的影響等方面海底天然氣水合物也是造成其他一些海洋災(zāi)害的也做了一定的研究。原因。由于水合物中含有超出自身體積164倍的氣23國內(nèi)天然氣水合物研究的其它現(xiàn)狀體,若遇斷裂等構(gòu)造作用將引起水合物在瞬間爆炸為了能夠更好的研究、開發(fā)、利用大然氣水合般地分解,可形成密度為01kg/m的氣、水混合物,物,我國已經(jīng)成立了多個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、研究中并在海面上形成強(qiáng)大的水動(dòng)力流、渦流和氣旋。輪心(所)等科研機(jī)構(gòu)專門從事天然氣水合物的研究船、飛機(jī)、海上鉆井設(shè)施遭遇這種環(huán)境會(huì)迅速沉到工作。如中國科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心,海底2。據(jù)此,很多學(xué)者推測(cè)認(rèn)為百慕大三角區(qū)中科院蘭州凍十所、國家海洋局以及國土資源部青發(fā)生的很多匪夷所思事故的元兇就是天然氣水合島海洋地質(zhì)所等都有從事天然氣水合物研究的專物。業(yè)隊(duì)伍。另外,一些大專院校也成立了自己研究天33天然氣水合物對(duì)環(huán)境的影響然氣水合物的實(shí)驗(yàn)室,積極參與對(duì)天然氣水合物的天然氣水合物是亞穩(wěn)定的增溫或減壓會(huì)使其結(jié)研究構(gòu)不穩(wěn)定,釋放甲烷等氣體。與CO相比,甲烷是國家也大力支持天然氣水合物的研究,在國家一種活動(dòng)性更強(qiáng)的溫室氣體。每摩爾甲烷是每摩爾自然科學(xué)基金、973、863攻關(guān)項(xiàng)目和創(chuàng)新項(xiàng)目中都二氧化碳的溫室效應(yīng)的37倍,如以質(zhì)量計(jì)則更多,設(shè)有關(guān)于天然氣水合物的研究項(xiàng)目。為了給廣大天為10倍。且甲烷被氧化后生成的二氧化碳后仍能產(chǎn)然氣水合物的研究人員提供了良好的交流條件,有生溫空效應(yīng),且其溫室效應(yīng)是等質(zhì)量二氧化碳?xì)怏w關(guān)天然氣水合物的專業(yè)會(huì)議也頻繁召開的20倍。圈閉在大陸和大氣中的甲烷含量約49最近,由中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)信息屮心,10°t(相當(dāng)于37×10°kg甲烷碳,并以每年約1%的國家海洋局海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國科學(xué)院蘭州速度遞增。據(jù)測(cè),海底和兩極永凍帶的氣體水合物地質(zhì)研究所,石油大學(xué)(北京),中國科學(xué)院廣州所封存的甲烷總量是大氣中甲烷量的3000倍,如果能源所天然氣水合物研究中心和凍土工程國家重這些甲烷被釋放進(jìn)人大氣,將對(duì)大氣圈的組分構(gòu)成點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合主辦的天然氣水合物信息網(wǎng)正式建巨大的影響,進(jìn)而給全球氣候、人類的生態(tài)環(huán)境造成并投入使用。此網(wǎng)站的開通除了可以大范圍的普成重大影響23及天然氣水合物的知識(shí)外,更為天然氣水合物的研究人員提供了廣闊的超越吋空的交流平臺(tái)4結(jié)論3面臨的問題(1)我國具有可形成天然氣水合物天然條件的地區(qū)遼闊,其儲(chǔ)量巨大。據(jù)中國科學(xué)院戴金星院士3.1實(shí)際開采面臨的問題估計(jì)全國天然氣水合物總資源量不少于100×10我國已探明的天然氣水合物賦存地區(qū)都在海m3底,對(duì)于海上鉆探來說海水壓力大,溫度變化大,(2)依托國家,加強(qiáng)對(duì)天然氣水合物的基礎(chǔ)研所以海上施工困難大。