海洋天然气水合物工程地质学的提出、学科内涵与展望

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作者 吴能友 李彦龙 +10 位作者 蒋宇静 孙金声 谢文卫 胡高伟 王韧 于彦江 王金堂 陈强 申凯翔 孙志文 陈明涛 《地学前缘》 北大核心 2025年第2期216-229,共14页

能源结构调整和国家“双碳”战略的实施为海洋天然气水合物作为一种潜在能源开展研究提供了难得的发展空间。随着勘探开发研究的深入,海洋天然气水合物安全高效开发面临的多种类型工程地质风险管控矛盾日益凸显,亟待发展基于现代工程地... 能源结构调整和国家“双碳”战略的实施为海洋天然气水合物作为一种潜在能源开展研究提供了难得的发展空间。随着勘探开发研究的深入,海洋天然气水合物安全高效开发面临的多种类型工程地质风险管控矛盾日益凸显,亟待发展基于现代工程地质学基本原理的海洋天然气水合物工程地质学。为此,本文阐述了天然气水合物工程地质学的提出过程,并结合国内外研究进展,论述了海洋天然气水合物工程地质学的基本学科构架、核心研究任务和主要研究手段。认为海洋天然气水合物工程地质学是海洋地球系统科学的有机组成部分,其核心目标是评估海洋天然气水合物系统的地质、工程安全承载力,并对海洋天然气水合物勘探开发提供决策支撑。海洋天然气水合物工程地质学不仅能为回答勘探开发活动与海洋天然气水合物系统之间的相互作用机制提供科学依据,也能有效地将海洋天然气水合物能源研究与地质灾害、全球气候变化研究关联起来,为实现海洋天然气水合物地质、环境、工程一体化可持续发展提供一定的理论与技术支撑。 展开更多

关键词 天然气水合物 工程地质学 学科内涵 研究任务 技术手段

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南海北部天然气水合物赋存区沉积物渗透性敏感规律试验研究 被引量：3

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作者 宋德坤 刘乐乐 王栋 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期405-414,共10页

天然气水合物主要分布于含有黏土矿物的海洋细颗粒沉积物中。我国南海北部海域沉积物中含有大量的伊利石,揭示其渗透性在降压开采过程中的变化规律对于合理调控水气产出过程非常重要。本文采用取自南海北部水合物试采目标海域的沉积物... 天然气水合物主要分布于含有黏土矿物的海洋细颗粒沉积物中。我国南海北部海域沉积物中含有大量的伊利石,揭示其渗透性在降压开采过程中的变化规律对于合理调控水气产出过程非常重要。本文采用取自南海北部水合物试采目标海域的沉积物重塑土样,在不同的孔隙液盐度条件下,进行了界限含水率测定试验、渗流固结试验和稳态渗流试验,获得了土样液限含水率、塑限含水率、塑性指数、渗透系数和渗透率数据,分析了南海沉积物渗透性的应力敏感性和化学敏感性规律。结果表明:南海沉积物的界限含水率指标均随着孔隙液盐度的增加而降低;南海沉积物的渗透性随着孔隙液盐度的增加而增强,随着应力的增加而减弱,并且应力敏感性程度随着孔隙液盐度的增加而变大,化学敏感性程度随着应力的增加而变小;采用归一化孔隙比获得的渗透系数拟合关系不受孔隙液盐度的影响,便于工程应用。 展开更多

关键词 渗透率 渗透系数 界限含水率 敏感性指标 降压开采

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矿物类型对天然气水合物生成过程影响

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作者 孙始财 田万鑫 +3 位作者 孟庆国 卜庆涛 吴能友 黄丽 《海洋地质与第四纪地质》 北大核心 2025年第2期215-224,共10页

