微观世界里的可燃冰

正可燃冰学名是天然气水合物,之所以被叫做"可燃冰",一方面是因为其含水且呈固体,肉眼看来,其外观与冰无异;另一方面,它在常温常压下极不稳定,遇火容易被点燃。它是一种晶体物质,由一个个不同的笼状结构组成,这些笼状结构是由若干个水分子按照一定的规律组合起来的,模样像大小不一的足球,并且在每一个笼子里"关"着一个气体分子。最初,可燃冰是作为一种容易堵塞油气输送管道的麻烦制造者被     

含水合物沉积物孔隙结构特征与微观渗流模拟研究

含水合物沉积物孔隙结构特征分析和微观渗流模拟是水合物研究的基础性、关键性工作,对深入理解沉积物中水合物的分解机理、储层渗流机理和开采机理有十分重要的意义。总结了国内外含水合物沉积物的微观孔隙探测方法,对比分析了多种微观探测技术应用在水合物研究中的技术特点;重点分析了计算机断层扫描(CT)、扫描电子显微镜(SEM)和核磁共振成像(MRI)技术在含水合物沉积物孔隙结构研究中的应用现状;简述了利用微观数值模拟方法进行含水合物沉积物渗流分析的研究进展;在此基础上,展望了含水合物沉积物孔隙特征分析和微观渗流模拟研究的未来方向和挑战。     

X射线粉晶衍射-拉曼光谱法研究含甲烷双组分水合物结构及谱学特征

天然气水合物的晶体结构主要取决于客体分子种类与组成,目前单组分水合物的结构和谱学特征较为明确,但多组分水合物相关研究较少。为解决多组分水合物的结构识别问题,探讨其谱学特征,本文实验合成了甲烷-丙烷(CH₄-C₃H₈)和甲烷-四氢呋喃(CH₄-THF)两种含CH₄双组分水合物以及CH₄、C₃H₈和THF等三种单组分水合物,并采用低温X射线粉晶衍射(PXRD)和显微激光拉曼光谱进行了表征。结果表明:CH₄-C₃H₈和CH₄-THF双组分水合物的晶格常数a分别为17.2312×10^-10 m和17.2241×10^-10 m,为典型的Ⅱ型结构水合物,与相应C₃H₈和THF单组分水合物结构相同。在CH₄-C₃H₈水合物中,CH₄在大、小笼中均有分布,呈现两个特征拉曼峰(2900cm^-1和2911cm^-1);C₃H₈仅分布在大笼,与单组分水合物相比,其C—H伸缩振动峰峰位几无变化,而C—C伸缩振动峰(873cm^-1)向低频迁移约3cm^-1。在CH₄-THF水合物中,大笼被THF占据,CH₄仅填充在小笼中(2910cm^-1);双组分水合物中,THF分子C—C和C—H伸缩振动峰峰位均与单组分水合物基本一致。分析认为,含CH₄双组分水合物的结构类型与其相应的大分子水合物一致,大分子对双组分水合物的晶体结构特征具有决定作用。同时,大分子影响了CH₄分子在笼型结构中的分布,致使双组分水合物的拉曼光谱特征存在显著差异。研究结论对基于谱学特征识别多组分水合物微观结构具有重要的指导意义。     

沉积物孔隙空间天然气水合物微观分布观测

在高分辨率工业型X射线层析扫描仪上（X-CT,X-Ray Computerized Tomography）,研制了适用于沉积物中水合物微观赋存状态研究的CT原位探测装置,可通过模拟天然气水合物生成/分解过程,直接观测水合物在沉积孔隙中的微观分布特征.对粒径为0.425~0.85 mm沉积物中水合物形成过程进行了CT观测研究,结果表明,沉积孔隙中水合物呈混合分布模式,但在水合物不同形成阶段,以某种分布模式为主导：在水合物形成初期,仅有极少量水合物悬浮在流体中,水合物主要以接触或胶结模式为主;在水合物形成中期（如饱和度为24.6%、35.0%时）,水合物倾向于在孔隙流体中以悬浮状形态生成;在水合物形成后期（如饱和度为51.4%之后）,悬浮状的水合物慢慢生长聚拢在一起,水合物又重新胶结沉积物颗粒.     

祁连山冻土区多组分气体水合物形成过程实验研究

祁连山冻土区天然气水合物气体组成复杂,储层裂隙发育,研究其形成过程对准确理解该区域天然气水合物的形成机制具有重要意义.基于祁连山冻土区水合物的气体组成配置了多组分气体,并对其在纯水、水合物矿区水及冻土岩芯介质体系中的水合过程进行了实验观测,获得了不同条件下多组分气体水合物的诱导时间及聚集形态特征,探讨了不同反应介质(水...     

