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天然气水合物资源利用技术发展与展望 0 天然气水合物资源 天然气水合物，也被称为“可燃冰”，是在高压和低温条件下形成的一种冰和笼状化合物1。它们是自然界天然气的一种特殊形式，主要分布在水深大于300m的海洋和永久陆地冻土带。其中，海洋天然气资源总量是世界的，其资源量是陆地冻土带的100倍以上。天然气水合物的显著特点是分布广、储量大, 1 m3天然气水合物可释放出164 m3CH4和0.8 m3H2O。据估计, 全球天然气水合物的资源总量换算成CH4气体约为1.8×1016~2.1×1016m3, 有机碳储量相当于全球已探明矿物燃料 (煤炭、石油和天然气等) 的2倍［2］。因此, 天然气水合物, 特别是海洋天然气水合物被普遍认为将是二十一世纪替代煤炭、石油和天然气的新型清洁能源, 其研究受到了世界各国高度重视。 1 国际天然气水合物勘探技术 1.1 天然气水合物的勘探前景与发展历程 水合物的研究历史最早可追朔到1810年, 截止目前, 其相关研究历程大致可分为三个主要阶段: 第一阶段 (1810-1934年) , 最初学者们对水合物的研究源于学术兴趣, 主要为确定何种物质能形成水合物及其所需温度和压力条件等［3］。 第二阶段 (1934-1965年) , 水合物研究快速发展, 1934年Hammerschmidt［4］用实验确认了堵塞天然气管道的固体物质是天然气与水形成的水合物。当时正值美国油气工业高速发展时期, 为了在管道输送和加工过程中抑制水合物生成, 一些研究机构相继开始对水合物进行深入研究, 从而使得水合物的研究逐渐走向实际应用。 第三阶段 (1965-) , 1965年Makogon［5］等苏联研究人员在西伯利亚永冻土层中发现了天然气水合物, 此后在全球其它许多地方又陆续发现了天然气水合物存在的证据。据估计, 以天然气水合物形式存在于地层中的CH4贮藏量至少相当于已探明的矿物燃料总储存量的2倍。在传统石油能源日益枯竭之际, 这对全世界而言无疑是一个巨大喜讯。天然气水合物在能源开发利用方面展现出的广阔前景引起了许多国家的高度重视, 吸引着世界各国在勘探、试采、配套技术、环境影响等方面不断深入研究, 特别是进入二十一世纪以来, 美国、加拿大、 德国、挪威以及我国周边的日本、印度、韩国、越南等国家都制定了天然气水合物长期研究计划, 一陆三海的格局初步形成。 国际天然气水合物资源的勘探和开发技术发展状况: a) 初步取样调查阶段 (1968-1980年) 。1968年, 以美国为首的深海钻探计划 (DSDP) 开始实施, 主要目的是开展天然气水合物资源普查。随后, 世界上许多国家都将天然气水合物列入国家重点发展战略, 并从能源储备战略角度考虑, 作为政府行为, 投入巨大的人力和物力资源进行, 相继开展本国专属经济区和国际海底区域内的水合物资源调查、评价和进行有关天然气水合物的基础研究。 b) 大规模钻探阶段 (1980-1990年) 。1985年, 作为DSDP计划的延续, 一个规模更大、多国合作的大洋钻探计划 (ODP) 正式实施。至20世纪90年代中期, 以DSDP和ODP两大计划为标志, 美国、俄罗斯、 荷兰、德国、加拿大、日本等诸多国家探测天然气水合物的目标和范围已覆盖了世界上几乎所有大洋陆缘的重要潜在远景地区以及高纬度极地永久冻土地带。其中有23个站位通过钻孔直接找到了天然气水合物存在的证据, 其它地区则是通过收集地震数据进行预测。在这一时期, 天然气水合物研究和普查勘探被推向一个崭新阶段, 天然气水合物资源开发及其商业化成为重要研究目标。 1993年, 第一届天然气水合物国际会议召开, 拉开了一个水合物发展的契机, 随后该会每3年召开1次, 2014年的会议将在北京召开。 c) 取样阶段 (2000-) 。自2000年开始, 天然气水合物资源的研究进入了大规模发展阶段。这一时期, 众多国家进行了天然气水合物钻探并取得了样品。1998年加拿大Mallik地区成功取样, 2006年印度获取岩心, 2007年中国获取海域岩心, 2008年韩国获取海域岩心, 2009年中国获取冻土岩心, 2011年日本成功钻探取样, 2012年日本开始进行海域试采准备。 1.2 天然气水合物的研究 随着深海钻探计划、大洋钻探计划的进行和水合物岩心、样品的取得, 许多国家都将天然气水合物列入国家重点发展战略, 制定了国家级的水合物研究计划, 一个深入展开的天然气水合物研究热潮正在全球掀起。 1.2.1 美国天然气水合物研究计划 20世纪90年代, 美国地质调查局和能源部开展了全美天然气水合物研究计划。2000年美国参议院通过了天然气水合物研究与开发法案 (S.330法案) , 围绕天然气水合物的资源特征、开发、全球碳循环、安全及海底稳定性