海洋天然氣水合物若干問題的模擬實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、海洋天然氣水合物作為一種能量資源已受到各國政府的高度重視，如何準(zhǔn)確地探測和估算海底水合物的資源量，是海洋天然氣水合物研究的重要問題。本文針對這些問題，利用本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的低溫高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)，探討了天然氣水合物模擬實(shí)驗(yàn)的幾種探測方法，包括聲學(xué)法、電阻法和時(shí)域反射(TDR)法。本文研制了一套簡易的天然氣水合物制備裝置，重點(diǎn)研究了各種條件下生成的甲烷水合物的含氣量，以及海洋天然氣水合物生成過程中引起的周圍環(huán)境元素地球化學(xué)異常。主要研究內(nèi)容如下：

2、 1.簡述了海洋天然氣水合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、形成的基本條件、分布特點(diǎn)、資源量以及海底水合物的各種探測技術(shù)，探討了目前關(guān)于海洋天然氣水合物模擬實(shí)驗(yàn)研究的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，據(jù)此提出了本文研究目的，確定了研究內(nèi)容。 2.在球形高壓釜內(nèi)進(jìn)行了甲烷水合物的相平衡條件實(shí)驗(yàn)。使用光通過率來確定天然氣水合物的合成與分解，提高了探測靈敏度。實(shí)驗(yàn)測得的水合物相平衡曲線與國內(nèi)外經(jīng)典的相圖十分吻合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意。使用溫壓法探測了沉積物中甲

3、烷水合物的生成和分解過程，得出粒徑為0.28-0.9mm的天然砂中純水-甲烷體系的相平衡條件與不含沉積物的純水-甲烷體系的相平衡條件基本一致，說明粗顆粒的沉積物對相平衡條件影響不大。 3.水合物超聲探測實(shí)驗(yàn)表明，在純水中，聲速對體系中天然氣水合物的生成/分解過程不敏感；在松散沉積物中，聲速的變化靈敏地反映了體系內(nèi)水合物的生成和分解的變化，但聲波幅度的變化不明顯。在沉積物巖芯中，縱波和橫波速度隨著孔隙度的減小而增大，聲速靈敏地反應(yīng)

4、了沉積物巖芯中天然氣水合物飽和度的變化。 4.水合物模擬實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果表明，TDR探測技術(shù)和電阻法探測技術(shù)可靈敏地探測到反應(yīng)體系內(nèi)水合物的生成/分解過程。TDR技術(shù)可以靈敏地測出巖芯中的含水量，即可以靈敏地探測巖芯中水合物的飽和度。而電阻法探測技術(shù)對反應(yīng)體系內(nèi)CO2水合物的成核-微晶過程十分靈敏，在水合物成核機(jī)理的研究中將有十分重要的作用。 5.研制了一套簡易的、容易開啟的天然氣水合物實(shí)驗(yàn)裝置，采用了高頻振動技術(shù)，已獲得

5、了國家專利。該裝置的高壓釜內(nèi)設(shè)有內(nèi)筒，合成的水合物很容易取出，可以直接測定其儲氣量；也可以將反應(yīng)后的水合物與水分離，測定其離子濃度的變化。該裝置是進(jìn)行海洋天然氣水合物含氣量及其地球化學(xué)異常研究的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 6.在上述實(shí)驗(yàn)裝置上，進(jìn)行了甲烷水合物含氣量的實(shí)驗(yàn)研究。建立了一套容積法測量天然氣水合物儲氣量的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，容積倍率系數(shù)E值在不同狀況下(反應(yīng)壓力、溫度、時(shí)間及水中氣量的飽和度)是不相同的，這說明在不同狀

6、況下生成的水合物，含氣量大不一樣。與傳統(tǒng)的重量法相比，容積法測定天然氣水合物的儲氣量的可操作性強(qiáng)，受環(huán)境因素和人為因素的影響小，精密度與準(zhǔn)確度高，在天然氣水合物資源量評價(jià)及天然氣運(yùn)輸技術(shù)方面，都有廣闊的應(yīng)用前景。 7.在上述實(shí)驗(yàn)裝置上，模擬了海洋天然氣水合物的生成過程，對海水離子濃度變化和同位素變化進(jìn)行了初步研究。結(jié)果表明，天然氣水合物生成過程中，其周圍環(huán)境的離子濃度發(fā)生變化，其變化程度受反應(yīng)條件的制約。耗氣量越大，生成水合物的