而且又由于天然氣水合物在究,以便盡早實(shí)現(xiàn)天然氣水合物的實(shí)際開采利用。壓力降低或溫度升高時(shí)會(huì)發(fā)生1:164的氣休膨脹,在(3)充分認(rèn)識(shí)天然氣水合物這把雙刃劍,在對(duì)鉆井或固井時(shí)會(huì)使天然氣水合物分解,氣體迅速膨其加以開發(fā)利用的同時(shí)保持清醒的頭腦,預(yù)防其會(huì)脹使井徑擴(kuò)大,套管被壓扁,使井口裝置或防噴器帶來的災(zāi)害。失去承載能力而發(fā)生傾斜,喪失井壓控制手段,有總之,天然氣水合物作為清潔、高效、儲(chǔ)量巨可能導(dǎo)致井噴及井塌事故。大的新型能源,必將替代煤和石油成為21世紀(jì)能32天然氣水合物的災(zāi)害效應(yīng)源,或者說天然氣水合物是未來能源。天然氣水合物最主要的災(zāi)害效應(yīng)莫過于海底參考文獻(xiàn)的分解。它可以誘發(fā)嚴(yán)重的海底滑坡從而使海底工1」中國煤化工球供應(yīng)體系中國礦程設(shè)施遭到損毀如海底輸電、通訊電纜、海洋石油CNMH能源開發(fā)展型[中國能鉆井平臺(tái)等。由于氣體水合物的穩(wěn)定帶是巖石的源.2002,1:37-38結(jié)合薄弱帶很容易造成海底滑坡,同時(shí)釋放出大量[3!劉廣志天然氣水合物開發(fā)的現(xiàn)狀和商業(yè)化的技術(shù)關(guān)探礦404當(dāng)代化工2012年4月地球科學(xué).2001,12(1-2)22-264胡奧林天然氣水合物資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀以石油與天然氣化工199,[15]狄水軍郭正府李凱明天然氣水合物成長探討地球科學(xué)進(jìn)展4(2)101-1062003,18(1):138-1435]陳作義楊曉西,葉國興天然氣水合物概況及最新研究進(jìn)展門海洋16戚學(xué)貴.陳則部天然氣水合物研究進(jìn)展自然雜志,201,232)通報(bào)200221(3):78-85「61爾懷彥,王先彬房幺天然氣水合物研究現(xiàn)狀與未來挑戰(zhàn)門沉積學(xué)17]李常茂耿瑞倫關(guān)于天然氣水合物鉆探的思考探礦工程報(bào),1999.17(3:493-4982003)5-87]徐明仿,晏剛杜維明天然氣水合物的研究及利用能源技181甘華陽王家生天然氣水合物潛在的災(zāi)害和環(huán)境效應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害術(shù)2004,25(5):203-206與環(huán)境保護(hù),2004,15(4:5-8.[8]宋召軍,劉立.天然氣水合物研究現(xiàn)狀與展望吉林地[19]彭曉彤周懷陽陳光謙論天然氣水合物與海底地質(zhì)災(zāi)害、氣象災(zāi)質(zhì)2003.22(4):64-68害和生物災(zāi)害的關(guān)系然災(zāi)害學(xué)報(bào),2002.11(418-229]方銀霞金翔龍黎明碧天然氣水合物的期探與開發(fā)技術(shù)中國海20]徐國強(qiáng),周祖翼呂柄全海底氣體水合物自然雜志,20洋平臺(tái)200217(2-152202:113-11610]宋巖夏新宇天然氣水合物研究和勘探現(xiàn)狀門大然氣地球科21楊永強(qiáng)翟裕生薛林福天然氣水合物的資源環(huán)境效應(yīng)世界地質(zhì)學(xué)2001,12(1-23-102002,21(1)130-3211楊文達(dá)陸文才東海陸坡一沖繩海槽然氣水合物初探U海洋石1221于曉果李家彪天然氣水合物分解及其牛態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展油2000423-28地球科學(xué)進(jìn)展,20041916947-954[12]張景于均民崔永強(qiáng)天然氣水合物成因探討及中國海域勘探前[23張俊霞任建業(yè)天然氣水合物研究中的幾個(gè)重要問題