综述：天然气水合物储层取心与分析技术：成果、障碍与未来方向

这篇综述系统梳理了1980-2024年天然气水合物（NGH）取心与分析技术的演进，创新性提出"取心-转移-测试"（coring-transfer-testing）评价框架，揭示了核心扰动（成功率60%-80%）、密封失效和多场耦合表征不足三大技术瓶颈，并提出了智能温压控制、抗扰动优化等工业化发展路线图。

　　

天然气水合物储层技术的突破与挑战

技术演进与核心瓶颈

天然气水合物（NGH）作为储量超过3,000万亿m³的清洁能源，其开发依赖精准的储层表征。近四十年的技术发展形成了以压力-温度保存为核心的取心体系，机械阀门（球阀/瓣阀）和复合密封技术将压力维持能力提升至30MPa，而被动保温材料（如气凝胶，导热系数0.004W/(m·K)）与主动控温系统（如日本PTCS的±0.5K精度）共同保障了原位条件。然而，全球钻探数据显示，取心成功率仍受限于三大障碍：钻探扰动导致60%-80%成功率、钻井液污染引发的密封失效，以及多物理场耦合测试的割裂。

创新技术与海试验证

在密封技术领域，中国团队贡献突出：GMGS的多级密封系统（球阀+硬质合金密封面）实现95%成功率；"海牛"钻机采用海底机械臂二次密封方案。美国开发的纳米改性聚合物密封件寿命提升3-5倍。温度控制方面，吉林大学的"冰阀"技术通过多孔介质成冰实现无机械密封，而日本PTCS的热电冷却系统首次实现277-280K精确控温。

海试数据揭示了技术局限性。日本南海海槽项目中，Hybrid PCS在278m水深取得的岩心显示纵向透镜状水合物分布，证实了曼德尔-克莱尔效应（Mandel-Cryer effect）导致的二次形成。印度NGHP-02的CT扫描则发现"斑块状"水合物分布，挑战了传统均质模型。值得注意的是，被动保温系统在超过1500m水深时效能显著下降，而主动系统虽精度高但面临能耗挑战。

多物理场测试的整合突破

当前测试技术已形成四大体系：

1. 力学测试：欧洲PCATS三轴系统实现原位有效应力1.5MPa下的排水试验，日本TACTT透明腔体首次观测到水合物分解时的应变局部化
2. 渗透率测试：美国各向异性渗透舱揭示水平与垂直渗透率差异达1-2个数量级
3. 地球物理测试：中国POTAS系统引入弯曲波测试，为地震勘探提供各向异性校准数据
4. 结构表征：同步辐射X射线冷冻断层扫描（分辨率达5μm）清晰呈现水合物与骨架颗粒的接触关系

未来工业化路径

为实现商业化开采，技术路线图聚焦五大方向：

1. 智能温压耦合：开发基于PID算法的闭环控制系统，结合分布式光纤