一种利用导热系数反演沉积物内水合物饱和度的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用导热系数反演沉积物内水合物饱和度的方法，包括制作含水合物沉积物试样，通过测温

【技术实现步骤摘要】
一种利用导热系数反演沉积物内水合物饱和度的方法


[0001]本专利技术属于水合物饱和度反演方法
，涉及一种利用导热系数反演水合物饱和度的方法。

技术介绍

[0002]沉积物内气体水合物饱和度的识别是天然气水合物开采和水合物法二氧化碳地质封存领域的关键。尤其在天然气水合物勘探过程中，确定地层内的水合物饱和度是选取水合物开发甜点区域的重要指标，决定了甜点位的水合物埋藏量。对于水合物法二氧化碳地质封存而言，监测封存后的储层内的水合物饱和度变化是衡量封存效果的关键。所以获取沉积物内的水合物饱和度分布具有重要意义。
[0003]目前对于水合物饱和度反演方面的研究主要集中在地震波阻抗反演、电阻率反演、基于介电常数/电导率双参数等，这些方法通过监测水合物沉积物的声学和电学特性，结合地球物理模型反演估算水合物饱和度，但是这些方法较为复杂，造价高昂。还有部分通过原位取芯的方式直接测量含水合物的沉积物的氯离子浓度等，利用水合物分解后稀释水中氯离子浓度的特点，反演获得水合物饱和度，但是原位取芯面临很多困难，对沉积物的破坏进而导致测量的准确度降低是不能忽略的。
[0004]而专利号2020105940803公布了一种水合物导热系数非原位保压保真测量装置及方法，专利号2014106588055公布了一种气体水合物导热系数原位测试装置和方法和2014100152714公布了一种测量多孔介质中天然气水合物导热系数的方法和装置，以上在计算水合物沉积物的导热系数时利用维持压力稳定的方法避免水合物的分解，其不适用于水合物分解过程的导热系数计算，更无法反演水合物饱和度。所以目前利用热学对水合物饱和度估算的方法较少。而对水合物沉积物分解过程导热系数的测量需考虑外热源提供的热量使得水合物分解吸收潜热的事实，这极大影响了水合物沉积物导热系数测试结果，也为反演水合物饱和度提供了技术入口。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种利用导热系数反演水合物饱和度的方法，以获得沉积物内的水合物饱和度分布。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案：
[0007]一种利用导热系数反演沉积物内水合物饱和度的方法，包括以下步骤：
[0008](1)将干沉积物平均分n次装入反应釜并每次击实m次直至填满圆柱体反应釜，利用称重法获得此时沉积物的孔隙体积和孔隙度；
[0009](2)取和步骤1同样重量的干沉积物和水混合，所用水的体积按照预设的初始水饱和度乘以由步骤1得到的孔隙体积获得，然后将混合物按照步骤(1)的填装方式填入圆柱体反应釜内获得试样，多组温度
‑
压力传感器探头被插入试样，每一对温度
‑
压力传感器探头为一组，用于监测所处位置的温度压力变化，多组温度
‑
压力传感器探头在试样径向和轴向
上均匀分布；测温
‑
加热探针沿着试样顶面的轴心插入，贯穿整个试样；
[0010](3)将反应釜降温至设定温度并静置不低于12h，然后向反应釜内充注可生成水合物的气体(如甲烷和二氧化碳等)至气体水合物相平衡压力以上；
[0011](4)将多组温度
‑
压力传感器探头与数显设备相连接，待反应釜内压力下降、温度上升时认为水合物生成，待压力在12小时内下降不高于0.01kPa时认为水合物生成结束，即获得含水合物的沉积物试样；
[0012](5)将恒定的电流I和电压U输出到测温
‑
加热探针上使其温度升高，实时记录测温
‑
加热探针温度T和温度
‑
压力传感器探头测得的压力P和温度T随时间的变化；待试样温度达到稳定后关闭电流电压输出设备；
[0013]1)利用式(1)、(2)计算试样各测点处水合物状态
[0014]Δp＝p
‑
e
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015]a＝
‑
1.94138504464560
×
105+3.31018213397926
×
103*(T+T
d
)
‑
[0016]2.25540264493806
×
101*(T+T
d
)2+7.67559117787059
×
10
‑2*
[0017](T+T
d
)3‑
1.30465829788791
×
10
‑4*(T+T
d
)4+8.86065316687571