小地質(zhì)科技景海洋石油2003231)51-56[3]徐學(xué)祖程國棟俞祁浩青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物的研究[24」蘇君雅天然氣水合物—既有麻煩,又是巨大潛在能源石油前景和建議地球科學(xué)進(jìn)展,99142)201-204與天然氣化工,1994.23(4):214217[14]張立新徐學(xué)祖馬魏青藏高原多年凍土與天然氣水合物天然氣(上接第397頁)(6)HDPE土工膜在鋪設(shè)中,應(yīng)避免產(chǎn)生人為(4)基面上的陰陽角處應(yīng)圓滑過渡,柱根部應(yīng)褶皺,溫度較低時(shí),應(yīng)盡量拉緊,鋪平做成圓弧狀。(7)HDPE土工膜鋪設(shè)完成后,應(yīng)盡量減少在(5)基底應(yīng)密實(shí)均勻,表而干燥,含水率宜在膜而上行走、搬動(dòng)工具等,凡能對(duì)HDE膜造成危15%以下害的物件,均不應(yīng)放在膜上或攜帶在膜上行走,以在土建、監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位、業(yè)主、總承包人驗(yàn)免對(duì)膜造成意外損傷。收簽字認(rèn)可后便可進(jìn)行土工膜施工。(8)HDPE土T膜為柔性材料,可根據(jù)基礎(chǔ)的42氣候要求不同形式,做任何造型。所有拐角、直角部分,均(1)氣溫一般應(yīng)在5~40℃,天冷時(shí),鋪設(shè)應(yīng)做成圓角或倒角,避免損壞HDPE土工膜。應(yīng)緊一些,天熱時(shí)應(yīng)松一些,考慮熱脹冷縮。(9)鋪設(shè)完,應(yīng)緊接著焊接,管道節(jié)點(diǎn)、陰陽(2風(fēng)力超過4級(jí)或雨天應(yīng)停止施工;角、拐角等難處理的地方,可配合熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行焊接(3)有風(fēng)天氣,風(fēng)力影響十工膜施工時(shí),待焊(10)壓邊錨固:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,一般反邊30-的HDPE十工膜應(yīng)用砂袋壓牢。50cm于基礎(chǔ)上,用膨脹螺栓、壓條,進(jìn)行壓邊錯(cuò)4.3HDPE土工膜的鋪設(shè)固。壓完邊,再進(jìn)行其他的密封和防腐措施。(1)鋪設(shè)HDPE土T膜前應(yīng)有土建工程相應(yīng)的合格驗(yàn)收證明文件。5結(jié)束語(2)HDPE膜裁切之前,應(yīng)該準(zhǔn)確丈量其相關(guān)對(duì)于地基基礎(chǔ)的防滲設(shè)計(jì),是整個(gè)工程項(xiàng)目的尺寸,然后按實(shí)際裁切,一般不宜按圖示尺寸裁切,重要一環(huán)。應(yīng)明確該防滲對(duì)濕陷性黃土地基處理的應(yīng)逐片編號(hào),詳細(xì)記錄在專用表格上。重要性,注意相關(guān)的構(gòu)造要求,力求做到經(jīng)濟(jì)合理3)鋪設(shè)HDE土工膜時(shí)應(yīng)力求焊縫最少,技術(shù)先進(jìn)、安全可靠在保證質(zhì)量的前提下,盡量節(jié)約原材料。10cm,通常就使焊縫排列方向平行于最大坡度,即~這蔽(4)膜與膜之間接縫的搭接寬度一般不小于參考中國煤化工時(shí)滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范)l沿坡度方向排列。CNMH-(5)通常在拐角及畸形地段,接縫長度盡量減[4]cBs0453-200(油化工建(構(gòu))筑物抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》l短[5]GB5007-2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》ls