基于宽频电阻抗特性与阿尔奇公式的含水合物饱和度计算模型

发布时间：2024-03-17 16:12

　　以自主设计开发的水合物电学参数测量装置为基础,在频率范围5Hz～400kHz内测试了不同饱和度条件下的含四氢呋喃水合物海沙体系的宽频阻抗;分析了水合物生成分解过程中模拟沉积物的宽频阻抗特性,讨论了不同含水合物饱和度条件下的阻抗幅值频散特性及其与饱和度之间的定量关系,建立了基于宽频阻抗幅值和阿尔奇公式的含水合物饱和度计算模型。研究结果表明:1)含水合物天然海沙体系的阻抗幅值呈现出频散特性,频散特性受到孔隙壁与孔隙流体之间界面极化效应的影响,阻抗幅值频散度与含水合物饱和度之间呈现近似线性关系;2)在测试频率200～200kHz时,阿尔奇公式中的胶接指数较为稳定,饱和度指数与测试频率的对数之间呈现出近似线性的关系,测试频率应作为含水合物饱和度计算模型的参数;该研究为沉积物中含水合物饱和度的评价提供了新方法,通过测量宽频阻抗幅值并应用所提出的模型,综合多个频率的模型计算结果有望得到更加准确可靠的饱和度评价值。

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【部分图文】：

图1实验装置总体结构

反应釜的材料为聚四氟乙烯，具有良好的耐腐蚀性。电学传感器为4个电极，均匀分布在反应釜四周；测温元件为Pt100热电阻，其测温精度为A级，通过反应釜盖插入反应釜内。采用PCI-1721信号发生卡输出5～500kHz的正弦波来激励电学传感器；PCI-1714数据采集卡用于采集阻抗测量....

图2电学传感器工作模式图

5）设置激励信号的频率为21个频率点：5Hz、6Hz、10Hz、20Hz、40Hz、60Hz、100Hz、200Hz、400Hz、600Hz、1kHz、2kHz、4kHz、6kHz、10kHz、20kHz、40kHz、60kHz、100kHz、200kHz、400kHz。1.3....

图3水合物生成分解过程阻抗幅值和温度变化曲线

第二阶段为水合物生成初期阶段（10～14h），此阶段内水合物开始生成，模拟沉积物温度从0℃升高至1℃（放热效应），400Hz频率下的阻抗幅值从450Ω减小到440Ω。当温度减低到相平衡温度以下并持续一段时间后，THF水合物会在孔隙中逐渐生成，消耗孔隙水使得孔隙水中的离子浓度增大（....

图4不同电极对的阻抗幅值曲线

图4给出了测试频率为60Hz时通过3组电极对得到的阻抗幅值随时间变化的曲线。由图可知，在水合物生成分解过程中，3组阻抗幅值的变化趋势一致，而且量值接近，其中3者最大差值为25Ω，占该时刻平均幅值的4.5%。由于THF溶液与水可以任意比例互溶，即配置的混合溶液组分均匀，且填沙过程中....

本文编号：3931288