沉积物中天然气水合物的生成受到多种因素的制约,其中沉积物自身的物理化学性质亦不容忽视。基于南海沉积物的矿物组成,选用橄榄石、碳酸盐、长石和石英4种矿物介质对水合物的生成过程进行了实验模拟。结果表明,在低含水率情况下,4种矿... 沉积物中天然气水合物的生成受到多种因素的制约,其中沉积物自身的物理化学性质亦不容忽视。基于南海沉积物的矿物组成,选用橄榄石、碳酸盐、长石和石英4种矿物介质对水合物的生成过程进行了实验模拟。结果表明,在低含水率情况下,4种矿物中矿物的亲水性越强,水合物成核时间越长;而在沉积物含水率高的情况下,矿物亲水性的影响减弱,4种矿物中水合物成核时间接近。橄榄石中水合物的生长速率最快,石英中水合物的生长速率最慢。此外,4种矿物中,水合物均呈现由沉积物向上部气相空间生长的特征,这种生长方式使水合物的生长速率呈现出先快后慢再快的趋势。在4种矿物中,同一含水率条件下最终形成的水合物饱和度基本接近,约为12.52%~34.32%。实验结果对于水合物地质勘探以及开采选址具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 天然气水合物 矿物 亲水性 初始含水率 成核时间

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天然气水合物微观测试技术与应用进展 被引量：2

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作者 刘昌岭 张永超 +7 位作者 纪云开 孟庆国 郝锡荦 孙建业 胡高伟 陈强 李承峰 刘乐乐 《海洋地质与第四纪地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期136-148,共13页

天然气水合物作为一种重要的战略资源,其在沉积物中的动态聚散过程非常复杂,涉及的许多科学问题需要从微观层面来解答。微观测试技术可以在毫米、微米甚至纳米尺度上获取研究对象的状态、演化等特征信息,是天然气水合物基础研究的重要... 天然气水合物作为一种重要的战略资源,其在沉积物中的动态聚散过程非常复杂,涉及的许多科学问题需要从微观层面来解答。微观测试技术可以在毫米、微米甚至纳米尺度上获取研究对象的状态、演化等特征信息,是天然气水合物基础研究的重要手段。本文系统回顾了基于X射线计算机层析扫描(X-CT)、X射线衍射(XRD)、固体核磁共振(NMR)、低场核磁共振(LFNMR)、拉曼光谱(RM)、扫描电子显微镜(SEM)和高压差示扫描量热(HPDSC)等技术建立的天然气水合物微观测试技术体系;重点介绍了各项技术的特点及进展,以及相关微观测试技术在含水合物沉积物微观结构量化表征、微观渗流特征等方面的应用成果与最新进展;提出了天然气水合物微观测试技术与应用的研究方向与趋势,旨在为天然气水合物的深入研究提供更多思路。 展开更多

关键词 天然气水合物 微观测试 晶体结构 孔隙结构 微观渗流

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南海神狐海域天然气水合物微观赋存特征的超分辨率CT图像识别 被引量：5

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作者 李承峰 叶旺全 +7 位作者 陈亮 桂斌 郝锡荦 孙建业 张永超 刘乐乐 陈强 郑荣儿 《海洋地质与第四纪地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期149-159,共11页

南海神狐海域是我国天然气水合物资源勘探开发的主要目标区之一,2017和2020年先后两次现场试验性开采证实了水合物资源的利用前景。目前,对该地区含水合物储层的精细评价还有待进一步提升,水合物在沉积物孔隙空间中的微观赋存形态是其... 南海神狐海域是我国天然气水合物资源勘探开发的主要目标区之一,2017和2020年先后两次现场试验性开采证实了水合物资源的利用前景。目前,对该地区含水合物储层的精细评价还有待进一步提升,水合物在沉积物孔隙空间中的微观赋存形态是其中的重要影响因素。针对水合物微观赋存形态CT图像表征存在的分辨率不足的问题,建立了一种基于自监督学习的数字图像超分辨率重建算法,实现了CT扫描图像空间分辨率的2倍和4倍提升。在此基础上,对南海神狐海域含水合物沉积物孔隙结构演化规律和水合物微观赋存特征进行了形态表征。由于南海沉积物中存在大量有孔虫壳体,水合物主要占据有孔虫壳体内部空间并堵塞了空隙间的连通喉道,显著降低了沉积物的气、水渗透能力;然而,水合物未能全部占据整个孔隙空间,仍然会有少量的气体和水残留,气体则主要分布于水合物颗粒内部,而水则主要分布在水合物颗粒表面,上述实验结果对地震、测井等现场勘探数据解释具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 天然气水合物储层 微观赋存特征 超分辨率重建 CT图像

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电火花震源高分辨率地震勘探技术及其在海域天然气水合物识别中的应用

