第八届国际天然气水合物大会参会总结（二）

二、学术成果
　　（一）天然气水合物基础研究专题
　　本专题共收集到论文及摘要207篇，其中全文为130篇，是所有五个主题中数量最多的，其涉及研究科目繁杂，技术手段多样，有的文章研究内容与经济能源有关，有的则是较为纯粹的学术科研。现对本专题中具有代表性的学术成果加以总结。
　　目前在工业界虽然已经具有成熟的储运甲烷的技术，例如LNG等方式，但其储运成本仍然有进一步降低的空间。以水合物为介质的储运方式被认为是最有前途的下一代工业界标准，虽然离真正的商业性运作尚有不小的差距，但科研界在这方面的研究可谓风生水起。Siangsai et al.利用活性炭加速水合物形成的进程，研究表明粒级尺度841-1680um时改善最为明显，水-水合物转化率达到了98.7%；Arora et al.则提出了利用沸石粒级为3A和5？等条件下对二氧化碳水合物形成的催化作用，实验的环境温度为274.15K和压力30bar，结果显示在此条件下，沸石可有效促进二氧化碳水合物的形成。
　　本专题另一特色基础性研究为如何利用水合物形成过程的分异作用进行混合介质的分离提纯。Kang et al进行了海水淡化方面的研究工作，利用二氧化碳为水合物客气体净化海水，排异海水中的Na，K，Mg，Ca，B等物质，以及Cl，SO4，其中71-94%的阳离子得以去除，73-83%的阴离子去除，对未来的海水淡化作用具有非常重要的意义。同样，印度Sahu et al也对水合物的淡化海水技术进行了理论研究，应用Clapeyron方程同时辅以模拟软件HydroFLASH计算了多种物质作为净化媒介的有效性和效率，研究结果显示丙烷和CO2完成此任务为最佳选择。除了大多数关注如何储集甲烷和二氧化碳的文章外，来自科罗拉多矿业大学的Khan et al关注于如何有效的储集氢气，其储集水合物以sH型为主要研究对象，分析结果显示当四种物质（MCH+H20+CH4+H2）混合时，MCH作为催化溶剂，在温度恒定的情况下，氢气与甲烷的置换比随着压力逐渐不断增加而上升，当压力在13MPa时，置换比可达7倍。
　　在水合物平衡态的研究领域存在着self-preservation现象，即甲烷或者二氧化碳等客气体水合物可以在超出平衡态的状态下仍然保持平衡而不分解，该方向的研究有助于提高水合物的能源储运认识。Lee et al研究了二氧化碳和甲烷水合物的的self-preservation现象，结果显示二氧化碳可在0.12MPa下保持稳定，甲烷则在0.4MPa下非常的缓慢分解。Falenty et al.研究了冰晶微粒体的self-preservation现象，研究表明了该现象的持久性可能与两种因素有关，分别为所使用的ICE的微结构（形状、排列、尺寸）以及ICE粒外层的退火速率对释放的气体所产生的扩散壁垒作用。以冰晶微粒体而言，理论的计算结果显示250K条件时，self-preservation现象的效果最为突出。
　　同时，本专题还有一些纯粹的学术研究。Spangenberg et. al反思了多年来实验室的研究环境与真实水合物赋存环境的差异，对比了在实验室条件合成的孔隙填充的水合物与实际自然界存在的天然气水合物的真实相关度；Chuvilin et al.研究了水合物在地层形成时的反馈作用并促使地层的流体渗透率下降，继而从理论上解释天然气水合物赋存的垂直变化形态；在物理化学领域，Kumar et. al.研究分子的亲水性对sI型水合物的稳定性的影响作用；Qin et al.研究了H2O和D2O的衍射花样不同样式，提出同位素分离的可行性理论科学依据。

