天然气水合物俗称“可燃冰”，是天然气和水在低温高压条件下形成的一种结晶状笼型化合物，主要分布于水深大于300米的海洋及陆地永久冻土带，具有分布广、密度高、资源潜力巨大等特点。据估算，其资源量是其它已知化石能源的2倍，其中海洋天然气水合物资源量占水合物总资源量的97%，因此天然气水合物特别是海洋天然气水合物有可能成为页岩气、煤层气之后又一储量巨大的接替能源。

　　2017年，我国成为继日本之后成功进行海域天然气水合物试采的第二个国家，然而，制约天然气水合物开发的环境安全、设备安全、生产控制安全等并未根本突破，同时其技术经济可采关键技术还需不断摸索。根据党中央国务院指示精神：海域天然气试采只是万里长征第一步，培育具有自主知识产权的技术，积极推进试采工程，稳步推进海域天然气水水合物产业化进程。启动海洋天然气水合物和油气资源一体化勘探开发是保障我国天然气绿色能源可持续供给的重要战略布局，直接关系到我国经济、社会的可持续发展，战略意义重大。

　　本报告以海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术为研究主题，在文献调研和专家咨询的基础上，利用相关数据库对该主题的国际研究态势和技术主题进行了分析与解读，旨在为我国从事该领域研究的科研学者提供借鉴。

　　研究前沿态势分析

　　为检索出与“海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术”相关的研究与综述论文，根据专家提供的检索词，构建检索策略1，在ISI Web of Science-SCI数据库中，按照文献类型Article和Review进行筛选，共获得1905篇论文（检索时间2019年8月）。检索出的数据采用Excel、DerwentDataAnalyzer（DDA）等工具进行分析。

　　1.研究产出基本情况分析

　　1.1研究趋势分析

　　如图1所示，海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术的相关研究最早开始于1984年，Bondarev和Cherskii合作发表了一篇名为“天然气水合物气田的开发理论”的学术论文，初次探讨了天然气水合物的相关开发理论与方法；随后该领域研究进入了缓慢发展期，发文量呈波动上升趋势；2012年后，论文数量有了明显提升，年均发文量突破100篇，该领域研究进入上升阶段，表明该研究领域逐步得到科研工作者的关注，成为研究热点。由于论文收录时滞，数据库尚未收录完全，2019年论文数量略微下降。

　　1.2国家（地区）分布

　　全球共有超过60个国家或地区开展了海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术的研究，发文量居前20位的国家排名如图2所示。

　　总的来说，仅中国与美国的发文量之和就已经超过全球发文总量的50%，处于第一梯队；加拿大、德国、日本、韩国和英国均发文超过100篇，处于第二梯队，且与第一梯队差距显著；其余国家以十位数的发文处于第三梯队，呈现追赶之势。具体来看，中国共发表论文593篇，在该研究领域的发文量占绝对优势，占全部论文的31%；美国发文481篇，以微弱差距排在第二位；加拿大以129篇论文居于第三位。由此可见，发文多的国家或地区基本具有天然气水合物储量丰富、能源消耗大的特征。

　　1.3机构分布

　　1.3.1全球机构分布情况

　　全球发表的关于海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术的研究论文数位居前二十位的机构，如表1所示。总的来看，这20个机构的发文量均在20篇以上，其中有7家中国机构，6家美国机构，俄罗斯、日本、韩国、加拿大、挪威、新加披和印度各1家；位居前五位的全是中国机构，依次是中国科学院、中国国土资源部、中国石油大学、大连理工大学和中国地质大学，其中中国科学院以177篇排名第一，显著高于其他机构；美国机构中发表论文最多的是美国地质调查局，共有67篇。

　　1.3.2中国机构分布情况

　　如表2所示，全球发表的关于海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术的研究论文数位居前十位的中国机构中，中国科学院以177篇高居榜首，中国国土资源部以104篇紧随其后，中国石油大学以99篇的微弱差距位居第三。在所有机构中，大学有5家，科研机构有3家，政府部门和企业各1家，其中，中国海洋石油集团有限公司以14篇论文在众多企业中脱颖而出。

