【摘要】：天然氣水合物具有極強的儲氣能力,被認(rèn)為是一種潛力巨大的新型能源礦產(chǎn)。天然氣水合物電學(xué)特性模擬實驗為野外的水合物勘探及資源評價提供基礎(chǔ)和校正數(shù)據(jù),其中電學(xué)測試技術(shù)不僅是探索水合物合成分解過程及其動力學(xué)特征的有效技術(shù)手段,也在天然氣水合物現(xiàn)場勘查和模擬實驗研究工作中發(fā)揮著重要的作用。目前電學(xué)模擬實驗中常用的電阻率參數(shù)對含水合物沉積物電學(xué)特性的描述并不全面,復(fù)電阻率測試方法可實現(xiàn)寬頻范圍內(nèi)的高密度測量,獲取電性參數(shù)多,從而有助于更全面深入地認(rèn)識含水合物沉積物的電學(xué)性質(zhì),提高水合物飽和度計算的準(zhǔn)確度為水合物勘探開發(fā)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。利用水合物交流阻抗譜測試系統(tǒng),在獲得3.5%Nacl溶液-海砂-甲烷水合物體系阻抗譜參數(shù)的基礎(chǔ)下,通過計算得到了該體系的復(fù)電阻率數(shù)據(jù),討論了甲烷水合物合成分解過程復(fù)電阻率的變化特征,分析了復(fù)電阻率參數(shù)的頻散特性以及水合物飽和度對其頻散特性的影響,綜述了常用復(fù)電阻率模型并采用實驗數(shù)據(jù)對常用復(fù)電阻率模型的參數(shù)進(jìn)行了擬合,進(jìn)而對各模型的適用性進(jìn)行了對比和評價,最終建立了適用于含甲烷水合物多孔介質(zhì)體系的飽和度計算模型。研究結(jié)果表明:(1)利用含水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率特征可以有效地識別水合物合成分解過程中其飽和度的變化;(2)在0.1 Hz~1 MHz測試頻率范圍內(nèi),含甲烷水合物多孔介質(zhì)的復(fù)電阻率存在明顯的頻散現(xiàn)象;(3)甲烷水合物飽和度與復(fù)電阻率頻散特征參數(shù)密切相關(guān),飽和度越小復(fù)電阻率頻散特性越顯著,當(dāng)測試頻率范圍為0.1 Hz~10 Hz時,復(fù)電阻率幅值、實部和虛部與測試頻率在雙對數(shù)坐標(biāo)系下成近似線性關(guān)系,其擬合直線斜率的絕對值與水合物飽和度之間成遞減的近似線性關(guān)系,而當(dāng)測試頻率范圍為10 Hz~1 MHz時,復(fù)電阻率幅值和實部的頻散度與水合物飽和度符合遞減的近似線性關(guān)系;(4)Warburg模型可應(yīng)用于含甲烷水合物多孔介質(zhì)體系復(fù)電阻率的數(shù)據(jù)解釋;(5)阿爾奇公式經(jīng)驗參數(shù)(膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n)受測試頻率影響較大且存在顯著的頻散現(xiàn)象;(6)在本研究模擬實驗的測試條件下,含甲烷水合物多孔介質(zhì)體系的阻抗譜可以用電阻和電容串聯(lián)的等效電路模型來擬合,基于此所建立的復(fù)電阻率模型可用來計算水合物飽和度。
【圖文】：

圖 1-1 三種常見的水合物晶穴結(jié)構(gòu)[9]Fig.1-1 Three common hydrate crystal structure.2.2 天然氣水合物基本物性應(yīng)用地球物理方法勘探和估算水合物在自然界中的含量時，首先要了解天然氣水合的物理性質(zhì)。在自然界中天然氣是無色的，但經(jīng)勘探發(fā)現(xiàn)天然氣水合物卻顏色各異，主要包括：色、淡黃色、琥珀色及暗褐色，其所在的地層多為固化或半固化的沉積層。結(jié)構(gòu)Ⅰ型然氣水合物與結(jié)構(gòu)Ⅱ型天然氣水合物的介電常數(shù)相同，但是它們和冰的介電常數(shù)存在一定差異。雖然天然氣水合物與冰的電學(xué)參數(shù)有差別，，但其他物理性質(zhì)于冰類似，在學(xué)性質(zhì)方面表現(xiàn)尤為明顯，因為天然氣水合物中含有至少 85%（摩爾分?jǐn)?shù)）的水。但于兩者的分子結(jié)構(gòu)存在差異，其導(dǎo)熱系數(shù)相差較大。表 1-1 為天然氣水合物部分物理質(zhì)[14,17-21]。

圖 2-1 天然氣水合物阻抗譜測試系統(tǒng)示意圖Fig.2-1 Schematic diagram of the test system of gas hydrate impedance spectrum圖 2-2 高壓反應(yīng)釜內(nèi)方形反應(yīng)器Fig.2-2 Square reactor in high pressure reaction kettle 溫控系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE642

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