沉積物中天然氣水合物微觀分布模式及其聲學(xué)響應(yīng)特征

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1、·l20·天然氣工業(yè)2010年3月沉積物中天然氣水合物微觀分布模式及其聲學(xué)響應(yīng)特征胡高偉業(yè)渝光張劍。刁少波1．國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2．國土資源部青島海洋地質(zhì)研究所3．中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院胡高偉等．沉積物中天然氣水合物微觀分布模式及其聲學(xué)響應(yīng)特征．天然氣工業(yè)，2010，30(3)：120—124．摘要天然氣水合物(以下簡稱水合物)的微觀分布與其形成條件、流體運(yùn)移通道等密切相關(guān)，對天然氣水合物資源勘探與評價具有重要意義。為了解水合物在固結(jié)沉積物和松散沉積物中的微觀分布及其聲學(xué)響應(yīng)特征，采用超聲和時域反射聯(lián)合探測技術(shù)實(shí)時測量了沉積物中水合物生成、分解過程ee聲速

2、等參數(shù)的變化情況。結(jié)果表明，在固結(jié)沉積物中，水合物先在孔隙流體中形成，隨后逐漸向骨架靠攏，當(dāng)飽和度大于3O后水合物開始膠結(jié)沉積物顆粒生成，這種膠結(jié)模式會圈閉部分孔隙流體，使之因得不到氣源的補(bǔ)充而難以形成水合物，因此固結(jié)沉積物中水合物飽和度最終為65．5左右；在松散沉積物中，少量的水合物(飽和度1％左右)膠結(jié)沉積物顆粒生成，當(dāng)飽和度大于1后水合物開始在孔隙流體中以懸浮狀形態(tài)生成，由于水合物與沉積物顆粒間尚有流體運(yùn)移通道，水合物能進(jìn)一步生成，最終幾乎完全充填沉積物孔隙。不同的水合物微觀分布特征對沉積物的聲速具有不同影響：水合物在孔隙流體中生成時，1O飽和度的水合物對固結(jié)沉積物的聲速影響

3、不明顯；當(dāng)水合物膠結(jié)沉積物顆粒生成時，約1飽和度的水合物可使松散沉積物的縱波速度增長200～300m／s。關(guān)鍵詞天然氣水合物微觀分布縱波速度橫波速度飽和度超聲探測技術(shù)聲學(xué)響應(yīng)特征權(quán)重方程D0I：10．3787／J．issn．1000—0976．2010．03．031獲取沉積物的天然氣水合物(以下簡稱水合物)聲測和時域反射探測)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5大功能模塊組學(xué)響應(yīng)特征，可反過來研究水合物的微觀分布rj]，對成(圖1)。實(shí)驗(yàn)過程為：在高壓反應(yīng)釜中模擬海底真水合物的勘探、資源評價及形成機(jī)制研究等都具有重實(shí)的溫度壓力條件，使水合物在沉積物中形成，同時采要的指導(dǎo)意義。用超聲探測技術(shù)和時域反射技

4、術(shù)(TDR，TimeDomain筆者采用超聲和時域反射聯(lián)合探測技術(shù)，實(shí)時探Reflectometry)實(shí)時探測全過程中沉積介質(zhì)的聲學(xué)參測了固結(jié)沉積物和松散沉積物中天然氣水合物飽和度數(shù)和水合物飽和度。為加快水合物生成進(jìn)程，實(shí)驗(yàn)采與聲速之間的關(guān)系，并利用聲速等參數(shù)與現(xiàn)有巖石物用300mg／L的SDS(十二烷基硫酸鈉)溶液和理模型探索水合物在沉積物中的分布模式，具有重要99．99甲烷生成水合物。實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)介紹見本文參的理論和實(shí)踐意義?？嘉墨I(xiàn)[8]、[9]。1．2實(shí)驗(yàn)方法與原理1實(shí)驗(yàn)材料與方法實(shí)驗(yàn)采用超聲探測技術(shù)和TDR技術(shù)分別測量沉1．1實(shí)驗(yàn)裝置與材料積物樣品的縱、橫波速度和含水量。超聲

5、探測裝置主實(shí)驗(yàn)在青島海洋地質(zhì)研究所水合物實(shí)驗(yàn)室地球物要包括換能器、信號發(fā)生卡和數(shù)據(jù)采集卡3個部分。理模擬實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行，該裝置主要由高壓反應(yīng)釜及將兩換能器緊貼于測試巖心的兩端獲取超聲波形，采內(nèi)筒、溫控系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)(包括超聲探用的發(fā)射頻率為0．5MHz。由加拿大Gage公司生產(chǎn)基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號：40576028)、“我國海域天然氣水合物資源調(diào)查評價”專項(xiàng)項(xiàng)目(編號：GZH200200202)、國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目(編號：MRE200921)。作者簡介：胡高偉，1982年生，博士研究生；主要從事天然氣水合物模擬實(shí)驗(yàn)方面的

6、研究工作。地址：(266071)山東省青島市福州南路62號青島海洋地質(zhì)研究所。電話：(0532)85710043，15954801295。E—mail：hgw一623@163．corn第3O卷第3期新能源圖1實(shí)驗(yàn)裝置圖(左圖為天然氣水合物地球物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；右圖為高壓反應(yīng)釜截面示意圖。2只PtlO0電阻溫度計分別測量沉積物內(nèi)部和表層溫度；壓力由釜外的一壓力傳感器測量；反應(yīng)釜上端一金屬頂桿緊壓換能器，使兩換能器能緊貼于樣品兩端獲取聲學(xué)參數(shù)同軸型TDR探針用來探測沉積物的含水量)的CompuSope14100數(shù)據(jù)卡采集超聲波形。根據(jù)分析表1人工固結(jié)巖心實(shí)驗(yàn)中材料及參數(shù)表’波形的

7、首波分別得出縱、橫波的總體走時t和t。，用樣品長度分別除以縱、橫波在樣品中的走時時間，即可得到縱、橫波速度。TDR探測采用的裝置為美國Tektronix公司生產(chǎn)的1502C型時域反射儀和自制的同軸型TDR探針。Wright等口。。采用TDR技術(shù)測量了含甲烷水合物沉積物的含水量，并認(rèn)為其測量精度與Topp等_11]測量土壤含水量的精度相當(dāng)，即為±2～2．5。因此，本實(shí)驗(yàn)沒有再對含水量的測量精度及誤差進(jìn)行標(biāo)定，而是重點(diǎn)試驗(yàn)了溫度(2O～0．5℃)、壓力(1～7MPa)等因