×
[0018]10
‑8*(T+T
d
)5)(2)
[0019]式中，p和T是试样内各温度
‑
压力传感器探头测得的各测点压力和温度；T
d
是与沉积物内的盐度有关参数，当海水盐度为3.5％时T
d
取为0.98K；
[0020]通过Δp判断沉积物内水合物的状态，当测点处的Δp>0时，此处的水合物仍然处于稳定状态，没有分解；测点处的当Δp＝0时，此处的水合物正在分解过程中；当测点处的Δp<0时，此处的水合物已经不存在，被完全分解；
[0021]2)结合计算得到的水合物状态，按照如下方法处理获得水合物饱和度分布；
[0022]a)加热升温开始前，测点处的Δp>0；加热开始后Δp逐渐减小，捕捉各测点Δp＝0对应的时刻t1和时刻t1的测温
‑
加热探针的温度；继续加热，直至Δp<0，记录时刻t2和时刻t2的测温
‑
加热探针的温度，此时含水合物沉积物的温度压力低于水合物相平衡，水合物完全分解，利用公式(3)计算各测点的沉积物导热系数即热线法；
[0023][0024]式中，l是测温
‑
加热探针的长度，I是电流强度，A；U是输出电压，V；π为圆周率；T1和T2分别时刻t1与t2所对应的测温
‑
加热探针的温度，K；L为水合物分解吸收的热量，kJ/kg；ρ
h
是气体水合物的密度，是一个已知的定值，kg/m3；
[0025]b)利用式(4)计算t2时刻沉积物等效导热系数；
[0026][0027]式中，λ
s
是沉积物颗粒的导热系数，由沉积物颗粒的成分决定，是一个已知量，W/m/k；λ
w
和λ
g
分别是水和气体的导热系数，也是已知量，W/m/k；
[0028]根据水合物的水合反应方程式：N
H
H2O+CH4＝CH4·
N
H
H2O
ꢀꢀꢀ
(5)式中，N
H
是水合数，取定值；
[0029]在t2时刻，水合物完全分解为气体和水，假设沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用导热系数反演沉积物内水合物饱和度的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将干沉积物平均分n次装入反应釜并每次击实m次直至填满圆柱体反应釜，利用称重法获得此时沉积物的孔隙体积和孔隙度；(2)取和步骤1同样重量的干沉积物和水混合，所用水的体积按照预设的初始水饱和度乘以由步骤1得到的孔隙体积获得，然后将混合物按照步骤(1)的填装方式填入圆柱体反应釜内获得试样；多组温度
‑
压力传感器探头被插入试样中，每一对温度
‑
压力传感器探头为一组，用于监测所处位置的温度压力变化，多组温度
‑
压力传感器探头在试样径向和轴向上均匀分布；测温
‑
加热探针沿着试样顶面的轴心插入，贯穿整个试样；(3)将反应釜降温至设定温度并静置不低于12h，然后向反应釜内充注可生成水合物的气体至气体水合物相平衡压力以上；(4)将多组温度
‑
压力传感器探头与数显设备相连接，待反应釜内压力下降、温度上升时认为水合物生成，待压力在12小时内下降不高于0.01kPa时认为水合物生成结束，即获得含水合物的沉积物试样；(5)将恒定的电流I和电压U输出到测温
‑
加热探针上使其温度升高，实时记录测温
‑
加热探针温度T和温度
‑
压力传感器探头测得的压力P和温度T随时间的变化；待试样温度达到稳定后关闭电流电压输出设备；1)利用式(1)、(2)计算试样各测点处水合物状态Δp＝p
‑
e
a
ꢀꢀꢀꢀ
(1)a＝
‑
1.94138504464560
×
105+3.31018213397926
×
103*(T+T
d
)
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2.25540264493806
×
101*(T+T
d
)2+7.67559117787059
×
10
‑2*(T+T
d
)3‑
1.30465829788791
×
10
‑4*(T+T
d
)4+8.86065316687571
×
10
‑8*(T+T
d
)5)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，p和T是试样内各温度
‑
压力传感器探头测得的各测点压力和温度；T
d
是与沉积物内的盐度有关参数，当海水盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙翔，程凡宝，宋永臣，李洋辉，吴鹏，陈之祥，刘卫国，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：