国家杰出青年科学基金项目：天然气水合物物性与分解机理的研究（No. 51225603）从2013年1月开始执行，到2016年12月结束。项目针对天然气水合物常规热激发法开采中热损失大和能耗高等的科学和技术难点，提出一种利用水合物法在海底原位制备热盐水用于分解海洋天然气水合物的新方法。项目采用实验和理论模拟研究，确定注热盐水开采南海天然气水合物的最佳温度、盐度、注入量等控制条件及动力学特征参数，筛选出优秀水合物形成剂。通过形成剂-热盐水体系水合物形成动力学，晶体形貌及流动规律研究，阐明影响水合物快速生成的动力学因素及控制机理。获取海底沉积物中天然气水合物分解动力学特征参数，进行天然气水合物分解方法评价和优化，证实原位制备热盐水开采天然气水合物的可行性。采用数值模拟进行南海神狐海域站位的降压结合注热盐水双水平井水合物开采过程研究，优化水合物法原位快速制备热盐水分解海洋天然气水合物的方法。研究对开展高效、安全的天然气水合物新型分解及控制方法研究具有重要的现实意义和应用价值，为我国南海天然气水合物的开发提供了重要的理论和技术支撑。

    项目阐明热盐水对海底沉积物中天然气水合物分解的动力学机理及控制因素，获得天然气水合物分解条件及特征参数。建立一套预测制备的热盐水作用下，天然气水合物体系的形成/分解热力学、动力学模型。获得水合物法原位制备热盐水过程中的最佳水合物形成剂、水合物形成条件及形成动力学特征参数，阐明水合物快速形成影响机制及水合物晶体形貌控制机理，建立水合物快速生成方法。建立优化的水合物法原位快速制备热盐水分解海洋天然气水合物的方法，解决天然气水合物开采的关键科学问题。

    项目承担单位对本项目取得的研究成果拥有完全知识产权，项目研制开发出具有高效放热能力的环戊烷水合物形成剂，建立优化的水合物法原位快速制备热盐水分解海洋天然气水合物的方法均为项目承担单位技术创新并申请了发明专利；项目针对海底沉积物中天然气水合物，获得我国南海北部天然气水合物成藏环境条件，确定了符合天然气水合物开采条件的热盐水性质，获得水合物注热最佳温度，水合物注热开采最佳盐度等成果的关键技术及理论基础完全由项目承担单位掌握，他人及他单位难以获取及复制。

    项目的研究解决了天然气水合物常规热激发法开采中将载热流体自海面输送至海底过程中沿程热损失大和能耗高等的科学和技术难点，可降低开采技术难度以及降低开采成本。

    项目通过实验结合理论研究，采用三维开采实验平台进行天然气水合物分解研究，利用水合物法在海底原位制备热盐水用于分解海洋天然气水合物的新方法解决南海天然气水合物资源开采所涉及的关键基础问题。项目研究为基础型研究，为水合物矿藏的实地开采提供理论和实验指导，对于确保我国后续能源安全以及经济社会的可持续发展具有重大战略意义。

    项目的研究解决了天然气水合物常规热激发法开采中将载热流体自海面输送至海底过程中沿程热损失大和能耗高等的科学和技术难点。研究成果对开展高效、安全的天然气水合物新型分解及控制方法研究具有重要的现实意义和应用价值，为我国南海天然气水合物的开发提供了重要的理论和技术支撑。对于确保我国后续能源安全以及经济社会的可持续发展具有重大战略意义。

