摘要 自然界中存在年夜量的水合物，这些水合物是已经被感受是未来主要的能源，本文剖析了自然气水合物成本的特点，并综合介绍了现阶段提出的自然气水合物开采方式及模子，对比剖析了典型开采方式，如热激发、降压和注按捺剂等的优瑕玷和经济性，指摘了研究中存在的题目问题，并提出了往后研究的重点。
要害词 水合物 成本 开采
The Research of Natural Gas Production From Hydrate
Abstract There are a great deal hydrates in the Earth and hydrate reservoirs have been considered as a substantial future energy resource. This paper analyzed the characteristics of hydrate reservoir, introduced the method and models of natural gas production from hydrate dissociation, investigated the relative merits and economical efficiency of typical method such as thermal stimulation, depressurization and inhibitor injection, and given out some suggests for the emphases of the research in the future.
Keywords Gas hydrate; Hydrate reservoir; Natural gas production
自然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate），又称笼形化合物（Clathrate）。它是在必然前提（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和自然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧。
在自然界中存在的水合物绝年夜部门是甲烷水合物。凡是情形下，从水合物分化获得甲烷是水合物体积的160多倍，而且以固态形式存在的自然气的总量比地球上化石燃料贮量多一倍，所以人们已经把水合物作为未来主要的能源储蓄。其余甲烷含碳量少于煤或煤油，甲烷发生的二氧化碳仅是煤的一半，是一种对照清洁的能源 [1]。
自然气水合物因为其分布广、规模年夜，是以从20世纪80年月初，美国、加拿年夜、日本等蓬勃国家开展了本土和国际海底的察看研究和评价。至今，列国已经对自然气水合物勘探拓荒手艺等方面进行了一系列深切仔细的工作，取得了年夜量令人鼓舞的功效。但因为自然气水合物的拓荒面临着经济和手艺上的可行性题目问题，自然气水合物的拓荒手艺尚处于执行阶段。
1 自然气水合物矿藏的特点
美国能源部R .D .Malone (1985)进行多年研究指出水合物存在于以下四个范例中[2]：
第一种范例是优越涣散型水合物，在诸如墨西哥湾的密西西比峡谷和Orca区域中了发现该种样品。
第二种是结核状水合物，其直径为5cm，可存在诸如墨西哥湾的绿色峡谷中。该水合物气体为从深处迁移的热成因气体。
第三种是层状水合物，涣散于沉积物的各薄层中，例如：在 布莱克--白哈马山脉发现的晶核，该水合物存在于全数的近海区域和永远冻土中。
第四种是块状水合物，厚度为3-4m，水合物的含量为95%的，沉积物含量少于5%的，例如在远离中美洲海沟的DSDP84航次570井位发现的水合物样品。此刻还不清晰该样品是来自于生物发源照样来自于热成因。当该水合物增进时，年夜部门气体可转移到水合物处，概略形成与断层中，或当块状水合物增添时气体挤压沉积物。
在年夜陆上，自然气水合物形成带局限较小，年夜体上与冻结岩石发育带整齐。自然气水合物形成带的最年夜厚度为1800～2000m，其中最常见的厚度为700～1000m[3]。而在海洋中，自然气水合物最初形成的海水深度是：在南北极区域约为100~200m，在赤道四周区域为400~600m，水合物的生成带的厚度从几米到500米[4]。
若是沉积物中的悉数孔隙都被自然气水合物充溢，则该沉积体变可形成一个相对不渗透的樊篱，其下可以群集游离态的自然气，如图1所示。
图1 典型水合物储层暗示图
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图2 热激发开采自然气水合物暗示图
在热刺激模子中，水合物发生的热传导节制手艺有两种[5]。
1）用热水或蒸汽轮回注入预热井。
该过程由两个步骤组成。1）蒸气或热水输入。2）水合物分化阶段。3）产朝气体和水的阶段。宏不雅观模子可确定蒸汽打针阶段以及分化阶段中，蒸汽输入和裂化阶段所需的平均储压和水的饱和度。输入蒸气过程中有热损，其余热量则耗损用于水合物的分化和对地层的加热。
研究注解：水合物的储层最小应有15%的孔隙度，厚度应有7.5cm。若是打针液的温度为340K和395K之间，则可知足其经济可行性的需要。
2）行使电磁或微波等直接加热。
为了更有用行使热能，该模子日常在井下安设加热装配，培植较复杂。若是行使微波加热，可以经过过程波导将微波导入井底，直接加热水合物或水。
在数值模拟的模子中，日常忽略了水的行为，再行使差分方式来求解热扩散方程和物质扩散方程，但从执行研究效果看忽略水的行为是不科学的。
2．2降压法
经过过程降低压力而引起自然气水合物不变的相平衡曲线的移动，从而达到促使水合物分化的目的。其日常是经过过程在一水合物层之下的游离气群集层中"降低"自然气压力或形成一个自然气"囊"（由热激发或化学试剂浸染待遇形成），与自然气干戈的水合物变得不不变而且分化为自然气和水。其实，开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有用方式（如图3），其余经过过程调节自然气的提取速度可以达到节制储层压力的目的，进而达到节制水合物分化的效果。
图3 降压法开采自然气水合物暗示图
当储藏压力低于三相（LW-H-V）平衡值时，水合物会分化，要从四周情况中吸热，可视察到储藏物的温度降低。可获得热力梯度，热量以热传导的形式流入正在分化的水合物接壤面上。水合物可以持续分化，直到在低温下所得的气体可以知足低温下的压力平衡。接纳压力降低方式需要有必然的热力梯度，以便持续进行水合物的分化。
减压模子可看作热量和压力平衡中无限年夜多孔介质的一维过程。在水合物下外面，压力下降到平衡值之下，就最先分化过程。人们行使一个移动界限，来区分已星散的和未星散的区域，每个区域中可移动的相只有气相。对每个区域气体列出动量方程和移动界限处的质量平衡方程 。该模子假设瞬时有充沛的热量从四周流入水合物分化外面，是以遍地的温度都是常数。在每个区域中，凭据移动界限的位置和产出的气体的若干的对应相干，绘制压力争。
减压法开采过程中整个储层压力分布的数学模子如下[6]：
（1）
（2）
（3）
式中r是策画点到井轴线的距离，t是时刻，