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作者 骆迪 蔡峰 +4 位作者 闫桂京 李清 孙运宝 董刚 李昂 《海洋地质与第四纪地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期34-45,共12页

精准识别天然气水合物对于保障国家能源安全、优化能源结构和环境保护等方面都具有重要的战略意义。地震勘探技术是水合物勘查的重要手段,但海域多道地震勘探多采用气枪震源,震源主频较低,导致地震波的分辨率有限,限制了其在探测浅表层... 精准识别天然气水合物对于保障国家能源安全、优化能源结构和环境保护等方面都具有重要的战略意义。地震勘探技术是水合物勘查的重要手段,但海域多道地震勘探多采用气枪震源,震源主频较低,导致地震波的分辨率有限,限制了其在探测浅表层或细微地质结构中的能力。随着水合物勘查精度和难度日益增长,采用气枪震源的地震勘探技术已无法满足精细刻画水合物矿体的需要。因此,提高地震勘探技术的分辨率对于水合物勘查而言至关重要。本文介绍了一种基于电火花震源的小道距高分辨率地震探测技术,通过与气枪震源的对比分析,深入探讨了电火花震源的特点及其在海域水合物勘查中的应用,研究结果表明,电火花震源地震勘探技术在扩散型水合物和浅表层渗漏型水合物识别中都具有良好的应用效果,尤其是对于浅表层渗漏型水合物,电火花震源地震可以更好地识别出海底和浅部地层的振幅异常、流体运移通道和海底微地貌,可有效提高浅表层渗漏型水合物识别的可靠性。 展开更多

关键词 高分辨率地震 电火花震源 天然气水合物 地震属性

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天然气水合物开采储层出砂研究进展与思考 被引量：21

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作者 宁伏龙 方翔宇 +10 位作者 李彦龙 窦晓峰 王林杰 刘志超 罗强 孙嘉鑫 赵颖杰 张准 刘天乐 张凌 蒋国盛 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期137-148,共12页

天然气水合物开采井眼出砂问题是当前水合物产业化急需突破的瓶颈之一,解决水合物开采时防砂与产能平衡问题是实现水合物安全高效、长期可控开采的关键.我国海域典型水合物储层属于弱固结的低渗泥质粉砂储层,其面临的防砂控泥与增产矛... 天然气水合物开采井眼出砂问题是当前水合物产业化急需突破的瓶颈之一,解决水合物开采时防砂与产能平衡问题是实现水合物安全高效、长期可控开采的关键.我国海域典型水合物储层属于弱固结的低渗泥质粉砂储层,其面临的防砂控泥与增产矛盾较为突出.厘清不同水合物储层和开采条件下的井眼出砂规律并揭示其机理,进而制定科学合理的防砂控泥措施以实现产能最大化是解决上述矛盾的途径所在.从理论分析、数值模拟、室内实验和现场试采4个角度介绍了世界范围内已开展的水合物出砂防砂情况,分析总结了水合物储层出砂影响因素及出砂机理,最后探讨了目前出砂研究存在的问题和挑战,并给出了相应的建议,旨在为后续水合物开采井眼出砂预测和防控研究提供思路和参考. 展开更多

关键词 天然气水合物 开采 出砂

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含天然气水合物土微观力学特性研究进展 被引量：11

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作者 赵亚鹏 刘乐乐 +2 位作者 孔亮 刘昌岭 吴能友 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2119-2140,共22页

天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源,受到了国内外的广泛关注,竞相研究安全高效、持续可控的开采方法.充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律,是实现天然气水合物资源... 天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源,受到了国内外的广泛关注,竞相研究安全高效、持续可控的开采方法.充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律,是实现天然气水合物资源产业化开发的重要前提.含天然气水合物土的力学响应行为本质上是其内部结构演化的宏观反映,相关的微观力学特性研究对于深化含天然气水合物土力学特性认识具有重要的意义.本文从天然气水合物晶体、天然气水合物与土颗粒界面、含天然气水合物土3个尺度对含天然气水合物土微观力学特性的研究现状进行了总结,系统归纳了天然气水合物的晶体结构类型及天然气水合物的孔隙微观赋存模式;重点介绍了计算机断层扫描、扫描电子显微镜、X射线衍射及原子力显微镜等微观测试技术原理与特点;简述了与计算机断层扫描联用的三轴剪切实验、颗粒流程序模拟及分子动力学模拟在天然气水合物微观力学特性研究方面的最新进展;综合现有研究结果对含天然气水合物土内颗粒界面剪切机理及微观力学理论模型进行了概述分析;最后探讨了含天然气水合物土微观力学研究目前仍存在的不足与挑战,并给出了针对性的建议以期促进含天然气水合物土的力学特性研究发展. 展开更多

