采用计算机断层扫描技术(CT系统)开展了甲烷-纯水体系的气水合物生成和分解实验研究,结果表明,利用CT系统可以直观地获得甲烷水合物生成和分解的动态变化过程。指出:甲烷水合物的生成基本上从气液分界面开始,且形成初期存在突变性;生成的气水合物起初非常疏松、呈絮状,然后逐步变得密实;气水合物分解则是一个不断释放气体,由密实变得疏松的过程。

将温度在零度以上的甲烷水合物的分解过程看作是无固态产物层生成的气固反应,从晶体溶解的角度研究了水合物颗粒的消融问题,推导了颗粒半径随反应时间变化的微分方程,从理论上建立了甲烷水合物分解的缩粒动力学模型。利用前人的实验数据,进行了水合物分解的动力学分析,认为温度在零度以上时,水合物分解反应由界面化学反应过程控制。将实验数据代入模型拟合了甲烷水合物分解反应的活化能E a和表观分解速率常数kr与文献值误差较小。

指出用水合物作为天然气储运的新方法,具有安全可靠、费用低的优势,可以替代天然气储运的常规方法(管道法和液化天然气法),特别适用于海上及陆地偏远小气田的开发。对天然气4种运输形式的成本进行了比较,结果表明利用固态天然气水合物输送时成本最低。提出了利用水合物实现工业化天然气固态输送过程中一些尚待解决的技术问题。

以ISI Web of Know ledge信息平台提供的SC I(网络版)数据库、IN SPEC数据库和D II数据库为数据源,以Derwent Analytics软件为分析手段,对1995―2005年期间发表/申请的国际天然气水合物研究论文/创新专利的年度分布、国家分布、机构分布、期刊分布和作者分布情况作了分析与比较,从文献计量角度指出了国际天然气水合物的研发主要集中在美、日、俄、加、英、德、法、中、挪等国的国立科研机构、政府部门和大学。同时分析了中国天然气水合物的研究概况。

通过对国内外最新资料的分析指出,与上个世纪估算的全世界天然气水合物总资源量相比,最新估算的天然气水合物资源量明显减少,已经不是煤、石油和天然气总资源量的2倍;但是,仍然相当于目前全世界的油气资源总量,又因其分布广、资源量巨大、能量密度高而极具开发前景。认为开发天然气水合物会引发一系列负面环境效应,如温室效应、海底滑坡和海洋生态平衡的破坏等。

以气体水合物形成过程中的诱导现象为基础,辨析了诱导时间的定义,归纳和总结了诱导时间的理论确定方法和实验确定方法,分析了水分子结构、气体组分、扰动及驱动力等因素对诱导时间的影响,认为明确的诱导时间基本概念和作用规律将对以后研究工作的开展起到积极作用。

AVO作为一种成熟的地震资料分析解释技术,已广泛应用于油气资源勘探并取得了良好的效果。天然气水合物作为一种新的能源载体,同样可以运用AVO技术进行探测研究,并已经在BSR的AVO模拟及含气体水合物沉积物的内部结构研究等方面取得了一定的成果。但是,由于水合物与油气的性质不同,在具体应用过程中,仍存在许多需要注意的问题。综述了AVO技术在水合物研究中的应用及应该注意的一些问题。

南中国海东北部大陆斜坡带上的海相沉积有适当的沉积厚度,处于适宜形成气水合物的温―压域内,有一定的甲烷生成潜力。从台西南盆地的地震反射记录中,可以观察到气水合物存在的证据――似海底反射(BSR),暗示了气水合物的广泛分布。台西南盆地的构造沉积格架与甲烷的生成和大量气水合物沉积可能存在直接联系;各种快速堆积的沉积体系(如滑塌块体、等深流沉积、浊积扇及三角洲)前缘,是天然气水合物富集的有利沉积相带,其中等深流沉积和滑塌块体推测为最有利气水合物聚集的沉积体。

在集气管线中一旦出现水合物堵塞,就要进行解堵,但通常比较困难,而且影响正常运行,有时还会引起事故。因此,对于新投产或已正常运行的集气管线,如何预先判定在什么位置、什么条件下会形成水合物堵塞,如何采取经济有效的解堵预防措施,一直是天然气界十分关注的问题。在前人工作的基础上,运用化工热力学和数值分析等基本原理,并结合水合物生成动力学机理及气体水合物分子热力学模型,将天然气水合物分子热力学和集气管线中天然气动力学有机结合起来,建立了集气管线天然气水合物堵塞预测模型。利用建立的数学模型,并在参考国内外有关资料基础上,研制了集气管线天然气水合物堵塞预测软件GGP-NGH1.0。

综述了国内外对天然气水合物成因机理的研究现状和天然气水合物的气体成因类型。重点探讨了海底之下天然气水合物的形成机理,提出了强渗漏和弱渗漏系统的概念和分析了基于这两种系统的水合物形成模式和特点。认为:强渗漏系统是指海洋底部由地壳构造活动产生的挤压或拉伸等变形作用,或者由于海洋沉积物的侧向挤压变形作用而出现断层,许多圈闭的烃类气体由此向上渗流并大量漏出,形成较稳定的水合物形成所需的气源,该系统形成的天然气水合物分布集中,储量密度大,具有实际开采价值;弱渗漏系统是指以甲烷为主的烃类气体由微生物和热作用生成后散布于原地的海底之下较为松散的多孔沉积物中,这些沉积物因温压变化可形成天然气水合物,但这类水合物分布分散,不能成藏,不利于开采。另外还探讨了我国南海天然气水合物成藏的可能性。

分析了沉积层中天然气水合物形成的原因。在公认的水合物形成地质模型基础上,借助分形几何理论,对分形维数df进行了修正。描述了天然气水合物在分形介质中的扩散特性及生成动力学特性,对水合物的形成速率方程进行了数值求解,研究了分形维数df及扩散半径r的改变对水合物形成速率的影响,将所得结果与实验室数据进行了比较。通过对水合物在天然多孔介质中的生成过程的模拟,为实现对我国南海地区天然气水合物矿藏的预测与分析做了理论探索。