　　（二）自然系统研究专题
　　本专题共收集到论文及摘要110篇，并安排了26个会议专题交流报告。这些会议论文、摘要及专题报告具有以下特点：
　　1、参会和论文提交者的国籍相对集中。基本集中在中国大陆、中国台湾、美国、日本、韩国、印度、俄罗斯、德国等，这些国家和地区都有不少三篇论文或论文摘要；另外挪威、法国、澳大利亚、新西兰、尼日利亚、南非等国家也有学者提交论文，表明基础地质研究依然是目前国际间研究的热点，并且正在引起越来越多学者和国家关注。
　　2、研究区相对集中。基本在中国南海的东沙和神狐钻探区、漠河冻土带、藏北羌塘盆地冻土带、祁连山木里盆地、台湾西南的水合物分布区、日本的南凯海槽、韩国的郁陵盆地、俄罗斯厄克霍兹海、极地的北冰洋、印度等，都有不少于三篇论文提及，反映了这些地区目前已经成为天然气水合物研究的热点地区，此外非洲的南非、尼日利亚、马尔马拉海等也开始了初步的水合物勘查和研究工作。
　　3、不同地区对水合物的关注点略有不同。亚洲地区（中、日、韩、印和台湾地区）一方面由于对资源更为需求，另一方面也由于更多地处于天然气水合物的勘查阶段，更为重视天然气水合物的基础地质和形成机理研究，同时也对于水合物开采回收方面进行了前期的试验研究；而美国学者的论文更为倾向于新的理论以及技术方法方面，其不但提出了比较完整的含天然气水合物-石油系统理论，并且对可控源大地电磁方法、新的保压取芯技术、现场的拉曼观测技术、测井模型估算方法等都有新的认识；而欧洲（德国、挪威、英国、法国等）的研究者更注重利用3D模型以及水合物稳定性的问题。
　　4、国际合作十分广泛。本次国际大会至少有15篇论文摘要是多国合作的成果，论文合作研究的范围涵盖贝加尔湖天然气水合物的共同勘查、库页岛-厄克霍兹海天然气水合物赋存状况、我国南海的天然气水合物勘查、尼日利亚海脊和马尔马拉海水合物的勘查，还有水合物脊甲烷富集的3D模型研究等多个研究方向。更为积极地开展国际合作是我们国家天然气水合物调查研究中需要进一步努力的方向之一。需要特别注意的是，本次也发现了越南研究者参与了厄克霍兹和日本海的新的天然气水合物研究的论文摘要，说明越南国内已经关注到天然气水合物资源了，这是我们今后南海西部天然气水合物勘查需要特别关注的问题。

　　（三）能源研究专题
　　本专题共收集到论文和摘要155篇，其中全文数量95篇，摘要60篇，共安排了34个会议专题交流报告，这些会议论文、摘要及专题报告具有以下特点：
　　1、研究区主要集中在中国南海北部陆坡、中国祁连山以及漠河冻土带、中国西藏羌塘盆地、中国台湾西南、日本南海海槽、日本海、韩国郁龙盆地、印度边缘、美国墨西哥湾以及阿拉斯加北部陆坡，这些区域都是当今世界水合物研究的重点区域，同时也是最有可能获得水合物商业开采的区域。
　　2、研究的主要内容包括以下几个方面：（1）水合物勘探方法及勘探理论的研究，包括Tim. Collett教授提出的天然气水合物油气系统的概念以及储层对水合物产状及试采的控制作用，Haines博士提出的多分量高精度二维地震数据在墨西哥湾水合物成藏研究中的应用，北京地大刘学伟教授课题组提出的在松散沉积层中进行的拉普拉斯约束下的AVO反演技术；（2）水合物试开采的实验及数值模拟技术，2013年日本南海海槽试开采成功之后，水合物试开采的研究迅速成为研究的热点，目前主要集中在野外实验以及数值模拟两个方面，本次水合物大会能源专题有大量的篇幅报道了这方面的研究进展，主要是来自日本和韩国这两个国家，另外还有部分研究来自美国阿拉斯加北部陆坡进行的野外试验，日本的Yamamoto教授详细的介绍了日本南海海槽海域水合物藏试开采过程中研究井眼及地层稳定机制的方法，如果在在试采过程发生井眼和地层垮塌就有可能带来灾难性的后果；来自剑桥的Mingliang