　　1.3.3机构合作情况分析

　　如图3所示，通过分析该领域内发文量前20位机构之间的合作关系发现，海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术研究领域的合作非常密切，各国的研究机构之间开展了广泛的合作，国际间的合作交流也十分紧密。

　　如图4所示，中国科学院与其中的17个科研机构之间都有合作，共发表合作论文57篇。该机构与中国国土资源部、中国石油大学、中国地质大学等国内机构开展了密切的合作研究，其中合作发文最多的国内机构是中国国土资源部，共合作发文30篇，合作研究内容包括中国南海海域的天然气水合物资源的识别与定位、开采方法等；在国际合作方面，中国科学院与加州大学伯克利分校、卡尔加里大学等国外机构开展广泛合作，其中与加州大学伯克利分校合作发文最多，有4篇，主要涉及对海洋天然气水合物资源的产能潜力评价等。

　　1.4期刊分布

　　该研究领域发表论文涉及的期刊超过400种，主要集中在地球科学、能源与燃料、工程等研究领域。如表3所示，发文量前十位的期刊中，有4种期刊来自英国，接近一半，美国和荷兰各有2种期刊，中国和瑞士各有1种期刊，由此可见，该研究领域论文高产的期刊主要来自欧美发达国家。具体来看，发文量最多的是来自英国的MARINE AND PETROLEUM GEOLOGY期刊，共发文156篇，远高于其他期刊；影响因子最高的也是来自英国的APPLIED ENERGY期刊，影响因子高达8.426；来自中国的CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS-CHINESE EDITION期刊，其发文量为33篇，影响因子为0.829，均为前10种期刊的最低值。

　　1.5高被引论文

　　表4展示的是该研究领域被引频次排名前二十位的高被引论文，从国家或地区来看，美国有11篇，超过一半，加拿大2篇，挪威、新加坡、英国、南非、韩国、日本和德国各1篇，由此可见，发达国家在该领域研究更为深入，影响力更高。

　　其中，被引频次最高的是挪威的科研工作者Kelland, MA于2006年在ENERGY & FUELS期刊上发表的1篇论文，该论文讨论了低剂量水合物抑制剂的发展历史，此技术主要用于防止天然气水合物堵塞石油和天然气生产井与管道，至今已被39个国家或地区超过260个研究机构引用，引用次数为471次。

　　2.国家（地区）被引频次分析

　　对全球发表的关于海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术研究论文的被引频次进行分析，以国家进行累积加和，并计算其篇均被引频次(如表5所示)。总被引次数和篇均被引次的高低说明研究的影响力大小，其中，总被引次数表示国家在该研究领域的影响力，篇均被引次数表示发表论文的被关注的程度。

　　从总被引频次来看，美国以15716次高居第一名，远远高于其他国家或地区；中国由于发文总数量具有明显优势，以6804次位居第二；英国以4495次排名第三。从篇均被引频次来看，英国以40.13次遥遥领先于其他国家或地区，说明英国发表的论文被关注程度最高；荷兰以40.07次紧随其后；挪威以37.82次排名第三。中国的篇均被引频次为11.47次，排在第十八位，表明国内发表论文的被关注程度较低，论文质量和影响力有待提高。

　　以发文量前10位国家的国家名称、发文量及其篇均被引频次三个指标作气泡图，气泡大小表示篇均被引频次高低（如图5所示）。从各国发文量和篇均被引之间的关系来看，亚洲各国论文的篇均被引频次相较于欧美发达国家普遍较低；美国不仅发文量较高，其篇均被引频次也较高；而我国虽然发文量高居榜首，但是篇均被引频次较低。

　　3.研究主题分析

　　3.1研究主题关键词分析

　　根据检索出的文献，通过DDA分析工具对关键词进行分析，排除无效概念，得到关于海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术研究所涉及的高频关键词。对主题关键词进行筛选、聚类后，将主题关键词分为四类，即水合物及其产物、开发方法与技术、研究地域和勘探与识别方法，如表6所示。其中，水合物及其产物主题包括天然气水合物、甲烷水合物、油气藏资源、沉积物等；开发方法与技术主题包括降压、分解、解离、数值模拟等；研究地域主题包括中国南海海域、墨西哥湾、日本南海海槽等；勘探与识别方法主题包括拟海底反射层、多孔介质、冷泉等。

