研究报告

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天然气水合物开发要探求更经济途径——访北京大学工学院教授、我国天然

第一章天然气水合物概述

1.1天然气水合物的定义与特性

天然气水合物，也被称为“可燃冰”，是一种在低温高压条件下，天然气分子与水分子形成的一种固态化合物。它主要由甲烷和水组成，其化学式可表示为CH4·nH2O。在自然界中，天然气水合物广泛存在于深海沉积物和永久冻土层中，其储量远超传统化石燃料，被看作是未来能源的重要接替者。

天然气水合物的形成条件较为苛刻，通常需要温度在0℃至2℃之间，压力在30MPa至50MPa之间。在这种条件下，甲烷分子被水分子包围，形成一种类似于冰的结构。据统计，全球天然气水合物的储量约为10万亿立方米，相当于全球已探明天然气储量的两倍。我国南海、东海、青藏高原等地均有丰富的天然气水合物资源。

天然气水合物具有以下几个显著特性：首先，它是一种清洁能源，燃烧后几乎不产生二氧化碳等温室气体，对环境友好。其次，天然气水合物燃烧效率高，热值约为55.5MJ/m3，与常规天然气相当。此外，天然气水合物还具有资源密度大、开采难度大、潜在环境影响等特点。例如，开采过程中可能引发海底滑坡、甲烷泄漏等环境问题。近年来，随着技术的不断进步，各国对天然气水合物的开采研究日益深入，旨在实现这一清洁能源的可持续利用。

以我国为例，我国在天然气水合物勘探开发方面取得了显著成果。2017年，我国在南海北部神狐海域成功钻获天然气水合物，标志着我国天然气水合物勘查开采迈出了重要一步。据初步评估，神狐海域天然气水合物资源量巨大，具有极高的经济价值。这一发现为我国能源结构调整和可持续发展提供了新的方向。在全球能源需求不断增长的背景下，天然气水合物作为一种清洁、高效的能源，其开发利用具有重要意义。

1.2天然气水合物的分布与储量

(1)天然气水合物在全球范围内分布广泛，主要集中在深海沉积物和永久冻土层中。据估计，全球天然气水合物的储量约为10万亿立方米，这一数字相当于全球已探明天然气储量的两倍。在深海区域，天然气水合物主要分布在海底的沉积层中，特别是在水深超过300米的区域，其分布更为密集。例如，在墨西哥湾、西非海岸、北大西洋等地区，天然气水合物的资源潜力巨大。

(2)在永久冻土层中，天然气水合物的分布同样广泛。北极地区是天然气水合物的主要分布区域之一，据统计，北极地区的天然气水合物储量可能超过全球陆上天然气储量的两倍。此外，俄罗斯、加拿大、美国等国的永久冻土层中也含有丰富的天然气水合物资源。这些资源在气候变暖的背景下，随着冻土层的融化，可能会逐渐释放出来。

(3)除了深海和永久冻土层，天然气水合物在某些特定地质构造中也存在。例如，在陆上天然气田中，天然气水合物可能以夹层形式存在，增加了资源的复杂性。在勘探过程中，科学家们已经发现了一些天然气水合物的典型地质标志，如高压、低温、高含水量等。以我国为例，南海、东海、青藏高原等地都发现了天然气水合物的潜在分布区域，其中南海的天然气水合物资源储量尤为丰富，具有巨大的开发潜力。

1.3天然气水合物的重要性

(1)天然气水合物作为一种新型清洁能源，具有巨大的能源潜力。其储量丰富，分布广泛，对于保障全球能源安全具有重要意义。随着全球对化石能源依赖的逐渐减弱，天然气水合物作为替代能源的潜力日益凸显，有望缓解能源供应紧张的问题。

(2)天然气水合物的开发利用有助于推动能源结构的优化和低碳经济的发展。作为一种几乎不产生二氧化碳的清洁能源，天然气水合物的广泛应用将有助于减少温室气体排放，应对全球气候变化。同时，天然气水合物的开发还将促进相关产业链的发展，带动经济增长。

(3)天然气水合物的开发对于我国能源战略具有重要意义。我国是世界上天然气资源储量丰富的国家之一，天然气水合物的开发利用将有助于提高我国能源自给率，保障国家能源安全。同时，天然气水合物的开发还将推动我国能源产业的转型升级，为我国经济的可持续发展提供有力支撑。

第二章天然气水合物开发现状

2.1当前开发技术

(1)当前天然气水合物的开发技术主要包括钻井技术、开采技术、储运技术和环境监测技术。钻井技术是天然气水合物开发的基础，通过深水钻井平台或陆地钻井设备，将钻头深入到天然气水合物储层。例如，我国在南海神狐海域的天然气水合物开采试验中，采用深水钻井平台成功钻探到天然气水合物储层，钻井深度达到1225米。

(2)开采技术主要包括降压开采、加热开采和化学剂开采等。降压开采是通过降低储层压力，使天然气水合物分解为天然气和水。据研究，降压开采可以使天然气水合物分解率高达90%以上。加热开采则是通过注入热流体加热储层，促进天然气水合物的分解。化学剂开采则是利用化学剂与天然气水合物反应，降低其稳定性，从而实现开采。例如，美国在阿拉斯