海洋天然气水合物若干问题的模拟实验研究

【摘要】：海洋天然气水合物作为一种能量资源已受到各国政府的高度重视,如何准确地探测和估算海底水合物的资源量,是海洋天然气水合物研究的重要问题。本文针对这些问题,利用本实验室开发的低温高压实验技术,探讨了天然气水合物模拟实验的几种探测方法,包括声学法、电阻法和时域反射(TDR)法。本文研制了一套简易的天然气水合物制备装置,重点研究了各种条件下生成的甲烷水合物的含气量,以及海洋天然气水合物生成过程中引起的周围环境元素地球化学异常。主要研究内容如下: 1.简述了海洋天然气水合物的组成、结构、性质、形成的基本条件、分布特点、资源量以及海底水合物的各种探测技术,探讨了目前关于海洋天然气水合物模拟实验研究的现状及其发展趋势,据此提出了本文研究目的,确定了研究内容。 2.在球形高压釜内进行了甲烷水合物的相平衡条件实验。使用光通过率来确定天然气水合物的合成与分解,提高了探测灵敏度。实验测得的水合物相平衡曲线与国内外经典的相图十分吻合,实验结果令人满意。使用温压法探测了沉积物中甲烷水合物的生成和分解过程,得出粒径为0.28-0.9mm的天然砂中纯水-甲烷体系的相平衡条件与不含沉积物的纯水-甲烷体系的相平衡条件基本一致,说明粗颗粒的沉积物对相平衡条件影响不大。 3.水合物超声探测实验表明,在纯水中,声速对体系中天然气水合物的生成/分解过程不敏感;在松散沉积物中,声速的变化灵敏地反映了体系内水合物的生成和分解的变化,但声波幅度的变化不明显。在沉积物岩芯中,纵波和横波速度随着孔隙度的减小而增大,声速灵敏地反应了沉积物岩芯中天然气水合物饱和度的变化。 4.水合物模拟实验的初步结果表明,TDR探测技术和电阻法探测技术可灵敏地探测到反应体系内水合物的生成/分解过程。TDR技术可以灵敏地测出岩芯中的含水量,即可以灵敏地探测岩芯中水合物的饱和度。而电阻法探测技术对反应体系内CO_2水合物的成核-微晶过程十分灵敏,在水合物成核机理的研究中将有十分重要的作用。 5.研制了一套简易的、容易开启的天然气水合物实验装置,采用了高频振动技术,已获得了国家专利。该装置的高压釜内设有内筒,合成的水合物很容易取出,可以直接测定其储气量;也可以将反应后的水合物与水分离,测定其离子 【关键词】：海洋天然气水合物 相平衡 探测技术 甲烷储气量 元素地球化学异常
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 前言10-12
• 第一章 绪论12-30
• 一 海洋天然气水合物概述12-21
• 1. 天然气水合物的结构及理化性质12-15
• 2. 海洋天然气水合物形成的基本条件15-17
• 3. 海洋天然气水合物的分布与资源量17-19
• 4. 海洋天然气水合物的勘探技术19-21
• 二、天然气水合物模拟实验研究现状与发展趋势21-26
• 1. 海洋天然气水合物生成机制研究21-22
• 2. 海洋天然气水合物稳定性的影响因素22-24
• 3. 实验装置及生成小体积水合物的探测技术24-25
• 4. 模拟实验研究的发展趋势25-26
• 三、本论文的工作26-30
• 1. 选题依据26-27
• 2. 理论与实际意义27-28
• 3. 主要研究内容28-29
• 4. 主要创新点29-30
• 第二章 天然气水合物的相平衡研究30-36
• 一. 实验装置30
• 二. 水溶液中天然气水合物相平衡研究30-33
• 1. 实验过程30-31
• 2. 实验结果与讨论31-33
• 三. 沉积物中天然气水合物相平衡的初步研究33-35
• 1. 实验方法33
• 2. 温压法实验结果与讨论33-35
• 四. 小结35-36
• 第三章 海洋天然气水合物模拟实验的超声探测技术36-53
• 一. 超声探测技术原理36-39
• 1. 声速测量36-37
• 2. 超声波幅度测量37-38
• 3. 超声频率测量38-39
• 二. 纯水中天然气水合物超声探测实验39-42
• 三. 松散沉积物中天然气水合物超声探测实验42-45
• 1. 实验方法与流程43
• 2. 结果与讨论43-45
• 四. 沉积物岩芯中天然气水合物超声探测实验45-52
• 1. 实验装置45-48
• 2. 仪器工作原理48
• 3. 实验方法与流程48-49
• 4. 初步实验结果49-52
• 五. 小结52-53
• 第四章 海洋天然气水合物模拟实验的时域反射探测技术53-63
• 一. 时域反射法(TDR)技术应用现状53-54
• 二. TDR工作原理54-56
• 三. 测试的基本原理56-58
• 四. 时域反射仪测量系统58-60
• 五. 实验与结果60-61
• 1. 实验装置与实验样品60
• 2. 水合物形成过程介电常数的测量60-61
• 六、讨论61-62
• 七、小结62-63
• 第五章 水合物生成过程的电阻法探测技术63-71
• 一. 电阻法探测技术基本原理63-64
• 1. 化学过程63-64
• 2. 物理过程64
• 二. 电阻法探测技术在水合物模拟实验中的应用64-65
• 三. 实验技术与方法65-68
• 1. 实验装置65
• 2. 阻抗测量体系65-68
• 3. 实验过程68
• 四. 结果与讨论68-70
• 1. 实验测量结果68-69
• 2. 讨论69-70
• 五. 小结70-71
• 第六章 海洋天然气水合物资源量参数(E值)测定的实验研究71-81
• 一. 天然气水合物资源量计算参数的确定及意义71-72
• 二. 前人的工作72-73
• 三. 确定天然气水合物容积倍率系数 E值的研究思路73
• 四. 甲烷水合物的制备73-74
• 1. 实验装置73-74
• 2. 实验过程74
• 五. 天然气水合物容积倍率系数E值的直接测定方法74-76
• 1. 重量法75
• 2. 真空分解容积法75-76
• 六. 两种测定方法的比较76-78
• 七. 不同条件下测得的E值78-80
• 八. 小结80-81
• 第七章 海洋天然气水合物元素地球化学异常的模拟实验研究81-96
• 一. 海洋天然气水合物元素地球化学异常研究现状81-82
• 二. 实验技术与方法82-83
• 1. 实验装置82
• 2. 实验方法与过程82
• 3. 测试方法82-83
• 三. 实验结果83-89
• 1. 不同反应条件下生成的水合物83-85
• 2. 实验前后离子浓度的变化85-86
• 3. 氢、氧同位素分馏系数的计算86-89
• 四. 讨论89-95
• 1. 不同操作方法对实验结果的影响89-90
• 2. 耗气量的变化90-91
• 3. 离子浓度的变化趋势91-93
• 4. 氢、氧同位素的变化93-95
• 五. 小结95-96
• 结论96-98
• 致谢98-99
• 博士学习期间发表的论文99-101
• 参考文献101-108

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