Zhou博士通过剑桥大学研发的“剑桥甲烷水合物地质力学模拟软件”对日本南海海槽水合物试采进行了模拟，这套软件可以用来预测甲烷水合物分解时的行为变化以及含水合物沉积物力学性质的变化，其结果表明水合物的分解会导致沉积物剪应力增加，使得沉积物变得更为塑性，在发生沉积物失稳的时候，试采区内剪应力最大的地方有可能变成滑塌面；韩国的Ji-Su Kim博士利用数值模拟的方法评估了郁龙盆地UBGH2-6站位的试开采潜力，模拟结果表明该站位存在试开采潜力，同时模拟过程也为野外试采的准备工作提供了更好的基础；美国的Brian Anderson博士报道了2011年在阿拉斯加北部陆坡实施的CO2-CH4水合物置换野外实验的结果，其结果表明用CO2能在自然状态下置换出CH4，尽管能在多大程度上进行置换还需要进一步研究。（3）中国水合物研究的进展与成果，主要是来自南海北部陆坡及冻土带水合物钻探成果的综述，包括来自广州海洋地质调查局张光学教授对珠江口盆地东部海域实施的GMGS2钻探航次的综述，以及来自中国地质调查局油气中心祝有海研究员对中国冻土带水合物勘探的综述。（4）印度边缘的水和藏系统及能源前景。来自印度国家地球物理研究所的Kalachand Sain博士在报告中表明在印度边缘的多个沉积盆地内发现了大面积的BSR分布，通过对水合物稳定带厚度的研究以及资源潜力评估，发现水合物中的甲烷储量预计是目前印度常规天然气储量的1500倍，如果开采出其中的10%，就可以满足整个印度100年的能源需求。

　　（四）环境研究专题
　　本专题共收集到论文和摘要52篇，这些会议论文、摘要及专题报告具有以下特点：（1）CO2替换法进行天然气水合物开采，（2）利用生成水合物的方式分离CO2，以收集工业活动中向大气排放的CO2，（3）天然气水合物对海底稳定性及环境的影响，（4）天然气水合物开采及海上运输的可行性分析。此外研究者们也介绍了不同地区天然气水合物系统的地质及环境因数。
　　在主题分会场，由国家海洋第二研究所的韩喜球教授和加拿大卡尔加里大学的Jeffrey Priest教授共同主持，共有8位来自世界各地的科学家做了口头报告，介绍自己的研究成果并和与会的研究者们进行了热烈的讨论。
　　在分会场的报告中，韩喜球教授通过对东沙海域冷泉碳酸盐样品的研究，认为大规模的气候和环境变化引发天然气水合物的分解，释放的大量甲烷没有进入水体和大气，而是被微生物利用形成了气烟囱形状的自生碳酸盐。
　　Jeffrey Priest教授等人结合实验室和野外数据分析了近海底富含泥质沉积物中赋存天然气水合物对海底稳定性的影响，讨论了水合物分解引起的饱和度、孔隙水盐度、孔隙压力等因数的变化及其对海底稳定性的影响。并认为北极地区由于水温较低，形成水合物的深度较浅，海底稳定性问题更加突出，是今后进行钻　探和开采必须注意的问题。
　　Khuram Baig等研究者利用相域理论（Phase Field Theory）分析了CO2注入到天然气水合物系统中的热动力机制，为替换法进行天然气水合物开采提供了理论基础。Peter G. Brewer等人介绍了他们利用ROV在海底做的模拟CO2注入替换开采天然气水合物的小尺度实验，在连续24小时的观察时间里，发现有近一半的甲烷气体分解释放，但没有观察到CO2水合物形成。通过实验他们认为在目前可控的替换开采法仍非常困难，需要进一步的研究探索。来自法国的André Burnol等研究者从环境保护的目的出发，利用数值模拟进行参数研究，认为将CO2以水合物的形式储存在海底沉积物中相比深埋于陆上地层更有效率。