青海聚乎更水合物赋存区岩心微观孔隙、裂隙的微CT图像表征

孔隙和裂隙的微观结构是影响岩石声波速度、渗透率等物性参数的重要因素,这些物性参数是冻土区天然气水合物成藏规律研究和资源勘探的重要 依据。针对青海聚乎更钻探区钻井岩心,采用微米级计算机断层扫描技术(微CT)对岩心内部的微观孔隙和裂隙进行了形态表征和定量分析。结果表明：泥岩样品中的裂隙较为丰富且连通性较好,裂隙宽度多为100~200 μm;而砂岩样品中孔隙分布较为分散且少有显著的连通喉道,数量上以体积小于0.1 mm³的微孔隙为主;通过三维图像体素统计法估算了孔隙和裂隙相对整个岩心的体积含量,其中砂岩样品的孔(裂)隙度为2.36%~2.89%,泥岩样品的孔(裂)隙度为1.04%~3.64%。     

天然气水合物粉晶X射线衍射测试参数优化及分析方法

天然气水合物是由烃类气体和水在低温高压下形成的一种非化学计量的笼型晶体水合物,在常温常压下极易分解,需要在低温条件下对其进行测试。本文针对天然气水合物这一特殊样品,重点研究其粉晶X射线衍射测试条件,系统地探讨了步长、扫描速度、累加次数及测试温度等因素对测试结果的影响,优化了仪器参数,建立了粉晶X射线衍射测试天然气水合物晶体结构的方法,并应用到实验合成的甲烷水合物和我国南海珠江口盆地钻获的天然气水合物样品的晶体结构测试中。结果表明,我国南海珠江口盆地的天然气水合物样品与实验合成的甲烷水合物结构相同,均属立方晶系,为典型的Ⅰ型水合物,晶胞参数分别为11.9309×10~(-10)m和11.9135×10~(-10)m。该技术可准确获得天然气水合物的结构信息,为我国天然气水合物的深入研究提供技术支撑。     

青藏高原东侧暴雨涡旋的研究

本文使用有限区域中尺度数值模式研究了1979年7月14～15日的暴雨涡旋。讨论了模拟涡旋与实测涡旋共同部有的某些动力学结构特性。主要结论是:本例中的暴雨暖涡是由高原移动性边界层扰动触发并主要由积云对流加热造成的;高原地形的热力作用可通过改变触发机制的强迫作用明显地影响涡旋的产生。     

气体水合物基础特性研究进展

气体水合物的结构类型、热力学与动力学、界面现象与表面形貌特征等基础特性是水合物研究的重要基础,也是水合物学科发展的基石。此外,水合物在沉积物中的微观赋存形态及其对渗流的影响也是水合物的基础特性之一,是水合物储层研究的热点。笔者主要基于近3年来的文献资料,对气体水合物的结构类型、热力学与动力学、界面现象、微观赋存形态及其对渗流的影响这4个方面的研究进行了梳理与归纳,追踪学科研究前沿,较为全面地阐述了国内外气体水合物相关研究的最新进展,也提出了气体水合物基础特性研究下一步的方向与趋势,以期为多尺度、多维度研究气体水合物的基础理论与科学问题提供借鉴。     

青海聚乎更钻探区天然气水合物拉曼光谱特征

了解天然气水合物的微观结构特征对水合物资源勘探和评价具有重要意义。采用显微激光拉曼光谱技术,对青海聚乎更钻探区内DK8-19、DK11-14 和DK12-13等3个站位共9个天然气水合物岩心样品进行了分析测试,探讨了钻探区天然气水合物的拉曼光谱特征。结果表明,青海聚乎更钻探区天然气水合物广泛分布,垂直方向在126.1~322.2 m范围内不连续分布,不同钻孔、不同埋深水合物样品的拉曼光谱特征基本一致,初步判断为Ⅱ型结构水合物,且为多元气体水合物。水合物客体除甲烷、乙烷、丙烷及丁烷等 烷烃外,普遍含有氮气组分。此外,在DK8-19站位埋深为126.1 m样品中发现水合物相中硫化氢组分的拉曼信号,这说明特定区域内可能存在硫化氢气体且形成了水合物。聚乎更钻探区水合 物样品拉曼光谱特征为冻土区天然气水合物成藏与分布规律研究提供了新的启示。