内容
甲烷水合物： 左侧是甲烷水合物的球棒模型，显示了被水分子“笼”包围的中心甲烷分子。其他碳氢化合物分子（例如戊烷和乙烷）可以占据此结构的中心位置。 （美国能源部形象）。右边是燃烧的甲烷水合物冰标本（美国地质调查局图片）。
砾岩中的甲烷水合物``水泥''？： 这张照片显示了Mallik测试井中甲烷水合物带的核心样品。该井穿透加拿大麦肯齐河三角洲地区的多年冻土沉积物。岩心的这一部分显示出由甲烷水合物冰将砾石胶结成“砾岩”。点击放大图片。
下一个能源“游戏规则改变者”？
随着来自页岩气的天然气成为全球能源的“游戏规则改变者”，石油和天然气研究人员正在努力开发利用甲烷水合物矿床生产天然气的新技术。这项研究非常重要，因为据信甲烷水合物矿床是比世界上所有石油，天然气和煤炭资源总和还多的碳氢化合物资源。如果这些沉积物能够得到有效和经济的开发，那么甲烷水合物将成为下一个改变能源格局的方式。
在北极多年冻土之下，南极冰之下以及全世界大陆边缘的沉积物中发现了大量的甲烷水合物。在世界某些地区，它们比任何天然气田都更靠近人口稠密的地区。这些附近的矿床可能使当前进口天然气的国家能够自给自足。当前的挑战是盘点此资源并找到安全，经济的方式进行开发。
甲烷水合物稳定性图： 此相图在垂直轴上显示水深（压力），在水平轴上显示温度。虚线分开了水，水冰，天然气和天然气水合物的稳定性场。标有“水合物到气体过渡”的行很重要。甲烷水合物的形成条件在该线以下。在此线以上不会形成甲烷水合物。红线描绘了地热（在特定位置温度随深度的变化）。请注意，随着深度的增加，地热线如何穿过水合物到气体的过渡线。这意味着沉积物中的气体水合物通常会覆盖自由气体。图在NOAA之后修改。
什么是甲烷水合物？
甲烷水合物是一种结晶固体，由甲烷分子和被互锁的水分子笼子包围组成（请参阅本页顶部的图像）。甲烷水合物是“冰”，仅在温度和压力条件有利于其形成的地下沉积物中天然存在。这些条件在本页的相图中进行了说明。
如果将冰从该温度/压力环境中移走，它将变得不稳定。因此，甲烷水合物沉积物很难研究。它们不能像其他地下材料一样钻进和取芯进行研究，因为将它们带到地面后，压力会降低，温度会升高。这导致冰融化，甲烷逸出。
甲烷水合物通常使用其他几种名称。这些包括：笼形甲烷，甲烷，甲烷冰，火冰，天然气水合物和天然气水合物。大多数甲烷水合物沉积物还包含少量其他烃水合物。这些包括水合丙烷和乙烷水合物。
甲烷水合物图： 该地图是USGS天然气水合物发生数据库全球清单中位置的一般版本。
天然气水合物图： 研究最广泛的天然气水合物矿床之一是布雷克里奇，北卡罗来纳州近海和南卡罗来纳州。由这种沉积物生产甲烷的挑战是高粘土含量和低甲烷浓度。该地图是大陆边缘储量与潜在天然气市场接近程度的一个示例。图片由NOAA提供。
USGS气体水合物实验室： 该视频将带您参观USGS气体水合物实验室，研究人员对从极地和大陆边缘地区收集的气体水合物样品进行实验。他们还创建合成气水合物并进行实验以确定其化学和物理性质。
甲烷水合物沉积物在哪里？
四个地球环境具有适合甲烷水合物形成和稳定性的温度和压力条件。它们是：1）北极多年冻土以下的沉积物和沉积岩单元； 2）大陆边缘的沉积物； 3）内陆湖泊和海洋的深水沉积物； 4）在南极冰下。 。除南极沉积物外，甲烷水合物的积累在地球表面以下并不很深。在大多数情况下，甲烷水合物位于沉积物表面几百米以内。
甲烷水合物沉积模型： 大陆边缘和多年冻土下甲烷水合物沉积物的沉积物模型。
