含水合物沉积物电阻率演化规律实验研究进展

电阻率对沉积物组成和微观结构具有极高敏感性,是反映水合物生成分解过程物性演化的重要参数。然而由于影响因素复杂,人们对电阻率随CH4水合物生成分解的演化规律仍不清楚。对含CH4水合物沉积物的电阻率实验研究进展进行了梳理,分析了电阻率的主要影响因素,总结了纯水、盐水、非饱和水等不同体系中水合物生成分解过程电阻率演化规律。研究认为,在纯水沉积物中,电阻率随着水合物的生成不断增大;在盐水沉积物中,成核阶段的排盐效应以及生长阶段的重结晶或Ostwald熟化现象都会导致沉积物电阻率的降低;对非饱和水沉积物,气体和水在重力、毛细管力作用下、孔隙溶液离子在渗透和扩散作用下,都对沉积物电阻率造成影响。基于上述分析,提出了水合物生成过程模型,探讨了电学特性实验研究未来发展方向,对水合物电学研究具有一定的参考意义。     

温度周期变化下分散型天然气水合物的沉积物电阻率测量

测量了在温度周期变化下的含天然气水合物沉积物的电阻率。在温度震荡过程中,电阻率测量能检测到水合物或冰的二次形成。实验证明,温度震荡能促进分散型水合物在沉积物孔隙中的形成。经过多次温度震荡后,孔隙水大部分能转为水合物,在1.2 ℃时,水合物最终饱和度为78.2%,其含水合物沉积物的电阻率为12.0 ohm·m。     

含水合物沉积物声学特性的实验研究

天然气水合物沉积层声学特性的研究对于水合物的勘探及资源评价均有重要意义.目前,对纯水合物已有较多的岩石物性数据,但对含水合物沉积物的声学参数则研究较少.关于沉积物中水合物饱和度对声学性质的影响已有一些研究,但还不足以验证前人提出的理论模型,从而修正原有模型或建立新的模型.青岛海洋地质研究所取得了人工岩心中水合物饱和度与声速关系的初步研究成果,建议对系列人工岩心进行深入实验研究,建立一套水合物饱和度与声学特性关系的实验模型.     

含甲烷水合物多孔介质的复电阻率模型对比

在获得含甲烷水合物多孔介质体系阻抗谱参数的基础上,通过计算得到了复电阻率数据,分析了复电阻率参数的频散规律;讨论了3种常用的复电阻率模型(Dias模型、Warburg模型、Cole-Cole模型),并采用实验数据对3种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。结果表明：Warburg模型对含甲烷水合物多孔介质的复电阻率数据拟合效果最好,该模型可应用于含水合物多孔介质电学特性的进一步研究;Warburg模型的参数与水合物饱和度之间存在明显的对应关系,随着水合物饱和度的增大,模型参数中的零频电阻率和时间常数均单调减小,这为下一步建立基于复电阻率模型参数的水合物饱和度计算模型提供了基础。     

压缩加载条件下含水合物沉积物蠕变特性分析

水合物开采可能诱发海底滑坡或其他工程地质灾害。实现水合物商业化开采需要中长期稳定产气,长期荷载下储层的蠕变特性是地层稳定性评价的基础力学参数。利用南海水合物储层粉黏土为试验介质在压缩加载条件下的系列固结排水蠕变测量试验结果,对粉黏土的蠕变特性进行了分析。结果表明,加载过程中,含水合物沉积物经历瞬时变形、固结变形和蠕变变形3个阶段;随着加载应力和水合物饱和度的提高,蠕变应变不断增加;修正的Singh-Mitchell蠕变模型可以较好预测不同应力水平和水合物饱和度下粉黏土的蠕变特性。     

深海沉积物中气体水合物的聚积

气体水合物的聚积很大程度上取决于孔隙水中气体溶解度的空间变化。在海底气体水合物稳定带内,在向海底表面方向上,随着温度的下降,水中甲烷的溶解度明显降低。气体水合物可以从向上渗出的甲烷饱和水中沉淀,也可以从与上升流和生物化学甲烷刘生产速率区域有关的扩散晕内的散播气体和分凝孔隙水中聚积。水合物更易在孔隙水相对淡的及孔隙较大的沉淀物中形成。温不合物稳定带是碳氢化合物气体从沉积物迁移进入海水的地球化学障。无     

