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1、第20卷第2期天然气地球科学Vol.20No.22009年4月NATURALGASGEOSCIENCEApr.2009天然气水合物多孔介质中CO2水合物饱和度与阻抗关系模拟实验研究1,21,231,2陈强,业渝光,孟庆国,刘昌岭(1.国土资源部青岛海洋地质研究所,山东青岛266071;2.国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室,山东青岛266071;3.青岛大学化学化工与环境学院,山东青岛266071)摘要:确定沉积物中天然气水合物饱和度是评估水合物资源、开发利用天然气水合物工作中的一项基础而关键的工作。利用青岛海洋地质研究所自主设计、研制的
2、天然气水合物阻抗监测模拟实验装置,研究了CO2气体与去离子水在多孔介质中天然气水合物的生成与分解过程。指出:天然气水合物生成过程会使多孔介质阻抗增大;天然气水合物分解过程导致多孔介质阻抗减小。并且多孔介质的阻抗变化与反应体系的温度压力变化相互对应,能够体现天然气水合物生成与分解各阶段的特点。此外,还利用Archie公式,使用天然气水合物的阻抗值计算多孔介质中水合物的饱和度,得到了多孔介质中天然气水合物饱和度随反应时间的增长曲线。关键词:CO2水合物;多孔介质;电阻监测技术;饱和度计算中图分类号:TE132.3文献标识码:A文章编号:1672219
3、26(2009)02202492050引言算水合物饱和度普遍采用的方法,其中包括电阻率[10]测井。天然气水合物是由天然气和水在一定的温度、国内外许多学者都通过电阻变化对水合物的饱压力条件下生成的一种非化学计量笼型晶体。水合[11]和度进行过研究。Pearson等对实验室内水合物物中水分子通过氢键作用形成具有一定尺寸空穴的样品的阻抗变化进行了研究,发现水合物饱和度随晶格主体,较小的气体分子被包容在空穴中,从而形[12]阻抗的升高而增加。Nobes等使用深海电阻探成外观类似冰的固体。现在已经发现的气体水合物测系统在含水合物区的深海中测量,结果发现,
4、如果结构有4种:Ⅰ型、Ⅱ型、H型和新发现的一种水合[1]由沉积物性质改变引起的阻抗变化小于由水合物存物,由生物分子和水分子生成。以甲烷为成分的在而引起的阻抗变化或由水合物引起的阻抗变化大天然气水合物具有分布面积广、储量规模大、能量密于25%,电阻探测系统可以发现水合物。Paull度高、燃烧后污染少的特点,近年来逐渐成为新类型[13]替代能源的重点研究领域[226]。2007年我国在南海等在布莱克海台ODP164站通过电阻率测井估[14]北部陆坡试验了天然气水合物钻探取样并获得成算水合物的饱和度在5%左右。Riedel等利用电[7]阻监测手段估算了
5、在含水合物的沉积层中原位水合功,使水合物研究工作取得了突破性进展。[15]水合物极易分解,样品经历从原位取样到室内物饱和度。ErikSpangenberg等研究了甲烷水[829]分析的过程后其状态会发生改变,因此通过现有合物含量对沉积物电学性质的影响。实验发现样品的水合物取样技术来估算海洋沉积物中水合物饱和随含水量由100%降至5%,沉积物阻抗从5.1Ω升度有相当大的困难。目前,地球物理测井方法是估高至265Ω,循环水的阻抗由1.39Ω降低至1.08Ω。收稿日期:2008210208;修回日期:20092012081基金项目:中国海域天然气水合物
6、资源调查评价专项项目(编号:G2H200200202);国家重点基础研究发展计划项目(编号:2009CB219503)联合资助.第一作者E2mail:denniseasy@yahoo.com.cn.250天然气地球科学Vol.20[16]刁少波等采用阻抗测量技术研究了多孔介质中证最高85℃、最低-30℃的温度范围,最佳恒温波[17]CO2水合物的生成和分解过程。陈强等利用电动度仅为0.05℃。阻法对多孔介质中CO2水合物成核过程进行研究,实验表明,电阻法能够明显的反映水合物生成过程成核阶段的特征,并建立了CO2水合物成核速率与[18]阻抗关系的模
7、型。周锡堂等利用电导性监测研究了天然气水合物的生成和分解过程。总之,研究含水合物沉积层的电学性质是了解沉积物中水合物的一种重要手段。本文利用水合物模拟实验方法,进行了多孔介质中水合物饱和度和阻抗关系研究,以求进一步明确阻抗与水合物饱和度之间的对应关系,初步建立较成熟的阻抗监测方图1天然气水合物模拟实验装置示意法,更好地服务于海洋天然气水合物的勘探与开发1计算机;2恒定电位仪;3频响分析仪;4饱合水制备釜;5磁力搅工作。拌器;6水合物反应釜;7热电阻温度计;8反应釜内筒;9饱合水制备釜进气口;10反应釜进气口;11、12、13气流控制阀;14质量1
8、实验原理流量计;15高压进气口;16抽真空口;17气驱增压稳压设备;18稳压气瓶;19高压气源;20恒温控制器本次研究采用高纯CO2气体
