甲烷水合物合成实验和稳定条件的研究

由于人们提出化石燃料资源的枯竭问题而议论非传统天然气矿产开发问题时,开始注意到过去未曾听说的甲烷水合物。所谓非传统天然气矿产,是指具有与传统天然气矿产不同的成因和产状的新型天然气矿产,其中有甲烷水合物、地下深部以甲烷形式生成的深层天然气以及与煤共生的煤成气等三类非传统天然气。它们当中,甲烷水合物因大量埋藏在近地表的地层中,作为有可能实际开采的非传统天然气矿产而引人注目。甲烷水合物是白色、冰状的固体物质,为甲烷和水的化合物。但是,与冰不同,甲烷水合物中含有天然气的主要成分可燃性甲烷气。因此,一旦接…     

深水条件下海底天然气水合物稳定带内的甲烷迁移

１引言海底天然气水合物温压稳定带 (下称水合物带 )这个术语被用来说明某地质剖面的一部分 ,将现有条件下能够存有天然气水合物的海底与上面的水体界定开。事实上 ,由于现有条件复杂多变 ,所以很难精确地估计该带的厚度。这些变化主要指气体成分、水体盐度、海底温度、地热及水压梯度。通常是用深度 (压力 )、温度图来确定该带底部 ,其数值在地热曲线和纯水或海水为均衡状态的甲烷水合物稳定曲线的交会点上。的确 ,甲烷是海底天然气水合物中主要的烃类成分 ,其浓度要百倍于其它的碳氢化合物气体 ,在其它因素相同的情况下 ,水合物带的厚度随…     

海底天然气水合物稳定的热力学条件

在几乎所有的海底都有适合于天然气水合物的温度和压力，但是热力学平衡提出了形成水合物需要另一个涉及到溶解气浓度的条件。通过一种模拟退火算法--这种算法使得甲烷气体与海水混合物的自由能最小-我们量化了水合物的热力学条件。平衡相用一个压力、温度和盐度的函数来描述各稳定相的成分。我们发现溶解气的浓度（溶解度）随着温度的增加而迅速下降。在海水中，气体溶解度在特定的盐度时也是降低的。由于低溶解度会减少形成水合物所需要的气体量，所以海水中的盐实际上促进了水合物的形成。盐度的变化（常常引起水合物形成情况的变化）增加了一个热力学自由度，这就形成了一个三相区，此区域中水合物、海水和自由气体在恒压下的一个温度范围内共存。我们把该计算用于确定海底稳定相的分布。气体溶解度的计算结果表明水合物可以直接由海底的溶解气结晶而成。气体沿着平衡浓度梯度的扩散表明气体被连续不断地由水合物层运送到所覆盖的海水中。为了在海底沉积的过程中保持水合物，需要有一个持续的甲烷气源以弥补扩散所引起的损失。通过简单的近海沉积的物理条件模型就可以估算水合物的生长和消耗。     

大洋蛇纹岩化无机成因甲烷水合物稳定带底界模拟

随着深海调查研究的不断深入,发现大洋基性和超基性岩与水相互作用可发生蛇纹岩化作用产生无机成因甲烷等烃类气体,可能在大洋区海底形成水合物。为评估大洋蛇纹岩化无机成因甲烷水合物生成热力学条件及水合物稳定带分布特征,本文利用实测的原位温度、水深等条件,结合甲烷水合物-水-游离气三相平衡温压条件,计算了马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山、北大西洋Fram海峡超慢速扩张脊和Lost City慢速扩张脊3个不同地质构造环境的蛇纹岩化发育的大洋区海底环境甲烷水合物稳定带底界,并对其水合物发育潜力进行了评估。研究表明马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山和北大西洋Fram海峡超慢速扩张脊满足天然气水合物发育的热力学条件,可能发育有甲烷水合物,相应的水合物稳定带底界深度分别约为858～2 515和153～232 mbsf。大西洋Lost City喷口附近发育甲烷水合物可能性较小。     

卡斯卡迪亚大陆边缘甲烷水合物稳定带地震层折研究

1993年6月，对在ODP第889B孔周围的BSR作了深入的地震研究。在两个航次中采用海底地震仪（OBHs）收集了大量的广角反射资料和单道地震资料。我们对工区内的一条测线的资料进行了新的2D旅行时反演。4个OBHs（广角反射资料）和单道地震资料的联合反演获得了在BSR上方P波的速度特征，结果发现这些速度略高于垂直地震（VSP）获得的速度和889B井声波测到的速度，BSR上方速度大约1．83－1．95km/s。两种不同方法估计的气体水合物含量大约为孔隙空间2％到24％。速度模型提供了该区BSR上方BSR反射强度和水合物含量之间关系。     

