含天然气水合物多孔介质的复电阻率特性及饱和度计算模型研究

发布时间：2020-05-28 16:36

【摘要】：天然气水合物具有极强的储气能力,被认为是一种潜力巨大的新型能源矿产。天然气水合物电学特性模拟实验为野外的水合物勘探及资源评价提供基础和校正数据,其中电学测试技术不仅是探索水合物合成分解过程及其动力学特征的有效技术手段,也在天然气水合物现场勘查和模拟实验研究工作中发挥着重要的作用。目前电学模拟实验中常用的电阻率参数对含水合物沉积物电学特性的描述并不全面,复电阻率测试方法可实现宽频范围内的高密度测量,获取电性参数多,从而有助于更全面深入地认识含水合物沉积物的电学性质,提高水合物饱和度计算的准确度为水合物勘探开发提供数据基础。利用水合物交流阻抗谱测试系统,在获得3.5%Nacl溶液-海砂-甲烷水合物体系阻抗谱参数的基础下,通过计算得到了该体系的复电阻率数据,讨论了甲烷水合物合成分解过程复电阻率的变化特征,分析了复电阻率参数的频散特性以及水合物饱和度对其频散特性的影响,综述了常用复电阻率模型并采用实验数据对常用复电阻率模型的参数进行了拟合,进而对各模型的适用性进行了对比和评价,最终建立了适用于含甲烷水合物多孔介质体系的饱和度计算模型。研究结果表明:(1)利用含水合物多孔介质的复电阻率特征可以有效地识别水合物合成分解过程中其饱和度的变化;(2)在0.1 Hz~1 MHz测试频率范围内,含甲烷水合物多孔介质的复电阻率存在明显的频散现象;(3)甲烷水合物饱和度与复电阻率频散特征参数密切相关,饱和度越小复电阻率频散特性越显著,当测试频率范围为0.1 Hz~10 Hz时,复电阻率幅值、实部和虚部与测试频率在双对数坐标系下成近似线性关系,其拟合直线斜率的绝对值与水合物饱和度之间成递减的近似线性关系,而当测试频率范围为10 Hz~1 MHz时,复电阻率幅值和实部的频散度与水合物饱和度符合递减的近似线性关系;(4)Warburg模型可应用于含甲烷水合物多孔介质体系复电阻率的数据解释;(5)阿尔奇公式经验参数(胶结指数m和饱和度指数n)受测试频率影响较大且存在显著的频散现象;(6)在本研究模拟实验的测试条件下,含甲烷水合物多孔介质体系的阻抗谱可以用电阻和电容串联的等效电路模型来拟合,基于此所建立的复电阻率模型可用来计算水合物饱和度。
【图文】：

水合物,天然气水合物,物理性质

图 1-1 三种常见的水合物晶穴结构[9]Fig.1-1 Three common hydrate crystal structure.2.2 天然气水合物基本物性应用地球物理方法勘探和估算水合物在自然界中的含量时，首先要了解天然气水合的物理性质。在自然界中天然气是无色的，但经勘探发现天然气水合物却颜色各异，主要包括：色、淡黄色、琥珀色及暗褐色，其所在的地层多为固化或半固化的沉积层。结构Ⅰ型然气水合物与结构Ⅱ型天然气水合物的介电常数相同，但是它们和冰的介电常数存在一定差异。虽然天然气水合物与冰的电学参数有差别，，但其他物理性质于冰类似，在学性质方面表现尤为明显，因为天然气水合物中含有至少 85%（摩尔分数）的水。但于两者的分子结构存在差异，其导热系数相差较大。表 1-1 为天然气水合物部分物理质[14,17-21]。

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图 2-1 天然气水合物阻抗谱测试系统示意图Fig.2-1 Schematic diagram of the test system of gas hydrate impedance spectrum图 2-2 高压反应釜内方形反应器Fig.2-2 Square reactor in high pressure reaction kettle 温控系统
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE642

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