沉积物中天然气水合物微观分布模式及其声学响应特征

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1、·l20·天然气工业2010年3月沉积物中天然气水合物微观分布模式及其声学响应特征胡高伟业渝光张剑。刁少波1．国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室2．国土资源部青岛海洋地质研究所3．中国地质大学地球科学学院胡高伟等．沉积物中天然气水合物微观分布模式及其声学响应特征．天然气工业，2010，30(3)：120—124．摘要天然气水合物(以下简称水合物)的微观分布与其形成条件、流体运移通道等密切相关，对天然气水合物资源勘探与评价具有重要意义。为了解水合物在固结沉积物和松散沉积物中的微观分布及其声学响应特征，采用超声和时域反射联合探测技术实时测量了沉积物中水合物生成、分解过程ee声速

2、等参数的变化情况。结果表明，在固结沉积物中，水合物先在孔隙流体中形成，随后逐渐向骨架靠拢，当饱和度大于3O后水合物开始胶结沉积物颗粒生成，这种胶结模式会圈闭部分孔隙流体，使之因得不到气源的补充而难以形成水合物，因此固结沉积物中水合物饱和度最终为65．5左右；在松散沉积物中，少量的水合物(饱和度1％左右)胶结沉积物颗粒生成，当饱和度大于1后水合物开始在孔隙流体中以悬浮状形态生成，由于水合物与沉积物颗粒间尚有流体运移通道，水合物能进一步生成，最终几乎完全充填沉积物孔隙。不同的水合物微观分布特征对沉积物的声速具有不同影响：水合物在孔隙流体中生成时，1O饱和度的水合物对固结沉积物的声速影响

3、不明显；当水合物胶结沉积物颗粒生成时，约1饱和度的水合物可使松散沉积物的纵波速度增长200～300m／s。关键词天然气水合物微观分布纵波速度横波速度饱和度超声探测技术声学响应特征权重方程D0I：10．3787／J．issn．1000—0976．2010．03．031获取沉积物的天然气水合物(以下简称水合物)声测和时域反射探测)和数据采集系统5大功能模块组学响应特征，可反过来研究水合物的微观分布rj]，对成(图1)。实验过程为：在高压反应釜中模拟海底真水合物的勘探、资源评价及形成机制研究等都具有重实的温度压力条件，使水合物在沉积物中形成，同时采要的指导意义。用超声探测技术和时域反射技

4、术(TDR，TimeDomain笔者采用超声和时域反射联合探测技术，实时探Reflectometry)实时探测全过程中沉积介质的声学参测了固结沉积物和松散沉积物中天然气水合物饱和度数和水合物饱和度。为加快水合物生成进程，实验采与声速之间的关系，并利用声速等参数与现有岩石物用300mg／L的SDS(十二烷基硫酸钠)溶液和理模型探索水合物在沉积物中的分布模式，具有重要99．99甲烷生成水合物。实验的详细介绍见本文参的理论和实践意义。考文献[8]、[9]。1．2实验方法与原理1实验材料与方法实验采用超声探测技术和TDR技术分别测量沉1．1实验装置与材料积物样品的纵、横波速度和含水量。超声

5、探测装置主实验在青岛海洋地质研究所水合物实验室地球物要包括换能器、信号发生卡和数据采集卡3个部分。理模拟实验装置上进行，该装置主要由高压反应釜及将两换能器紧贴于测试岩心的两端获取超声波形，采内筒、温控系统、压力控制系统、测试系统(包括超声探用的发射频率为0．5MHz。由加拿大Gage公司生产基金项目：国家自然科学基金项目(编号：40576028)、“我国海域天然气水合物资源调查评价”专项项目(编号：GZH200200202)、国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室基金项目(编号：MRE200921)。作者简介：胡高伟，1982年生，博士研究生；主要从事天然气水合物模拟实验方面的

6、研究工作。地址：(266071)山东省青岛市福州南路62号青岛海洋地质研究所。电话：(0532)85710043，15954801295。E—mail：hgw一623@163．corn第3O卷第3期新能源图1实验装置图(左图为天然气水合物地球物理模拟实验装置示意图；右图为高压反应釜截面示意图。2只PtlO0电阻温度计分别测量沉积物内部和表层温度；压力由釜外的一压力传感器测量；反应釜上端一金属顶杆紧压换能器，使两换能器能紧贴于样品两端获取声学参数同轴型TDR探针用来探测沉积物的含水量)的CompuSope14100数据卡采集超声波形。根据分析表1人工固结岩心实验中材料及参数表’波形的

7、首波分别得出纵、横波的总体走时t和t。，用样品长度分别除以纵、横波在样品中的走时时间，即可得到纵、横波速度。TDR探测采用的装置为美国Tektronix公司生产的1502C型时域反射仪和自制的同轴型TDR探针。Wright等口。。采用TDR技术测量了含甲烷水合物沉积物的含水量，并认为其测量精度与Topp等_11]测量土壤含水量的精度相当，即为±2～2．5。因此，本实验没有再对含水量的测量精度及误差进行标定，而是重点试验了温度(2O～0．5℃)、压力(1～7MPa)等因