    04、仿真级：在实验室关键功能仿真验证结论成立

    天然气水合物（NGH）被认为是 21 世纪石油天然气首选替代能源，具有储量大、能量密度高、分布广、燃烧后无污染和残留等特点，是当代地球科学和能源领域研究的热点。我国南海、东海陆坡－冲绳海、青藏高原冻土带都蕴藏着 NGH。国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）将“天然气水合物开发技术”列为重点研究发展的前沿技术，表明 NGH 开发技术研究对于确保我国后续能源安全以及经济社会的可持续发展具有重大战略意义。
NGH 开采技术是实现 NGH 资源开发利用的关键环节之一，总体来说还处于初期阶段，目前，主要集中于室内实验模拟和理论模拟研究。国内外的研究表明， NGH 开采的关键是必需解决 NGH 的快速高效分解和安全可控分解两个难点问题，前者涉及 NGH 开采的经济性和可行性，后者涉及 NGH 开采的安全性和环境影响。目前国内外提出的 NGH 分解方法可归纳为热激发法、降压法和注入化学试剂法三类。热激发法是最常用的方法，但热激发法存在的技术难点在于载热流体从海面输送至海底，沿程热损失大，能量利用率低，如将海面 20℃以上的海水通过管道注入大约 1000 米深的海底，海水温度将降低到接近海底海水温度（约 4℃）。化学法是向天然气水合物储层注入盐水、甲醇、乙醇、乙二醇等化学物质，改变水的活度，从而改变天然气水合物形成的相平衡条件，降低天然气水合物稳定温度，促进天然气水合物的分解，化学法的缺点是药剂用量大，成本高，大量使用化学药剂也会造成环境污染问题。由于天然气水合物分解为吸热反应，天然气水合物储层的温度会随着分解过程的进行而不断降低，从而导致分解速率降低。降压法虽然能源利用效率高，但开采速率慢，往往与其它方法结合使用。上述各种 NGH 分解各有优缺点，目前还没有一种国际公认的技术、经济、安全、环境均可行的大规模海洋 NGH 分解方法。因此，开展高效、安全的 NGH 新型分解及相关控制方法研究具有重要的现实意义和应用价值。
本项目针对 NGH 常规热激发法开采中将载热流体自海面输送至海底过程中沿程热损失大和化学法成本高、易造成环境污染等技术难点，基于我们前期的研究基础，提出一种利用水合物法在海底原位制备热盐水用于分解海洋 NGH 的新方法，该方法就是利用水合物形成剂在海底高压下生成水合物时的放热效应和排盐效应，加热和浓缩海水制备热的浓盐水，利用制备的热盐水进行海底天然气水合物的分解。该方法能够消除常规注热分解过程中热量沿途的巨大损失，同时又是一个注热和注化学剂结合法（浓盐水本身是一个水合物分解促进剂）。因此，该方法能够有效地提高 NGH 的分解效率及分解过程中的能量效率。本项目将对这种新型海洋 NGH 分解方法所涉及的基础理论及关键问题进行研究，研究工作将为海洋 NGH 的开采提供一种新的、有效的分解方法和思路，为其工艺设计提供基础理论依据。
本项目提出的新型海洋NGH分解方法对NGH资源开采市场应用具有如下优点：（1）利用海底水压势能，在海底生成固体水合物，原位制备热盐水用于NGH分解，能量利用效率大大提高；传统的注热法是将热水、热盐水、蒸汽等载热流体自海面平台输送至海底NGH水合物层加热分解NGH，载热流体自海面输送至海底的距离约为1000-2000米（南海），在此过程中，大量的热量通过管壁损失掉；而在本项目提出的方法中，热盐水是在海底原位生成，就有效地避免了这种常规注热分解方法的沿程热损失；（2）热盐水对NGH具有热激发和电解质化学分解双重作用，两者的协同作用会使水合物分解速率大大提高，热盐水激发NGH的分解温度和分解热均降低，热盐水在NGH储层的热损失也会降低；（3）利用固体水合物与海水的密度差，通过浮力将水合物固体从热盐水中分离，输送至海面低压高温处分解，回收水合物形成剂，水合物分解热由海面温度较高的海水提供，水合物形成剂回收工艺简单，成本低廉；（5）采用海水作原料原位制备热盐水，原料就地取材，取之不尽，用之不竭，成本低，水合物形成剂回收后循环利用，整个过程环境友好；（6）水合物在海面分解回收过程中释放出大量淡水，同时吸收大量水合物分解热，如将淡水和水合物分解产生的冷能加以利用，还可实现海水淡化与NGH分解联产，产生的冷能可用于海上平台及陆上空调系统的冷能；（7）本分解方法工艺简单、所用设备均为常压设备，水下动设备少，易于实现自动化。

    本项目研究成果将进行技术转让和项目建设，其商业模式遵循天然气资源发展模式。项目获得国家重点项目支持，建设引入中石化、中海油等大型能源企业的合作开发，项目建设资金来源充裕，市场前景非常广阔。其潜在用户包括国内外发电企业，石油、化工、冶金等大型天然气需求企业，以及天然气居民和商业用户等。

    国内外石油、化工、冶金等大型能源需求企业，商业和居民等将是本项目成果的最大受惠者。项目成熟后将托付成果转化平台向企业推广，产品定价将根据技术转让协议进行，销售渠道与天然气销售一致，典型试用客户包括石化企业等。