电阻率法监测黄河口海床沉积物固结过程现场试验研究

为了研究黄河口海床沉积物固结过程中电阻率同工程力学性质指标的对应关系,探索海床土体固结过程的新型原位监测技术,本文在黄河刁口流路三角洲叶瓣潮坪上,现场取土配置黄河口快速沉积形成的流体状沉积物和观测研究粉质土海床的固结过程。利用静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位土工测试手段,实时测定固结过程中海床土强度变化和孔隙水压力消散过程;同时通过埋置自行研制的环形电极探杆,实时测定海床土固结过程中的电阻率变化。通过对比分析海床土电阻率与工程力学性质指标的同步测定数据发现:黄河口饱和粉土的电阻率与微型贯入试验测得的土体贯入强度,静力触探试验测得的比贯入阻力,十字板剪切试验测得的不排水抗剪强度(峰值强度、残余强度)均呈乘幂关系,且相关性良好;海床沉积物在固结过程中的电阻率与孔隙水压力呈负线性相关性。     

海洋天然气水合物生成机制的实验研究

天然气水合物在海洋环境中与在纯水溶液中的生成条件有很大的不同。海洋天然气水合物的生成除了受温度和压力的影响外,还要受到孔隙水的化学组成、流体中气体的浓度及沉积物类型的影响。本文综述了国外海洋天然气水合物的实验研究成果及其进展,重点介绍了海洋天然气水合物生成与分解的热力学条件及各种影响因素,并探讨了今后该领域的研究方向和问题。     

在沉积物搬运过程中气体水合物的自然赋存作用

自然界中赋存的气体水合物在海底沉积物是处于半固结状态,具有储存大量的气体和水的潜能。当水合物的平衡条件被打破时,能释放出气体和水。因此,水合物能给巨大的沉积物搬运提供潜在的形成机制。在海底低水温和正常静水压力条件下,大部分陆坡和所有海隆、深海平原在靠近海底沉积物的孔隙不处在饱和或近饱和状态下,烃类气体将形成水合物。水合物的气体既可能是原地微生物成因气,也可能是来自较深部沉积物的热解气。稳定水合物沉积物的平衡条件可能遭到破坏,例如由连续沉积或者海平面下降所引起,其中任何一种情况出现使部分固体气－水混合物开始分解。释放出气体和水的体积超过水合物自身的体积,如果大量水合物分解,那么其内部压力能猛烈地骤增,原来部分稳定的沉积物转化为富含气体和富含水的低密度泥岩。当内部压力由于气体压缩或者浮力作用变得非常大时,其上覆沉积物隆起甚至破裂,而非致密的气侵泥岸可以向上运移。与水合物有关非常大时,其上覆沉积物隆起甚至破裂,而非致密的气侵泥岸可以向上运移。与水合物有关的这些现象可以引起泥底辟、泥火山、泥滑坡或浊流,这取决于沉积物的结构和海底地形。     

多孔介质中不同饱和度天然气水合物的分解特性研究

开采天然气水合物对缓解世界能源危机、解决中国天然气资源短缺问题具有重要现实意义。降压法是开采天然气水合物一种较为简单、安全、有效的方法,但是目前对水合物饱和度较高条件下的降压分解特性缺乏深入认识。在多孔介质（石英砂）体系开展了天然气水合物的生成与分解实验,研究了3种不同水合物饱和度（38.1%、42.1%、46.4%）条件下的水合物降压分解特性,分解压力分别为2 MPa和3 MPa。实验结果表明：2 MPa对应的产气速率较高,但是模拟储层温度会降至冰点以下,在实际水合物开采中会引起冰堵,阻碍水合物进一步分解。当分解压力为3 MPa时,在0～2 h内,随着水合物饱和度增加,产气速率减小;从2 h到水合物分解结束,水合物饱和度越高,产气速率越高;在降压阶段,不同饱和度水合物的储层温度（T1、T2、T3）快速下降且最低温度相似;在恒压阶段,不同饱和度水合物的储层温度开始回升,水合物饱和度越高,储层温度波动越大,并且恢复至实验设定温度需要的时间越长。研究结果将为水合物试采过程防止冰堵现象发生、提高气体回收率提供重要的理论参考。     