关键词 天然气水合物 晶体 微观力学 数值模拟 分子动力学 本构模型

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粒径及孔径分布对天然气水合物形成影响的研究进展 被引量：9

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作者 邓帅 胡高伟 卜庆涛 《地质科技情报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期41-52,共12页

掌握影响天然气水合物(简称水合物)在海底沉积物中形成的因素对其能源和气候环境效应的评估有重要的意义。水合物的含量与沉积物颗粒的粒径紧密相关,水合物多产出于粗砂中。以人工样品为主的实验研究表明,由于孔隙半径产生的毛细管抑制... 掌握影响天然气水合物(简称水合物)在海底沉积物中形成的因素对其能源和气候环境效应的评估有重要的意义。水合物的含量与沉积物颗粒的粒径紧密相关,水合物多产出于粗砂中。以人工样品为主的实验研究表明,由于孔隙半径产生的毛细管抑制压力,多孔介质的颗粒越细,孔隙越小,一定条件下稳定温度越低(或压力越高)。沉积物颗粒的比表面积与水合物饱和度呈现很高的相关性,比粒径更有优势。利用比表面积可以定量地表示粒径和孔隙大小之间的关系,量化分析孔隙大小对水合物形成的影响。此外,我国南海神狐海域水合物尽管赋存在细粒沉积物中,却具有较高的饱和度,这可能与南海沉积物中富含丰富的有孔虫壳体有关,通过微观层面的观察发现,这些古生物壳体不仅充当了沉积物中的粗砂部分,而且其多孔结构也使沉积孔隙空间增加,从而为水合物富集提供了有利的生长环境和便利的赋存空间。Klauda等的模型假定多孔介质孔径尺寸的概率密度分布函数为正态分布,新的相平衡模型包含了尺寸效应。颜荣涛等把有效孔隙半径和水合物饱和度联系起来,从而将水合物饱和度引入相平衡模型中。分形模型将分形参数与孔隙度建立了关系,但并没有与温压条件等进一步联系起来,对水合物形成和分解的影响还需做进一步的推导和实验。 展开更多

关键词 水合物 粒径 比表面积 有孔虫 孔径分布

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浅表层天然气水合物高分辨率地震勘探方法与应用 被引量：12

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作者 骆迪 蔡峰 +5 位作者 闫桂京 梁杰 李清 孙运宝 董刚 李昂 《海洋地质前沿》 CSCD 2020年第9期101-108,共8页

浅表层天然气水合物资源勘查是天然气水合物资源勘查的重要组成部分,对深水地质灾害预测和评价、气候变化等都具有重要的指导意义。地震勘探是天然气水合物勘探的重要手段,但浅表层天然气水合物赋存于近海底沉积物中,埋深一般小于海底以... 浅表层天然气水合物资源勘查是天然气水合物资源勘查的重要组成部分,对深水地质灾害预测和评价、气候变化等都具有重要的指导意义。地震勘探是天然气水合物勘探的重要手段,但浅表层天然气水合物赋存于近海底沉积物中,埋深一般小于海底以下60 m,对地震浅层分辨率具有较高的要求,常规地震勘探方法难以满足以高频信号为主的浅表层天然气水合物勘探的需要。针对浅表层天然气水合物的特点,充分利用小道距高分辨率多道地震电火花震源气泡效应小、可重复性好,激发频率高、接收系统动态范围大等特点,结合参量阵浅地层剖面,形成了一套高分辨率地震勘探方法,提高了浅部地层的地震分辨率,满足了浅表层天然气水合物勘查对资料分辨率的要求。浅表层天然气水合物似海底反射(BSR)不明显,通常与海底甲烷渗漏密切相关,因此海底气体渗漏相关的地形地貌、气体运移通道、速度异常和振幅异常等特征是浅表层天然气水合物的重要识别标志。 展开更多

