天然氣水合物開采方法的研究*

趙 悅，曹瀟瀟

(江蘇第二師范學院物理與電子工程學院，江蘇 南京 210013)

隨著社會的進步，能源需求逐漸從傳統化石燃料轉向更為清潔環保的天然氣。天然氣水合物具有分布廣泛、資源量大、埋藏淺、能量密度大和潔凈等特點。全球天然氣水合物的資源有機碳總量相當于全球已探明的石油、煤和天然氣的兩倍，可滿足人類未來1000年的能源需求。在資源短缺和環境問題日益嚴峻的今天，掌握天然氣水合物的開采技術，對緩解當前的能源危機具有重要的意義。

1 天然氣水合物的晶體結構

天然氣水合物是由水和天然氣氣體分子在中高壓和低溫環境下形成的籠型結晶化合物。形成天然氣水合物的主要氣體分子為甲烷。天然氣水合物多為白色或淺灰色，因其外觀像冰，遇火即可燃燒，故也有人稱之為“可燃冰”“氣冰”或“固體瓦斯”[1]。

迄今為止已發現三種類型的天然氣水合物，即I型、Ⅱ型和H型。I型結構和Ⅱ型結構的水合物晶格都具有大小不同的兩種籠型空穴，H型結構則有三種不同的籠型空穴。一個籠型空穴一般只能容納一個客體分子，在高壓力的條件下，也能容納兩個像氫分子這樣小的分子。氣體分子和水分子之間的作用力為范德華力。如果不考慮客體分子，可以將空的水合物晶格認為是一種不穩定的冰，當一部分客體分子填充不穩定的冰的空穴時，就成了穩定的氣體水合物。

I型水合物的晶胞是體心立方結構，包含46個水分子，由2個小孔穴和6個大孔穴。……