　　3.2研究主题相关性分析

　　将主题关键词进行筛选、聚类后，进行相关性分析，获得海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术主题分析图，如图6所示。我们可以发现，该领域研究内容主要集中在以下3个方面：

　　（1）围绕某一天然气水合物富集地（如墨西哥湾），探讨其形成机理、相关产物以及开采过程中需要注意的问题；

　　（2）深入研究天然气水合物的开采方法与技术，如降压技术、气体置换技术、分解技术等；

　　（3）研究天然气水合物的勘探与识别方法，如冷泉、拟海底反射层、泥火山、稳定同位素方法等。

　　3.3关键技术时间分布

　　将海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术研究中涉及的技术关键词（前10位）进行时间序列分析，从而了解该研究领域内关键技术的发展趋势，如图7所示。在这些技术研究中，动力学（kinetics）、拟海底反射层（bottom　Simulating　eflector）等技术出现较早，与动力学相关的技术从1991年就开始研究，一直延续至今，但是论文数量基本在个位数；降压开采技术（Depressurization）和分解技术（Dissociation）分别从2002年和2004年开始受到学者的关注，论文数量持续增长；天然气水合物的置换技术（Replacement）兴起于2011年，作为新兴技术逐渐成为新的研究热点。

　　3.4研究主题国家分布

　　分析发文量前十位国家在海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术研究中分解技术、降压技术和热刺激法三个研究方向的主题分布，了解各国在该领域内的研究重点，如图8所示。从整体上来看，各国在天然气水合物分解技术的研究方向所占比重最大，其次是热刺激法，降压技术在各国研究中占比最少。

　　从研究方向上来看，加拿大、英国、韩国、英国、挪威和俄罗斯在分解技术方面的研究占比均超过50%，其中，挪威发表的有关天然气水合物分解技术的论文占比最高，达到100%；在降压技术中，德国、挪威和俄罗斯均没有该方面的研究论文，中国在该技术领域的研究论文占比最高，达到43%；此外，在热刺激法的研究中，德国发表论文占比为100%，说明该国更为关注此方面的研究。

　　从国家角度来看，中国、美国、加拿大、日本、韩国、英国和印度在3个研究领域均有所涉及；加拿大、日本、韩国和英国更偏重分解技术，而中国则更关注降压技术的研究。

　　4.小结

　　海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术的相关研究最早开始于1984年，随后该领域研究进入了缓慢发展期，发文量呈波动上升趋势；2012年后，论文数量有了明显提升，年均发文量突破100篇，该领域研究进入上升阶段。

　　全球共有超过60个国家或地区开展了相关研究，中国共发表论文593篇，在该研究领域的发文量占绝对优势。全球关于该领域研究的高产机构主要分在中国和美国，而在中国机构中，中国科学院发表的论文数量高居榜首。同时，各国的研究机构之间开展了广泛的合作，国际间的合作交流也十分紧密。

　　该领域研究论文高产的期刊主要来自英国，高被引论文则主要来自美国。美国在该研究领域具有很高的影响力，英国发表的论文被关注程度最高，国内发表论文的被关注程度较低，论文质量和影响力有待提高。

　　关于该主题的研究内容主要涉及3个方面：水合物及其产物、开发方法与技术、研究地域和勘探与识别方法。其中，动力学、拟海底反射层等技术出现较早，与动力学相关的技术从1991年就开始研究，一直延续至今，但是论文数量基本在个位数；降压开采技术和分解技术分别从2002年和2004年开始受到学者的关注，论文数量持续增长；天然气水合物的置换技术兴起于2011年，作为新兴技术逐渐成为新的研究热点。发文量排名前10位的国家，在天然气水合物分解技术的研究方向所占比重最大，其次是热刺激法，降压技术在各国研究中占比最少。加拿大、日本、韩国和英国更偏重分解技术，而中国则更关注降压技术的研究。

　　研发

　　在Derwent Innovation（DI）数据库中3，共检索到1415条专利文献（检索时间2019年8月）。对检索出的数据采用DDA、DI和Excel等工具进行分析，结果如下。