关键词 浅表层天然气水合物 小道距高分辨率地震 参量阵浅剖 泥火山

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海域天然气水合物试采目标优选定量评价方法初探 被引量：1

11

作者 胡高伟 吴能友 +6 位作者 李琦 白辰阳 万义钊 黄丽 王代刚 李彦龙 陈强 《现代地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期202-211,共10页

水合物试采的先决条件是目标是否符合地质与工程的可采条件。然而,由于前期无经验可循,尚无可定量化评价目标的方法。为克服水合物试采目标优选难题,从地质与工程两个角度建立了试采目标综合评价指标体系,在以储层孔隙度、水合物层厚度... 水合物试采的先决条件是目标是否符合地质与工程的可采条件。然而,由于前期无经验可循,尚无可定量化评价目标的方法。为克服水合物试采目标优选难题,从地质与工程两个角度建立了试采目标综合评价指标体系,在以储层孔隙度、水合物层厚度、水合物饱和度、储层固有渗透率、储层原位温度与压力作为6个地质因素,以储层水深、海底坡度、强度与上覆层厚度作为4大工程因素,提出基于模糊综合评判的水合物试采目标评价方法,初步实现对试采目标的综合定量化评价。以南海北部神狐海域4个典型水合物站位XX01、XX02、XX03与XX04为例进行了案例分析,获取了工程因素与地质因素的权重,并进一步确定了四个站位的生产潜力,且以4个站位得到的评判结果矩阵的相对值对比,得到优先推荐XX02站位作为水合物试采的目标站位,该研究结果取得了良好效果。本套方法可为将来智能定量化开展水合物开采目标优选、促进水合物产业化提供支撑作用。 展开更多

关键词 海域天然气水合物 试采目标 定量评价 神狐海域

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L-色氨酸促进二氧化碳水合物生成特性实验研究 被引量：5

12

作者 张银德 李延霞 +3 位作者 李杨 王晓光 黄丽 申小冬 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2023年第3期165-172,共8页

深海水合物法封存二氧化碳(CO_(2))被视为极具潜力的碳封存技术,而实现CO_(2)水合物(以下简称“水合物”)快速生成是该技术推广应用的关键。采用恒温恒容法研究了L-色氨酸溶液在不同质量分数和搅拌状态下对水合物生成动力学的影响。同... 深海水合物法封存二氧化碳(CO_(2))被视为极具潜力的碳封存技术,而实现CO_(2)水合物(以下简称“水合物”)快速生成是该技术推广应用的关键。采用恒温恒容法研究了L-色氨酸溶液在不同质量分数和搅拌状态下对水合物生成动力学的影响。同时研究了L-色氨酸溶液对水合物宏观形态的影响。结果表明,0.10%L-色氨酸溶液和纯水在静止状态下,液体表面形成一层水合物膜,阻止气液进一步接触,且水合物生成量较少,对水合物生成没有促进作用;质量分数为0.15%~0.50%的L-色氨酸溶液对水合物生成有促进作用,但促进效果不稳定;1.00%L-色氨酸溶液对水合物成核和生长速率具有显著促进作用,相比纯水显著增加了水合物生成量。开启搅拌可大幅提高纯水和0.50%L-色氨酸溶液的水合物生长速率,增加纯水中水合物生成量,但对0.50%L-色氨酸溶液中水合物生成量几乎没有影响。水合物倾向于首先在气液固三相界面成核,初期以二维横向模式生长,添加L-色氨酸可改变水合物宏观形态。分析认为,L-色氨酸的疏水端吸附在水合物晶体表面,使水合物疏松多孔,亲水端与水分子结合,增强了水合物表面亲水性,强化了气液接触,最终促进水合物生成。研究结果对开发新型绿色水合物动力学促进剂与促进CO_(2)捕集技术发展有理论指导意义。 展开更多

关键词 二氧化碳水合物 L-色氨酸 动力学促进剂 生长速率 宏观形态

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盐度影响下松散沉积物中甲烷水合物生成特征研究

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作者 纪云开 王佳贤 +5 位作者 邱晓倩 孟庆国 张永超 胡高伟 蔡峰 刘昌岭 《海洋地质与第四纪地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期71-81,共11页

