三维离散元单轴试验模拟甲烷水合物宏观三轴强度特性

填充型水合物的砂性能源土试样可视为特殊的散粒体材料,即砂粒和水合物颗粒混合物,具有明显的非连续特征。为研究填充型水合物的能源土力学特性,初步探索了甲烷水合物在不同温度、反压条件下加荷模式的离散元模拟方法。离散元模拟中,将水合物块体视为由大量颗粒通过强胶结作用凝聚而成的整体,室内试验中的内部孔隙水压作用转化为水合物颗粒间的胶结力,故需要合理确定颗粒间胶结模型参数来实现反压的影响作用。通过参数反演建立了宏观强度、刚度参数与平行胶结模型的微观胶结参数间的宏、微观关系,基于已有室内甲烷水合物三轴试验资料,确定了给定温度和反压条件下的微观胶结参数取值,随后进行离散元单轴压缩试验。离散元单轴压缩试验模拟获得的水合物强度特性,与室内三轴试验结果符合较好;通过建立的宏、微观参数间的关系,实现了不同温度、反压下的水合物加荷模式的模拟。为进一步提出深海能源土离散元数值试验成样方法--孔隙填充水合物生成技术,形成含填充型水合物的能源土试样,研究其力学和变形特性奠定基础。     

冰点下多孔介质中甲烷水合物的生成特性

冰点下水合物在多孔介质的生成是一个复杂的多相转化过程,为了研究冰点下多孔介质中水合物生成过程的水相转化率、气体消耗量与稳定压力等生成特性,在定容条件下,进行不同孔径与粒径的多孔介质中甲烷水合物在冰点下的生成实验。所使用的多孔介质平均孔径为1295 nm、1796 nm和3320 nm。研究结果表明：水合物生成结束时水的转化率随着初始生成压力的增大而增大,随着温度的升高而降低,随着孔径的增大而增大;在相同的孔径下,多孔介质粒径的增大降低了水合物的生成速率但对最终气体消耗量没有影响;在相同的温度下,随着初始生成压力的增大,实验最终压力、气体消耗量与最终水的转化率均随之升高;温度越高,不同的生成初始生成压力下体系的最终稳定压力与水的转化率相差越大;在多孔介质的毛细管作用力与结合水的共同作用下,冰点下水合物生成的水的转化率会大大地降低。在本实验条件下,水相转化为水合物的比例最高为32.39%。     

不同类型天然气水合物真空分解过程实验研究

在放置于恒温室内的真空装置内,对合成的冰粉-气体水合物(包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷-氮气、异丁烷、混合气水合物)、冰粉-不同粒度多孔介质甲烷水合物和祁连山冻土区及南海神狐海域天然气水合物进行了分解实验研究,初步探讨了不同气体水合物分解动力学特征和分解规律。实验结果表明,合成的冰粉-气体水合物的分解过程相似,除丙烷水合物和异丁烷水合物外,分解压力基本呈单调增长,均未出现明显的自保护效应;不同粒度多孔介质中甲烷水合物分解过程,压力增长呈现“快→慢→快”的特点,主要原因可能是多孔介质中的水合物尺寸较大,分解时更易产生自保护效应;祁连山冻土区天然气水合物的分解压力曲线与不同粒度多孔介质中甲烷水合物的相似,总体呈现“快→慢→快”的特点,水合物自保护效应明显;南海神狐海域天然气水合物分解气体压力变化虽然总体与祁连山冻土区天然气水合物压力增长过程相似,但同时呈现“阶梯状”增长,这可能与两种不同水合物岩心的岩性和水合物在岩心中的分布模式和赋存状态有关。     

天然气水合物藏品质评价的多级模糊综合评判

天然气水合物作为一种储量巨大的后备能源,近年来已受到广泛关注。建立与天然气水合物藏开发相适应的品质评价模型是其商业开采的前提。针对天然气水合物藏的特点,在文献调研和数值模拟研究的基础上,运用多级模糊综合评判法,对影响天然气水合物藏品质的主要因素进行层次划分和权重统计,建立天然气水合物藏品质评价的多级模糊综合评判模型。最后应用该模型,对4个模拟天然气水合物藏的品质进行了分析,证实了该评价模型的适用性。     