　　1.总体情况分析

　　1.1专利申请时间分布

　　如图9所示，全球关于海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术的专利最早出现于上世纪七十年代初。以1998年为起点，全球专利申请量呈逐年波动上升趋势，然而从2014年后数量明显下滑，触底反弹，于2016年开始专利数量急剧上涨，在2018年达到顶点（当年共有226项专利）。其中，第一项关于该技术研究的专利是由前苏联于1970年提出申请的，该专利提出利用催化剂如甲醇来分解天然气水合物，从而开采其矿藏资源。

　　总的来说，中国的专利申请变化趋势与国际专利申请趋势大致相同。中国自1999年开始申请相关技术专利，从2009年起每年申请的专利占全球申请专利的一半以上，作为该技术的后起之秀，在2016年以后全球的专利申请数量几乎全是中国申请的，发展速度显著。

　　1.2专利申请国家（地区）分布

　　如图10所示，从专利技术的国家（地区）来源来看，中国是最主要的技术来源国，约占全球申请总数的59%，远远高于其他国家：来自日本的专利数量约占15%，排名第二；美国以9%紧随其后，位居第三；TOP10的国家或地区所申请的专利共占全球总量的98%。

　　如图11所示，从专利技术市场国家（地区）分布来看，该技术的应用市场在全球基本都有分布，专利市场除亚洲、北美和欧洲外，在南美洲的巴西以及大洋洲的澳大利亚也有布局。中国是最主要的技术市场，约占全球市场的41%，日本与美国分别以11%和9%位列二、三位。综合图10和图11可以看出，海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术主要掌握在中国、日本和美国手中。

　　1.3主要专利权人分析

　　全球共有490多家机构或个人活跃在该技术研究领域，申请数量排名前10位的主要专利申请人如表7所示。从申请人所属国家或地区来看，有8家来自中国，占有绝对优势，剩余2家全部来自日本。从专利申请延续时间来看，可以分析机构对于某一技术的技术领先持续度，只有中国科学院的专利申请延续时间达到21年，在该技术领域具有先发优势，中国石油大学以19年排在第2；大庆东油睿佳石油科技有限公司作为后起之秀，其专利申请延续时间最短，只有2年。从机构性质来看，最多的是企业，有5家；其次是大学有3家；政府和科研机构各1家。从专利数量来看，中国地质调查局以97项专利排名第1，日本的三井造船株式会社以94项紧随其后，西南石油大学排名第3，共有86项专利。从近5年专利占其总量比来看，各机构的发展态势相差较大，具有先发优势的三井造船株式会社后期创新能力不足，占比只有10.64%；中国电力株式会社更是没有开发最新技术，创新能力严重短缺；大庆东油睿佳石油科技有限公司作为行业新兴，创新势头很猛，占比100%。

　　1.4中国专利权人情况分析

　　在中国排名前十位的专利权人中（如表8所示），基本以大学为主（共5家），企业为辅（共3家）。排名前三位的机构分别是中国地质调查局、西南石油大学和中国科学院，各机构之间，专利数量相差不大。

　　总的来说，中国机构进入该技术领域的时间较短（20年左右），但是不断有新鲜血液补充，持续保持着强劲的研发实力和技术创新力，从而在该技术领域一直维持领先地位。

　　1.5专利权人合作情况分析

　　图12表示的是该领域内专利申请前20位专利权人之间的合作关系。其中，共有13家专利权人进行了合作研发，可以看出，该领域的专利权人普遍以合作的方式进行申请。中国海洋石油集团有限公司和中国石油天然气股份有限公司更倾向于合作申请，二者分别与5家专利权人进行了不同技术方向的研发合作。中国海洋石油集团有限公司和中国石油大学的合作申请最多，共有10项专利，二者主要围绕天然气水合物的开采技术展开了合作，如共同开发了一种三轴试验装置。中国石油天然气股份有限公司与中国石油大学也进行了较多的专利合作申请，共有7项专利，二者主要集中在对天然气水合物的抑制等方面进行合作研发。

　　2.技术主题分析

　　2.1专利研发技术热点分布

　　基于专利题名和摘要关键词，绘制海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术领域研发主题布局专利地图，如图13所示。从图中可以看出，该领域的专利技术热点主要包括天然气水合物的抑制、热激法的相关应用与改进、天然气水合物勘探开发装置的设计与研发等。