深入认识含盐水松散沉积物体系中甲烷水合物生成特征,对精准评价海域天然气水合物资源量有重要意义。本研究利用低场核磁共振原位探测技术研究了盐度对松散砂样中甲烷水合物生成特征的影响。结果表明,松散砂样体系下不同大小孔隙中水合... 深入认识含盐水松散沉积物体系中甲烷水合物生成特征,对精准评价海域天然气水合物资源量有重要意义。本研究利用低场核磁共振原位探测技术研究了盐度对松散砂样中甲烷水合物生成特征的影响。结果表明,松散砂样体系下不同大小孔隙中水合物生成诱导时间存在差异;甲烷水合物更易在小孔隙中生成。随着孔隙水盐度增大,水合物生成诱导时间呈现指数增长。在最初20 min内,随着孔隙水盐度的增大,水合物生成速率先升后降,在盐度为3.0 wt%条件下生成速率最大。在松散砂样体系下的不同位置处,甲烷水合物生成诱导时间的差异性以及孔隙水通过水合物膜的方式转变会引起水合物生成过程中生成速率的变化。沉积物表面影响和水合物的阻隔作用使砂样中部分孔隙水不能转化为水合物,而孔隙水盐度的增加促使这种作用增强,孔隙水最终转化率降低,水合物饱和度减小。 展开更多

关键词 水合物生成 松散沉积物 低场核磁共振 盐度

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新西兰Hikurangi边缘Tuaheni滑坡复合体黏土质粉砂储层天然气水合物饱和度估算 被引量：2

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作者 陈杰 胡高伟 +5 位作者 卜庆涛 王秀娟 景鹏飞 刘昌岭 郭洋 王自豪 《海洋地质与第四纪地质》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期159-168,共10页

准确评估新西兰Hikurangi边缘Tuaheni滑坡复合体(TLC)区域的天然气水合物含量与储层分布对TLC慢滑移现象与产生机制的解释有重要作用。本文分析了IODP372航次U1517站位测井和取心数据,发现在局部地层纵波速度增加(>1.7 km/s)和电阻... 准确评估新西兰Hikurangi边缘Tuaheni滑坡复合体(TLC)区域的天然气水合物含量与储层分布对TLC慢滑移现象与产生机制的解释有重要作用。本文分析了IODP372航次U1517站位测井和取心数据,发现在局部地层纵波速度增加(>1.7 km/s)和电阻率升高(>1.5Ω·m)的104~160 mbsf层段存在天然气水合物,其中112~114、130~145和150~160 mbsf层段饱和度相对较高。根据岩性划分了不同井段对应的矿物成分含量,用于纵波速度模型计算,并利用简化三相介质(STPE)和改进的Biot-Gassmann模型(BGTL)分别估算了104~160 mbsf层段的天然气水合物饱和度,平均饱和度分别为5.2%和6.0%,最高饱和度分别为22.7%和21.6%。同时,与阿尔奇公式估算的水合物饱和度比较,在104~160 mbsf层段3种方法估算的饱和度值随深度变化相似,天然气水合物平均饱和度相近(约6.0%),在130~145 mbsf层段的水合物平均饱和度最高(约8.5%)。本研究使用两种声速模型和更为精细的参数估算饱和度,其估算结果更为可靠,可为Tuaheni滑坡复合体慢滑移现象研究提供良好的基础数据支撑。 展开更多

关键词 天然气水合物 水合物饱和度 STPE和BGTL模型 新西兰Hikurangi边缘 IODP372航次

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TBAB-CO2水合物形成过程的微观实验 被引量：7

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作者 陈玉凤 周雪冰 +1 位作者 梁德青 吴能友 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2889-2893,共5页