布莱克海脊底辟处与天然气水合物稳定带有关的甲烷圈闭与运移—来自地震资料的新发现

Bkake脊底辟位于Carolina海槽沿海线一系列盐底辟的最南面，底辟引发上覆沉积物断裂，使得流体和气体向海底运移。通过分析位于天然气水合物富集区的Blake脊底辟处的地震反射资料，得知底辟中心的天然气水合物稳定基底非常浅：底辟处海底向上挠曲了近100m，由2300m左右变为2200m左右。由BSR指示的天然气水合物稳定基底BGHS在底辟两侧约为4.5s，中心上升为4.15s。底辟上部BGHS至海底以下0.05s(40-50m)出现一系列垂向断裂，这一断裂系列分化成一些陡的小断裂，成为通向海底的裂口，它覆盖了大约700m的直径范围。另外还有一些由主断裂及位于底辟中心BGHS附近的分化的次生断裂。气体及其它流体可以沿这些断裂向上运移。本文做了复杂的示踪分析比较不同反射面的反射强度及瞬时频率。底辟中心的低频异常显示强烈的地震衰减，是由流体沿断裂通道（可能是甲烷）的运移引起的。气体（主要是甲烷）沿天然气水合物稳定带的运移目前还无法解释其原因。我们推断断裂中的孔隙流体温度及盐度太高以至不能形成天然水合物，即使在远离底辟的天然气水合物稳定深度。另外天然气水合物可能堵住断裂墙以至水的供给太少不能将所有的气体转化为天然气水合物。BSR变浅反映出底辟增加的热流要么由下伏盐的高热导率引起，要么是由流体的热对流引起。孔隙水的高盐度降低天然气水合物的稳定性，对BSR变浅也起到重要作用。通过调查发现BSR变浅理论上是由于底辟处盐度增加，虽然地质学上似乎难于理解。这一发现表明高盐度的孔隙水对盐结构以上BSR深度的侧向变化起到重要作用。     

气体水合物中大量甲烷释放引起大气圈组分、放射压力和气候的改变

陆坡上水合物矿床中甲烷(CH4)的灾难性释放已显著干扰了古新世／始新世温度最高(PETM)期(约55．5Ma)的全球气候和碳循环。我们调查了所有PETM期古温度和古二氧化碳替代矿物是否与假设考虑大量增加的甲烷散发到大气圈的影响相一致。     

天然气水合物稳定域温压条件的影响因素之探讨

影响天然气水合物稳定域温压条件的因素主要为气体混合效应、水中添加剂效应(盐浓度效应)和沉积物孔隙效应。本文详细地论述了这三种效应对天然气水合物稳定域温度-压力条件的影响，并结合实例对这三种效应进行了深入地探讨。     

多孔介质体系中甲烷水合物生成动力学的模拟实验

多孔介质中的水合物动力学研究由于对实验技术与设备的要求较高,在国内开展的工作相对较少。主要研究了等容等压、等容等温条件以及不同粒径范围的多孔介质中甲烷水合物生成动力学过程。结果表明,低温高压条件能够为甲烷水合物生成提供更大的驱动力,从而明显促进水合物生成。在粒径为250-355μm的天然海砂中,压力5 MPa时,1℃的反应釜温度可以使甲烷水合物较快生成;在粒径为180-250μm的天然海砂中,温度为2.5℃时,5 MPa的压力即可使水合物较容易生成。但粒径范围125-700μm的多孔介质对水合物生成没有明显的影响。     

南海北部大陆边缘天然气水合物稳定带厚度的地热学研究

The exploration of unconventional and/or new energy resources has become the focus of energy research worldwide,given the shortage of fossil fuels.As a potential energy resource,gas hydrate exists only in the environment of high pressure and low temperature,mainly distributing in the sediments of the seafloor in the continental margins and the permafrost zones in land.The accurate determination of the thickness of gas hydrate stability zone is essential yet challenging in the assessment of the exploitation potential.The majority of previous studies obtain this thickness by detecting the bottom simulating reflectors(BSRs) layer on the seismic profiles.The phase equilibrium between gas hydrate stable state with its temperature and pressure provides an opportunity to derive the thickness with the geothermal method.Based on the latest geothermal dataset,we calculated the thickness of the gas hydrate stability zone(GHSZ) in the north continental margin of the South China Sea.Our results indicate that the thicknesses of gas hydrate stability zone vary greatly in different areas of the northern margin of the South China Sea.The thickness mainly concentrates on 200–300 m and distributes in the southwestern and eastern areas with belt-like shape.We further confirmed a certain relationship between the GHSZ thickness and factors such as heat flow and water depth.The thickness of gas hydrate stability zone is found to be large where the heat flow is relatively low.The GHSZ thickness increases with the increase of the water depth,but it tends to stay steady when the water depth deeper than 3 000 m.The findings would improve the assessment of gas hydrate resource potential in the South China Sea.     

天然气水合物数值模拟中基于mVIEW的多分支井建模

天然气水合物分布广、埋藏浅、清洁无污染、储量巨大,是极具发展潜力的清洁能源。为实现天然气水合物商业化开采,急需探索基于多分支井的高效开采技术。在使用TOUGH+HYDRATE模拟器开展数值模拟中,复杂结构井建模是研究工作的难点。为此提出了基于mVIEW的复杂结构井快速建模方法,以多分支井为例简要介绍了建模流程;此外,结合TOUGH+HYDRATE模拟器,以中国地质调查局2017年在南海北部陆坡深水区白云凹陷神狐海域SHSC-4试采井测井曲线数据为基础,建立理想水合物藏分层地质模型,开展单一水平井和多分支井在水合物Ⅱ层中部的降压开采数值模拟。模拟结果表明：该建模方法提高了模拟器在复杂建模方面的能力,对天然气水合物高效开采数值模拟具有较好效果和参考意义;相较于单一水平井降压开采,多分支井开采技术能最大限度地增加天然气水合物藏的裸露面积和深度,有效提高水合物藏储量动用程度,是值得探索的高效开采技术方法。     

分潮波模型多资料数值计算方法研究 Ⅰ.岸边资料运动学外推的第一边值方法

对于含多资料三维分潮波模型建立了一种岸边资料运动学外推的潮波第一边值方法，并对渤海的四大原湖波进行试算。结果证实本方法可行，该方法使潮波方程既满足第一边值问题，充分利用岸边测站资料，又保证岸界法向流速为零条件，符合物理意义。并对复型病态矩阵的收敛问题提出了一种可行性处理。