　　天然气水合物可以在零下20摄氏度的常压下保存，这是以水合物形式运输天然气的基础条件。韩国的Ho-Keun Kang等研究者对天然气水合物运输船进行了系统而科学的风险分析，为水合物运输船只的设计和建造提供了很有价值的风险评估。
　　从本届国际天然气水合物大会有关环境专题的研究报告可以看出，世界各地的研究者们普遍希望能够实现天然气水合物的CO2替换开采法，以达到环境和能源的双赢。但鉴于这一课题的复杂性和困难度，学术界和工业界仍将有一段探索之路需要克服。

　　（五）流动安全研究专题
　　本专题共收集到论文和摘要105篇，并有30位专家学者在大会作了口头报告。天然气水合物是油气生产和运输安全的主要问题，随着生产工作进入到更艰难的环境，水合物的阻止、管理和修复已经是安全和持续生产运营的关键所在，因此本次大会流动安全专题又分为天然气水合物防阻、修复和新技术三个小议题。参会专家学者运用实验模、数学建模、现场监测等多种技术手段对天然气水合物的灾害防治技术进行多角度多方位的深入探索，在七届水合物大会的基础上有了更进一步的成果和认识。
　　本专题主要涉及油气工业中水合物生成的防阻研究、天然气传输过程中由于水合物形成而造成的管道阻塞方面的挑战和问题解决方面的新技术新进展。其中，来自美国科罗拉多矿业学院E. Dendy SLOAN（邓迪.斯龙）教授学术团队的主题报告以天然气管道中不同相态、不同比例的油气水组分时，天然气水合物形成所需要的条件为着眼点，介绍了天然气水合物在管道中造成的流动安全问题的解决方法、管理策略及修复手段。来自挪威国家石油公司的李小云教授学术团队主题报告从水合物的管理策略角度，介绍了其在边界条件改变的条件下保证管道安全方法方面的探索。
　　根据天然气水合物的生成条件，当管道天然气存在于天然气水合物平衡曲线以下时，就不会形成天然气水合物，且加入热力学抑制剂后，天然气水合物的平衡曲线就会上移。因此对天然气水合物平衡曲线的预测和热力学抑制剂的研制和应用成为了防止天然气水合物生成和管道堵塞的重点。天然气水合物防治的关键是准确预测天然气水合物形成的平衡曲线，目前对于天然气水合物相平衡的研究已经取得了很大进展，国际上最通用的水合物生成条件预测软件有CSMGem、CSMHYD、DBRHydrate、Multiflash、以及TVsim等，预测的平均温度误差可达到0.4-0.6K，压力的预测误差可控制在10%以内。当前最主要的热力学抑制剂为甲醇和乙二醇，甲醇可以用于油气混输管道和天然气管道2种系统，且对含盐高的系统效果更好；而乙二醇一般用于含水非常少的天然气输送系统中。但由于热力学抑制剂的成本高、不环保和使用技术存在问题，研究人员开发出一类新抑制剂----低剂量抑制剂（LHID），它并不抑制水合物的生成而是抑制天然气水合物颗粒的生长和聚集。依据其作用机理的不同可以分为动力学抑制剂（KHI）和抗聚剂(AA)。LDHI的出现及其在天然气水合物防止中的广泛应用，带来了天然气水合物管理策略的转变，即从完全抑制转为风险管理。
　　在天然气水合物阻塞修复议题中，参会的专家学者的研究主要集中于阻塞位置的精确定位及降压法分解天然气水合物这两方面。目前，水合物分解评估的一种工具也是唯一工具是CSMP探针，利用探针可以在管道中建立与阻塞部位之间的压力交换从使水合物分解。

                                    （海洋矿产地质调查所水合物室）