1绪论
人类的生存发展离不开能源。当人类学会使用第一个火种时便开始了能源应用的漫长历史。几千年来，人类所使用的能源已经历了三代，正在向第四代能源时代迈进。主体能源的更替充分反映出人类社会和经济的进步与发展。第一代能源为生物质材，以薪柴为代表；第二代能源以煤为代表;第三代能源则是石油、天然气和部分核裂变能源。实际上，第二代和第三代能源是以化石燃料为主体，第四代能源的构成将可能是核聚变能、氢能和天然气水合物。
天然气水合物是一种非常规能源，因其巨大的资源量成为目前能源研究的热点。水合物的研究目前仍处于初期阶段，人们在水合物勘探、开发模拟方面做了大量尝试，总结了许多有利于水合物勘探和开发的关键技术[1]。
目前我国在其研究开发方面已取得一定成就，但我们依然要努力实现技术突破。实现天然气水合物的商业化开采，面临着诸多挑战，要综合考虑资源量、可获得产气量、开采、运输成本等多方面因素。首先，要借鉴国外先进开采技术，进行适合我国天然气水合物开发的创新技术研究，制定详细的发展计划，为进一步的研究打下基础，为规模化开发做好准备。同时也要增强国内外技术交流合作，面对勘探开发技术方面的难题和挑战，我们要坚持请进来、走出去，加强间国际交流合作，集中力量，一起攻克技术难关，实现技术性突破。
1.1研究背景及意义
1.1.1天然气水合物的成藏机理
天然气水合物又称“可燃冰”，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质[2]。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。
其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，因而成为油气工业界长期研究热点。自上世纪60年代起，以美国、日本、德国、我国、韩国、印度为代表的一些国家都制订了天然气水合物勘探开发研究计划。迄今，人们已在近海海域与冻土区发现水合物矿点超过230处，涌现出一大批天然气水合物热点研究区[3]。
图1.1 天然气水合物的分子结构[4]
天然气水合物有两种不同种类的海洋存量，最常见的绝大多数（gt; 99%）都是甲烷包覆于结构一型的包合物，而且一般都在沉淀物的深处才能发现。在此结构下，甲烷中的碳同位素较轻（delta;13C lt; -60permil;），因此指出其是微生物由CO2的氧化还原作用而来。这些位于深处矿床的包合物，一般认为应该是从微生物产生的甲烷环境中原处形成，因为这些包合物与四周溶解的甲烷其delta;13C值是相似的。这些矿床坐落于中深度范围的区域内，大约300-500m厚的沉积物中，称作气水化合物稳定带(Gas Hydrate Stability Zone)或 GHSZ，且该处共存着溶于孔隙水的甲烷。在这区域之下，甲烷只会以溶解型态存在，并随着沉积物表层的距离而浓度逐渐递减，而在这之上，甲烷是气态的。在大西洋大陆脊的布雷克海脊，GHSZ在190m的深度开始延伸至450m处，并于该点达到气态的相平衡。测量结果指出，甲烷在GHSZ的体积占了0-9% ，而在气态区域占了大约12%的体积[5]。
1.1.2天然气水合物分布与储存
天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境[2, 6]。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。
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