海洋天然氣水合物若干問題的模擬實驗研究.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，利用本實驗室開發(fā)的低溫高壓實驗技術，探討了天然氣水合物模擬實驗的幾種探測方法，包括聲學法、電阻法和時域反射(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、結構、性質(zhì)、形成的基本條件、分布特點、資源量以及海底水合物的各種探測技術，探討了目前關于海洋天然氣水合物模擬實驗研究的現(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)進行了甲烷水合物的相平衡條件實驗。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。實驗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，實驗結果令人滿意。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.水合物超聲探測實驗表明，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

4、了沉積物巖芯中天然氣水合物飽和度的變化。 4.水合物模擬實驗的初步結果表明，TDR探測技術和電阻法探測技術可靈敏地探測到反應體系內(nèi)水合物的生成/分解過程。TDR技術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。而電阻法探測技術對反應體系內(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驗裝置，采用了高頻振動技術，已獲得

5、了國家專利。該裝置的高壓釜內(nèi)設有內(nèi)筒，合成的水合物很容易取出，可以直接測定其儲氣量；也可以將反應后的水合物與水分離，測定其離子濃度的變化。該裝置是進行海洋天然氣水合物含氣量及其地球化學異常研究的實驗基礎。 6.在上述實驗裝置上，進行了甲烷水合物含氣量的實驗研究。建立了一套容積法測量天然氣水合物儲氣量的實驗裝置和實驗方法。實驗結果表明，容積倍率系數(shù)E值在不同狀況下(反應壓力、溫度、時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，受環(huán)境因素和人為因素的影響小，精密度與準確度高，在天然氣水合物資源量評價及天然氣運輸技術方面，都有廣闊的應用前景。 7.在上述實驗裝置上，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行了初步研究。結果表明，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，其變化程度受反應條件的制約。耗氣量越大，生成水合物的