沉积物粒度与天然气水合物的依存关系

天然气水合物矿藏的形成与分布除了需要特定的温压条件外,更需要合适的沉积条件。总体来说,粗粒的沉积物易于天然气水合物的储集;但是,在气源非常充足的情况下,细粒的沉积物也可作为天然气水合物的储集体。     

沉积物中天然气水合物合成及开采模拟实验研究

基于自行研发的天然气水合物模拟开采实验装置,进行了电加热法和减压法2种开采技术的实验研究.实验材料采用粒径为0.18～0.25 mm的自然砂,0.03%的十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液和高纯甲烷,每次实验都分为水合物合成和开采两个阶段.实验结果表明:水合物首先在沉积物体系上层与外侧生成,然后在体系内部逐渐生成.在电加热法开采过程中,可分为初始分解、沉积物体系升温、大量分解3个阶段,加热点的位置、热量传递方向和速率决定着沉积物中水合物的分解位置和速率,该方法能量利用率较低.在减压法开采过程中,水合物分解速度先快后慢,设置的分解压力越低,分解速度越快.     

沉积物中水合物热物理性质测试实验初探

设计了一套水合物热物理特性模拟实验测试装置,核心技术为3套不同结构的热-TDR探针:双棒型集成探针、单棒探针和平行板探针。以双棒型热-TDR探针为例,对沉积物中水合物及多种介质的热物理性质进行测定,实验结果比较理想。     

沉积物中天然气水合物超声检测技术

海洋天然气水合物主要分布在海底沉积物的孔隙中.而海底沉积物可以看作是一种紧密的湿颗粒双相多孔介质.基于双相多孔介质理论,分析和研究在孔隙中天然气水合物发生相变过程引起的多孔介质物性的变化而导致的声波传播的改变,可以找出其中的变化规律,对于研究沉积物中的天然气水合物具有重要的理论意义和实际价值.     

振幅空白与沉积物中气体水合物充填的相互关系

含气体水合物沉积的地震指示包括层速度的急剧增大及地震反射振幅的衰减，这归因于沉积物孔隙中存在气体水合物。然而在布莱克海台所观察到的具有较低层速度的振幅空白使人难以理解，这是由于缺少实际地震模型以解释观测结果。本研究提出几个气体水合物浓度随孔隙度而变化的模型，其中的气体水合物在较大孔隙介质中时，其浓度也较大，并能获得具有明显较低层速度的振幅空白。含气体水合物沉积的反射振幅可能比相应的不含水合物沉积的反射振幅弱很多、略弱或者强，这取决于孔隙空间中气体水合物浓度的量值。     

舟山海洋沉积物及沿海沉积物流动相石油污染的电阻率特性及其影响因素研究

海洋沉积物作为难以降解的石油类污染物的最终归宿,其污染程度的监测至关重要。本文通过现场采集舟山海洋沉积物及沿海沉积物(包括中砂、粉砂质砂和粉砂),以流动相原油为代表,采用单因素分析法室内配制标准污染沉积物样品测定电阻率,探讨沉积物类型、含水率、含油率、时间因素对石油污染海洋及沿海沉积物的电阻率影响及变化规律。结果显示,未污染和原油污染后海洋沉积物中砂、粉砂质砂、粉砂的电阻率随含水率的升高均呈幂函数降低趋势,并符合Archie公式。在含水率15%时,电阻率随含油率总体上升;而在含水率5%时,中砂电阻率呈现一个小幅上升的趋势;粉砂电阻率先小幅下降后略上升再小幅下降,粉砂质砂电阻率则是先大幅下降后略上升再小幅下降。15%含水率污染沉积物的电阻率随时间增加持续上升;5%含水率污染沉积物电阻率先上升后略下降再大幅上升。研究成果可为海洋及沿海沉积物石油污染电阻率法快速监测提供理论支持,以期为海洋环境管理部门提供相应的决策依据。     

