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第 节 天然气水合物的形成及防止 一、概 述 1.定义： 气体水合物:是水与轻烃、ＣＯ2及Ｈ2Ｓ等小分子气体形成的非化学计量型笼形晶体化合物(clathratehy drates ),或称笼型水合物。气体水合物是一种包络状晶体，外来气体分子被水分子的氢键所结成的晶体网络坚实地包围在中间。其它分子则在范德瓦耳斯力作用下，被包围在晶格中。范德瓦耳斯力：存在于中性分子或原子之间一种微弱电性吸引力。 可燃冰就属于气体水合物的一种。 2.天然气水合物:是一种由水分子和碳氢气体分子组成的结晶状固态简单化合物 （M·nH2O） 天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。它可用M·nH2O来表示，M代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99％的天然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。 3、形成地点 一般来说，除在高纬度地区出现的与永久冻土带相关的天然气水合物之外，在海底发现的天然气水合物通常存在水深300～500m以下(由温度决定)，主要附存于陆坡、岛屿和盆地的表层沉积物或沉积岩中，也可以散布于洋底以颗粒状出现。这些地点的压力和温度条件使天然气水合物的结构保持稳定。从大地构造角度来讲，天然气水合物主要分布在聚合大陆边缘大陆坡、被动大陆边缘大陆坡、海山、内陆海及边缘海深水盆地和海底扩张盆地等构造单元内。据估计，陆地上20.7%和大洋底90%的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体，因而是一种重要的潜在未来资源。, m0 C! S4 y, h) v6 n$ F: u! n* f K 天然气水合物在世界范围内广泛存在，这一点已得到广大研究者的公认。在地球上大约有27%的陆地是可以形成天然气水合物的潜在地区，而在世界大洋水域中约有90%的面积也属这样的潜在区域。已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。由于采用的标准不同，不同机构对全世界天然气水合物储量的估计值差别很大。据潜在气体联合会(PGC，1981)估计，永久冻土区天然气水合物资源量为1.4×1013～3.4×1016m3，包括海洋天然气水合物在内的资源总量为7.6×1018m3。但是，大多数人认为储存在汽水合物中的碳至少有1×1013t，约是当前已探明的所有化石燃料(包括煤、石油和天然气)中碳含量总和的2倍，具有广阔的开发前景，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，我国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量，约相当我国目前陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。由于天然气水合物的非渗透性，常常可以作为其下层游离天然气的封盖层。因而，加上汽水合物下层的游离气体量这种估计还可能会大些。如果能证明这些预计属实的话，天然气水合物将成为一种未来丰富的重要能源。 4、外形 外形:如冰雪状，通常呈白色。结晶体以紧凑的格子构架排列，与冰的结构非常相似。 表 1 甲烷天然气水合物和冰的性质（引自Sloan和Makagon，1997） 性质 甲烷天然气水合物 泥沙沉积物中的海底甲烷天然气水合物 冰 硬度（Mohs） 剪切强度(MPa) 剪切模量 密度(g/cm3) 声学速率(m/s) 热容量(kJ/cm3)-273K 热传导率(W/m·K) 电阻率(kΩ·m) 2-4 2.4 0.91 3300 2.3 0.5 5 7 12.2 1 3800 ≈2 0.5 100 4 7 3.9 0.917 3500 2.3 2.23 500 5、水合物的危害 ⑴⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂水合物在管道中形成，会造成堵塞管道、减少天然气的输量、增大管线的压差、损坏管件等危害，导致严重管道事故； ⑵水合物是在井筒中形成，可能造成堵塞井筒、减少油气产量、损坏井筒内部的部件，甚至造成油气井停产； ⑶水合物是在地层多孔介质中形成，会造成堵塞油气井、减低油气藏的孔隙度和相对渗透率、改变油气藏的油气分布改变地层流体流向井筒渗流规律，这些危害使油气井的产量降低。 二、天然气中水汽的含量 1.水汽含量的表示方法 ⑴绝对