　　2.2主要国家专利技术主题分布

　　如表9所示，将海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术领域的专利申请，按照德温特手工代码进行专利技术分类。在该技术领域，技术研发主要集中在天然气水合物的开采、气体置换、物理化学方法的应用等方面。

　　按照专利申请前10位的国家和前10位的德温特手工代码分类，进行专利权人-专利技术领域分析，如图14所示。（1）只有中国在德温特手工代码分类前10位的技术领域中均申请了专利，其中在采矿和采石设备以及液体、泥浆两个技术领域申请的专利较多；（2）日本的技术研发主要集中在气体燃料方面，且涉及的技术领域并不多，只有5个；（3）美国以钻井泥浆或钻井液技术为研发主导，技术研发领域较多；（4）韩国、前苏联和欧洲专利局以研发（液化）天然气技术为主，研究领域相对较为集中。

　　3.小结

　　全球关于海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术的专利最早出现于上世纪七十年代初。以1998年为起点，全球专利申请量呈逐年波动上升趋势，然而从2014年后数量明显下滑，触底反弹，于2016年开始专利数量急剧上涨，在2018年达到顶点。中国的专利申请变化趋势与国际专利申请趋势大致相同，在2016年以后全球的专利申请数量几乎全是中国申请的，发展速度显著。

　　从专利技术的国家（地区）来源来看，中国是最主要的技术来源国，远远高于其他国家，TOP10的国家或地区所申请的专利共占全球总量的98%；从专利技术市场国家（地区）分布来看，中国是最主要的技术市场。总的来说，海洋天然气水合物和油气一体化勘探开发机理和关键工程技术主要掌握在中国、日本和美国手中。

　　专利申请数量排名前10位的主要专利申请人中，中国机构占绝对优势；从机构性质来看，则是以企业为主；从近5年专利占其总量比来看，各机构的发展态势相差较大。在中国排名前十位的专利权人中，基本以大学为主，排名前三位的机构分别是中国地质调查局、西南石油大学和中国科学院，各机构之间，专利数量相差不大。总的来说，中国机构进入该技术领域的时间较短（20年左右），但是不断有新鲜血液补充，持续保持着强劲的研发实力和技术创新力，从而在该技术领域一直维持领先地位。

　　该领域的专利权人普遍以合作的方式进行申请，专利申请前20位专利权人中，尤以中国海洋石油集团有限公司和中国石油天然气股份有限公司更倾向于合作。

　　该领域的专利技术热点主要包括天然气水合物的抑制、热激法的相关应用与改进、天然气水合物勘探开发装置的设计与研发等。按照德温特手工代码进行专利技术分类，该技术领域的技术研发主要集中在天然气水合物的开采、气体置换、物理化学方法的应用等方面。其中，只有中国在德温特手工代码分类前10位的技术领域中均申请了专利，在采矿和采石设备以及液体、泥浆两个技术领域申请的专利较多。

　　（作者单位：中科院文献情报中心咨询服务部）

　　参考文献

　　1 检索策略：TS=(("gashydrate*"

　　Or "hydrate*Gas" Or "NGH" Or "methanehydrate*" or" ch4 hydrate*") and ("construct*" or "utiliz*" or "exploit*" or "explor*" or "prospect*"))精炼依据：[排除]Web of Science类别:(ONCOLOGY OR PUBLIC ENVIRONMENTAL OCCUPATIONAL HEALTH OR RADIOLOGY NUCLEAR MEDICINE MEDICAL IMAGING OR HEALTH CARE SCIENCES SERVICES OR HEMATOLOGY OR HORTICULTURE OR MEDICAL LABORATORY TECHNOLOGY OR MEDICINE RESEARCH EXPERIMENTAL OR PHYSIOLOGY OR ENDOCRINOLOGY METABOLISM)

　　2 期刊影响因子数据来源：JCR Science Edition 2018

　　3 检索策略：ALLD=(("gas hydrate*" OR "hydrate* gas" OR "ngh" or "methanehydrate*" or "ch4hydrate*") not (manufactur* or produc* or transport*))