四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物在二氧化碳(CO2)捕集和封存技术中具有巨大的发展与应用潜力。由于晶体结构的复杂性,TBAB半笼型水合物的动力学过程尚未得到充分的研究。为了解TBAB半笼型水合物在储气方面的动力学特性,实验采用原位激... 四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物在二氧化碳(CO2)捕集和封存技术中具有巨大的发展与应用潜力。由于晶体结构的复杂性,TBAB半笼型水合物的动力学过程尚未得到充分的研究。为了解TBAB半笼型水合物在储气方面的动力学特性,实验采用原位激光拉曼技术和多晶粉末X射线衍射仪(PXRD)对nCO2·TBAB·26H2O和nCO2·TBAB·38H2O水合物的光谱特征进行了鉴别与分析,利用原位激光拉曼技术考察了CO2分子分别进入2种晶体结构的动力学过程。研究结果表明,2种晶体结构的拉曼光谱具有较高的相似性,值得注意的是nCO2·TBAB·26H2O中位于1309.5和1326.9cm^-1的拉曼峰为TBA+阳离子中C—C键的变形振动峰,在nCO2·TBAB·38H2O水合物中峰基本不发生改变,但半峰宽降低,峰形也变得相对清晰;同时,nCO2·TBAB·26H2O中位于1446.6和1458cm-1的拉曼峰为TBA+阳离子中C—H键的剪切振动峰,在nCO2·TBAB·38H2O水合物中分别向左、右两边发生了位移,峰形的重叠度也随之下降。依据上述2处拉曼光谱特征可以对2种晶体结构进行辨别。通过PXRD图谱可以发现2种晶体结构的衍射图谱存在着比较明显的差距。nCO2·TBAB·26H2O晶体属于四方晶系,空间群(P4/m),而nCO2·TBAB·38H2O属于正交晶系,空间群(Pmma)。图谱中2θ=8.406°和10.941°分别为nCO2·TBAB·38H2O的(200)和(220)晶面的特征峰,而2θ=5.976°和6.969°分别为nCO2·TBAB·26H2O的(012)和(003)晶面特征峰,可以用来判别样品中水合物的晶体结构。在原位拉曼测量过程中,nCO2·TBAB·26H2O和nCO2·TBAB·38H2O分别在已经合成好的TBAB·26H2O和TBAB·38H2O水合物表面形成。在276K,2MPa条件下,气相中的CO2分子分别进入2种晶体结构中用于储气的512笼形结构,在1275.4和1379.3cm-1处形成特征峰并逐渐增长。实验以2种TBAB水合物位于1110.3cm-1的拉曼峰作为参考,比较了CO2在水合物中的增长速率。研究发现在反应初期的75min内CO2在2种水合物中的含量基本保持线性增长且上升速率的差别不大。由于测量点位于水合物表面,受气体在水合物中扩散的阻力较小同时2种TBAB水合物均采用512笼形结构储气导致了储气速率相近。以上的微观晶体结构研究结果对TBAB水合物法捕集和封存CO2技术应用具有重要的意义。 展开更多

关键词 气体水合物 动力学 二氧化碳 拉曼 X射线衍射

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海洋含气土高应力加卸载变形特征与渗流规律

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作者 宋杰 刘乐乐 +3 位作者 刘涛 张永超 杨磊 万义钊 《力学学报》 北大核心 2025年第2期545-558,共14页

含气土是一种结构特殊的土,具有力学强度低、压缩性高、膨胀性强和固结过程复杂等特点,在海洋工程建设中容易诱发多种形式的灾害.海洋含气土的力学性质变化受有效固结应力和孔隙压力的影响,但是目前针对更高有效固结应力条件下的海洋含... 含气土是一种结构特殊的土,具有力学强度低、压缩性高、膨胀性强和固结过程复杂等特点,在海洋工程建设中容易诱发多种形式的灾害.海洋含气土的力学性质变化受有效固结应力和孔隙压力的影响,但是目前针对更高有效固结应力条件下的海洋含气土力学性质试验研究还不够充分.文章首先对取自浙江舟山近海浅层气富集区的海洋沉积物进行了物理力学指标测试,然后重塑并借助沸石制备了含气土试样,最后在侧向完全受限条件下开展了循环加卸载试验,竖向载荷最高达到3200 kPa,揭示了海洋沉积物粒径级配、矿物组成、液限和塑限含水率等指标在去除盐分前后的变化机理,分析了含气量等因素对海洋含气土试样加卸载变形回弹与渗流过程的影响规律.结果表明,海洋含气土的体积压缩系数随着载荷的增加而减小,并且含气量越高则压缩指数与回弹指数均增大;孔隙水与气体主要在循环加卸载过程中的首轮排出,并且集中在首轮加载的初期;在首轮加载过程中,不含气饱和海洋土的渗透系数单调减小,而海洋含气土的渗透系数出现了明显的回升波动. 展开更多