径向基函数神经网络在计算天然气水合物饱和度中的应用研究

天然气水合物饱和度的计算通常采用阿尔奇公式、双水模型、Wood 方程等方法,这些方法均基于孔隙度的求取,并需要配合岩心分析来获得公式中的有关参数,存在误差传递导致结果不正确的问题.由于天然气水合物是以固态形式赋存于地层当中,因此研究适用于含天然气水合物储层的评价模型也是解决准确评价天然气水合物储层需考虑的因素.针对沿用油气测井评价方法计算天然气水合物的孔隙度和饱和度中存在的问题,采用径向基函数作为人工神经网络,计算了我国首次采获水合物样品的神狐海域某井天然气水合物的饱和度,以其中一口井的分析数据为样本训练并建立径向基函数神经网络,有效地求出了另一口井的天然气水合物饱和度,其结果与现场孔隙水分析的饱和度基本吻合.避开了天然气水合物饱和度的模型建立及参数求取难题.     

南海神狐天然气水合物系统沉积物中自生黄铁矿的特征研究

南海神狐海域是中国最重要的天然气水合物调查研究区之一,为了解水合物存在对沉积物地球化学环境的影响,对采自神狐海域W19B井位的沉积物样品进行了矿物学和地球化学研究。X射线衍射分析和主量元素结果显示部分层位有异常高含量的硫化物（主要为黄铁矿）。扫描电镜结果表明随着样品深度的增加,黄铁矿的晶面、晶棱更加明显,且集合体形态呈现聚莓→单莓→细粒的变化趋势,扫描电镜还观察到草莓状黄铁矿向细粒自形黄铁矿转化的中间产物。在53.0 mbsf（meters below seafloor）和140.4 mbsf层位均发现异常高含量的黄铁矿。其中140.4 mbsf层位黄铁矿充填有孔虫壳体的现象普遍,并伴有大量柱状黄铁矿产出,可能与有机质和甲烷厌氧氧化相关,但主导作用应为甲烷厌氧氧化,该层位可能位于古硫酸根-甲烷界面（sulfate-methane interface,SMI）附近。根据所得结果,推测地质历史时期中甲烷异常渗漏事件的发生,致使向上的甲烷通量增加,推动SMI上移,导致53.0 mbsf和140.4 mbsf界面处因甲烷厌氧氧化而形成大量黄铁矿。多个黄铁矿富集层的存在可能表示沉积史中曾发生多期次的深部流体渗漏或者天然气水合物的分解活动。     

海洋沉积物中天然气水合物的形成、分布与演化预测

我们运用一个新的分析公式，解出了动量，质量和能量联立方程。这个方程控制着海洋沉积物中天然气水合物的聚集和演化，而且可以推导出水合物稳定区的顶底位置，水合物实际产生区的顶底位置，沉积物中水合物聚集速率的时间，以及在扩散和平流两端元系统中聚集速度与深度的关系。得出的主要结论如下：（1）天然气水合物在海洋沉积物中实际出现的底界通常并不与天在气水合物稳定带底一致，比稳定带底要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带底界一致，比稳定底界要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带顶界（通常在海底）和天然气水合物生成带顶界的不一致。（2）如果似海底反射界面（BSR）标志着游离气带的顶界，那么在某些地背景下BSR实际上应当发生在比稳定带底更深的地方。（3）甲烷天然气水合物温压稳定域内存在的甲烷甲对于天然气水合物的生成是不够的。只有甲烷溶解在流体中的质量分数超过甲烷在海水中甲烷的溶解度，或者甲烷通量超过了对应于甲烷扩散运移率的临界值时天然气水合物才能生成。可以利用这些临界通量综合地球物理或地球化学资料限定生物成因和热成因的甲烷最小产生率。（4）对于大多数扩散－分散系数值，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底界附近的天然气水合物薄层为特征的，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底附近的天然气水合物薄层为特征的。以平流为主的系统有厚的天然气水合物层，而且对于高的流体通量，在层底比在沉积序列浅层有更大规模的聚集。基于以上结果以及在某些以扩散为主的体系中生成最小的天然气水合物区也需要很高的甲烷通量，我们推测所有的自然界的天然气水合物系统，甚至那么如被动边缘的相对低通量的环境都可能以平流占主导地位。