在这些环境中，甲烷水合物以层状，结节状和粒间水泥的形式出现在沉积物中。沉积物通常如此致密且横向持久，以至于它们形成不透水层，从而捕获了从下方向上移动的天然气。
2008年，美国地质调查局估计了阿拉斯加北坡地区未发现的天然气水合物资源总量。他们估计，天然气水合物形式的未发现天然气总量在25.2至157.8万亿立方英尺之间。因为很少有井通过天然气水合物的堆积而钻，所以估计值具有很高的不确定性。
USGS气体水合物实验室： 该视频将带您参观USGS气体水合物实验室，研究人员对从极地和大陆边缘地区收集的气体水合物样品进行实验。他们还创建合成气水合物并进行实验以确定其化学和物理性质。
天然气水合物井： Ignik Sikumi＃1天然气水合物在阿拉斯加北坡上完井。美国地质调查局的天然气水合物资源评估确定北坡在多年冻土之下有大量天然气水合物资源。能源部照片。
伊格尼克·西库米（Ignik Sikumi）： 该视频将带您参观Ignik Sikumi天然气水合物田间试验，该试验位于阿拉斯加北坡的一口井，该天然气井由多年冻土以下的天然气水合物生产天然气。此处取得的成就是通过用二氧化碳代替甲烷来释放甲烷-而不熔化气体水合物。
今天在哪里生产甲烷水合物？
迄今为止，还没有从天然气水合物矿床大规模生产商业甲烷。所有生产都是小规模的或实验性的。
2012年初，美国和日本之间的一个联合项目通过将二氧化碳注入甲烷水合物中而产生了稳定的甲烷流。二氧化碳取代了水合物结构中的甲烷，并释放出甲烷流向表面。该测试意义重大，因为它可以生产甲烷，而不会产生与熔融天然气水合物相关的不稳定性。
首先开发的最有可能选择的甲烷水合物沉积物具有以下特征：1）高浓度的水合物； 2）高渗透率储层岩石； 3）现有基础设施的位置。满足这些特征的矿床可能位于阿拉斯加北坡或俄罗斯北部。
伊格尼克·西库米（Ignik Sikumi）： 该视频将带您参观Ignik Sikumi天然气水合物田间试验，该试验位于阿拉斯加北坡的一口井，该天然气井由多年冻土以下的天然气水合物生产天然气。此处取得的成就是通过用二氧化碳代替甲烷来释放甲烷-而不熔化气体水合物。
天然气水合物熔化： 当在含水合物沉积物上钻油井时，向上移动通过冻结水合物区的油的高温会引起融化。这会导致油井故障。超过冻结的水合物露头的热管道也有危害。 USGS图片。
甲烷水合物危害
甲烷水合物是敏感的沉积物。它们可以随着温度的升高或压力的降低而迅速分离。这种离解产生游离的甲烷和水。固体沉积物转化为液体和气体会造成支撑和剪切强度的损失。这些可能会导致海底坍塌，滑坡或塌陷，从而损坏生产设备和管道。
甲烷是一种强大的温室气体。北极较暖的温度可能导致永久冻土以下的天然气水合物逐渐熔化。变暖的海洋可能导致沉积物-水界面附近的天然气水合物逐渐熔化。尽管许多新闻报道称这是潜在的灾难，但USGS的研究已经确定，天然气水合物目前正在造成大气中的甲烷总量，不稳定的水合物沉积物的灾难性融化不太可能将大量甲烷排放到大气中。
巨大的潜力
尽管甲烷水合物的堆积位于困难的环境中，并提出了许多技术挑战，但它们分布广泛，是地球上最大的碳氢化合物来源。可以开发出多种技术来利用减压，离子交换和其他利用其独特的化学和物理特性的工艺来生产它们。美国，加拿大，日本和印度都制定了强有力的研究计划，致力于发现生产天然气水合物的可行技术。甲烷水合物可能会在我们未来的能源结构中发挥重要作用。