電阻率法是確定天然氣水合物（以下簡稱水合物）飽和度的重要方法,通過數(shù)值模擬可以有效研究含水合物沉積物的電阻率特性,但過去構(gòu)建的孔隙模型由于約束條件較少,而與實際的孔隙結(jié)構(gòu)存在著較大的差異。為此,基于自然界沉積物具有自相似特征,選定地毯總邊長為3和顆粒邊長為1的謝爾賓斯基地毯作為沉積物的分形孔隙模型,根據(jù)等效電阻網(wǎng)絡(luò)模式建立了含水合物沉積物的電導(dǎo)模型,并利用上述模型分析了孔隙度、孔隙水電導(dǎo)率、沉積物骨架電導(dǎo)率等因素對含水合物沉積物電阻率與水合物飽和度關(guān)系的影響。研究結(jié)果表明:（1）含水合物沉積物的電阻率可以表示為孔隙度、面積比、微觀結(jié)構(gòu)尺寸、孔隙水電導(dǎo)度、沉積物骨架電導(dǎo)率及經(jīng)驗參數(shù)的函數(shù);（2）孔隙水電導(dǎo)率和孔隙度的減小都會導(dǎo)致沉積物電阻率的增大;（3）含水合物沉積物的電阻率隨水合物飽和度的增大而增大;（4）在高水合物飽和度范圍內(nèi),含水合物沉積物的電阻率隨沉積物顆粒骨架電導(dǎo)率的增大而明顯減小。結(jié)論認(rèn)為:在一定的水合物飽和度范圍內(nèi),該分形孔隙模型計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)和測井?dāng)?shù)據(jù)都能較好地吻合,準(zhǔn)確度較高。 

【文章來源】：天然氣工業(yè). 2018,38(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1分形孔隙模型圖

·130·天然氣工業(yè)2018年11月粒，假設(shè)含水合物沉積物是由沉積物顆粒骨架、天然氣水合物、孔隙水3個部分組成。根據(jù)等效電阻網(wǎng)絡(luò)，建立含天然氣水合物沉積物的電導(dǎo)模型（圖2）。圖2中的黑色部分代表沉積物多孔介質(zhì)骨架（顆粒），其電導(dǎo)率為σs；灰色部分代表孔隙水，其電導(dǎo)率為σw；白色部分代表固態(tài)的天然氣水合物，其電導(dǎo)率為σg�？紫端柡投龋⊿w）為兩個部分：環(huán)繞顆粒周圍的水飽和度（Swsp）和顆粒之間存在的接觸電阻的水飽和度（Swb）。孔隙水的電導(dǎo)率；Ant/A表示不相接觸的顆粒占全部顆粒的體積分?jǐn)?shù)；(1－Ant/A)表示自相似分布相互接觸顆粒占全部顆粒的體積分?jǐn)?shù)，0＜Ant/A＜1，Ant/A≈φ[20]；σ+nt是非接觸顆粒的等效電導(dǎo)率；σ+(n)sc是接觸顆粒的n階等效電導(dǎo)率。其中上標(biāo)n（＝0，1，2，…，n）代表謝爾賓斯基地毯的階數(shù)。σ+nt的計算式為：（4）式中σnt表示非接觸顆粒的電導(dǎo)率；；；；。σ+(n)sc的計算式為：（5）式中σ(n)sc表示接觸顆粒的n階電導(dǎo)率；σg表示水合物的電導(dǎo)率，s/m；；；r+(n)表示圍繞在顆粒周圍水的厚度；t+(n)表示圍繞在顆粒接觸電阻周圍水的厚度[20]。圖1分形孔隙模型圖注：圖中黑色的部分代表沉積物多孔介質(zhì)的顆粒骨架，白色的部分代表孔隙圖2含天然氣水合物沉積物的分形孔隙模型和電阻網(wǎng)絡(luò)圖根據(jù)含水飽和度的定義：（2）式中Sw表示含水飽和度；Sh表示水合物飽和度；h表示經(jīng)驗常數(shù)。h＝Swsp/Sw，0≤h≤1，當(dāng)

新能源·131·第38卷第11期（7）（8）公式（3）是用嚴(yán)格自相似分形幾何結(jié)構(gòu)體（謝爾賓斯基地毯）模擬自相似分布的顆粒，對于實際多孔介質(zhì)，需要引入經(jīng)驗參數(shù)i對顆粒無序分布的程度進行修改，實際多孔介質(zhì)的總有效電導(dǎo)率為：（9）式中經(jīng)驗參數(shù)i表示實際多孔介質(zhì)的無序程度，取值范圍為1.0～2.0[29]。則含水合物沉積物的電阻率（ρt）為：（10）則含水合物沉積物的電阻率增大指數(shù)（I）為：（11）式中ρo表示水飽和沉積物的電阻率。在電導(dǎo)模型中，含水合物沉積物的電阻率（ρt）可表示為孔隙度（φ，由l、c和n確定）、水合物飽和度（Sh）、各部分介質(zhì)（沉積物骨架、孔隙水和天然氣水合物）的電導(dǎo)率、經(jīng)驗常數(shù)（i，與沉積物隨機、無序的結(jié)構(gòu)有關(guān)）和h（與顆粒的接觸狀態(tài)有關(guān)）、以及孔隙微結(jié)構(gòu)尺寸（l和c）的函數(shù)。對于鹽水—水合物—多孔介質(zhì)骨架體系，根據(jù)GMGS1的測井?dāng)?shù)據(jù)，確定σw的范圍為5.00～2.85s/m（由鹽度和溫度確定）[30]；多孔介質(zhì)骨架主要成分為石英砂時，其電導(dǎo)率（σs）的取值范圍為10－8～10－16s/m，對于含有黏土的多孔介質(zhì)骨架，其σs的取值范圍為5×10－2～2s/m；天然氣水合物的電導(dǎo)率（σg）為10－6s/m；在計算中，選取經(jīng)驗參數(shù)i、h，可以獲得含水合物沉積物電阻率與飽和度的關(guān)系[28-29]。2結(jié)果與討論2.1含水合物海砂沉積物電阻率數(shù)值模擬圖3給出了ρt的模擬數(shù)值與實驗數(shù)據(jù)的比較。實驗采用的海砂樣品來自南海神狐海域的淺層，其主要成分為二氧化硅，不含黏?

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3498949