叠前时间偏移技术在南海水合物地震资料处理中的应用

叠前时间偏移处理技术是复杂地区地震资料高精度成像处理的有效手段。从偏移技术方法原理和处理流程入手,讨论了偏移参数选择和速度分析等关键技术,并将其应用于南海水合物地震资料处理中,获得了准确的叠前时间偏移速度场,提高了研究区水合物层段的地震成像质量。处理效果显示,叠前时间偏移剖面较叠后偏移剖面成像精度明显提高,剖面波组特征突出,地层反射信息丰富,有效地提高了水合物解释的准确性。     

Marine Controlled Source Electromagnetics: Principles,Methodologies, Future Commercial Applications

The exploration community, from the earth scientist to the investment manager, has surely recognized the recent surge of interest in the use of controlled source electromagnetics for offshore hydrocarbon detection and assessment. The targets, petroleum, natural gas and gas hydrate, are resistive zones in an otherwise conductive background. I trace the academic and commercial development of marine methods from basic theory through experimental design to the few published relevant exploration case histories. Invited review paper presented at the 17th Electromagnetic Induction Workshop. Hyderabad, India, 18–23 October, 2004.     

Kaolinite – alkali interaction and effects on basic properties

The influence of type and amount of clays present in soils on their properties is well understood. The clays exert their influence through large specific surface area and charges on them. Their effect is mostly exhibited through inter particle bonding and subsequent particle associations. The mineralogical influence of soils in water is well documented. However, the change in soil water system because of presence some of the contaminants can greatly influence the soil behaviour. Some of the changes are due to formation of new compounds due to interactions between the soil and pollutant. The paper reports the effect of interaction of kaolinite mineral with alkali on the index properties of soils from which the geotechnical behaviour can be understood. Detailed X-ray diffraction studies have shown that sodium aluminum silicate hydroxide hydrate (NASH) is formed by clay alkali reactions. The type and amount of formation of the compound is influenced by the concentration of alkali solution. While the compound formed is in smaller quantities with 1 N NaOH solution, significantly high quantity is formed with 4 N NaOH solution. Presence of alumina is shown to play a significant role. It was observed that the formation of sodium aluminum silicate hydroxide hydrate is reduced in the presence of alumina. Specific gravity of contaminated clay soil was reduced which confirms the formation of new compounds. Water adsorption and specific surface area of soil are also influenced due to soil alkali interaction. The changes in the free swell and index properties of soil in the presence of alkali have been explained by the changes in soil fabric and the formation of new compound.     

天然气水合物地震响应研究——中国南海HD152测线应用实例

目前识别水合物的主要依据是BSR和其上具有高速特征的空白带。当BSR不存在, 或由于水合物饱和度较高导致空白带特征不明显时, 水合物的识别是未解决的问题。针对这种情况, 提出了一种更实用的水合物识别模式: 低速背景中近似平行于海底的高速地质体是水合物带的特征, 水合物带泊松比降低, 利用纵横波速度信息易于识别水合物带下是否存在游离气。基于上述水合物的识别模式, 以中国南海HD152测线为实例进行了天然气水合物的识别研究。     

孔隙水中NH_4~+和HPO_4~(2-)浓度异常:一种潜在的天然气水合物地球化学勘查新指标

在海洋天然气水合物的勘查与研究中地球化学方法发挥了重大作用。利用海洋沉积物孔隙水中各种离子含量和同位素异常可以有效示踪天然气水合物的存在, 其中Cl-浓度异常、SO42-浓度梯度和氧同位素组成异常已成为指示天然气水合物存在的灵敏示踪剂。通过对比有和没有天然气水合物存在的海域浅表层沉积物中孔隙水的NH4+和HPO42-含量, 发现有天然气水合物区的孔隙水中NH4+和HPO42-浓度明显偏高, 且存在与SO42-类似的浓度梯度曲线, 认为孔隙水中NH4+和HPO42-浓度异常有可能成为一种新的地球化学示踪剂, 指示天然气水合物的存在; 探讨了引起孔隙水中NH +和HPO 2-浓度异常的可能机理及精确测定这些离子含量的方法。     

海底沉积物中不同形式烃类气体的地球化学意义

顶空气法和酸解烃法将东沙群岛海域海底浅表层沉积物中不同形式的烃类气体释放出来,通过分析两类气体在沉积物中的含量及其甲烷碳同位素,发现两类气体的成因和来源不同。笔者认为,相对而言,吸附气(包裹气)反映的是一种更为早期的信息,而游离气(溶解气)则更具有“现代性”。笔者进一步认为,两类气体的不同形成过程,对于天然气水合物调查具有不同的意义,其中游离气(溶解气)具有直接的指示意义,而吸附气(包裹气)可能指示成岩时沉积物中的空间信息。