关键词 浅层气 含气土 固结试验 压缩指数 渗透系数

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电阻层析成像技术及其在水合物开采模拟实验中的应用 被引量：12

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作者 孙海亮 李彦龙 +2 位作者 刘昌岭 邢兰昌 孟庆国 《计量学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期455-461,共7页

电阻层析成像是一种可视化的无损测量手段,可以为天然气水合物开采过程室内模拟实验提供有效的监测途径。首先介绍了电阻层析成像技术的工作原理、发展历程与应用现状,重点对电阻层析成像技术在天然气水合物室内模拟实验方面的主要应用... 电阻层析成像是一种可视化的无损测量手段,可以为天然气水合物开采过程室内模拟实验提供有效的监测途径。首先介绍了电阻层析成像技术的工作原理、发展历程与应用现状,重点对电阻层析成像技术在天然气水合物室内模拟实验方面的主要应用进行了综述,并分析了存在的问题,在此基础上给出了解决问题的建议,为下一步开展水合物的电阻层析成像实验提供参考。 展开更多

关键词 计量学 天然气水合物 电阻层析成像 模拟实验 过程监测

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气体水合物生成实验过程动态监测:一种新的ERT方法及其效果分析 被引量：1

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作者 刘洋 陈强 +5 位作者 邹长春 赵金环 彭诚 孙建业 刘昌岭 伍操为 《现代地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期193-201,共9页

现阶段适用于天然气水合物资源开采过程获得其空间分布变化的现场监测技术仍不完善。以电阻率层析成像(ERT)技术为基础,研发一套新的ERT阵列(由两组平行的垂向电极组合而成,每组阵列有24个环形电极)应用于水合物储层动态变化监测模拟实... 现阶段适用于天然气水合物资源开采过程获得其空间分布变化的现场监测技术仍不完善。以电阻率层析成像(ERT)技术为基础,研发一套新的ERT阵列(由两组平行的垂向电极组合而成,每组阵列有24个环形电极)应用于水合物储层动态变化监测模拟实验。通过开展物理模拟实验,采用新的ERT方法对水合物生成过程进行了动态监测,并分析了动态监测方法的应用效果。通过对实验数据统计分析,92%的数据标准偏差小于5%,证实该装置获取的电学数据资料具有较高质量。通过对高阻介质模拟实验,发现温度压力条件的变化对ERT监测结果影响较小,成像结果显示饱含3.5%NaCl溶液的沉积物电阻率约为1Ω·m与阿尔奇公式计算所得电阻率基本一致,验证了其具有较高的适用性。新的ERT方法有效地监测了水合物生成过程中电阻率变化,平均电阻率随着水合物的生成从0.95Ω·m增大至1.95Ω·m并观察到"爬壁效应",证明其在水合物监测中具有良好的应用效果,并有助于实现对水合物饱和度空间分布的动态监测。研究成果为开展实验室内水合物生成和分解过程演化研究提供了方法和技术支持,也有助于研发现场天然气水合物储层动态变化监测技术和设备。 展开更多

关键词 天然气水合物 电阻率层析成像 物理实验模拟 动态监测

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常见客体分子对笼型水合物晶格常数的影响 被引量：5

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作者 孟庆国 刘昌岭 +4 位作者 李承峰 郝锡荦 胡高伟 孙建业 吴能友 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第11期64-70,共7页

天然气水合物被认为是未来理想替代能源之一,相关基础与应用研究已成为国内外研究热点。客体分子对水合物晶胞参数的影响规律研究是水合物结构特征研究的重要内容,对理解水合物主客体分子间相互作用、形成分解微观机理及其稳定性变化具... 天然气水合物被认为是未来理想替代能源之一,相关基础与应用研究已成为国内外研究热点。客体分子对水合物晶胞参数的影响规律研究是水合物结构特征研究的重要内容,对理解水合物主客体分子间相互作用、形成分解微观机理及其稳定性变化具有重要意义。为考察不同客体分子对水合物微观结构特征的影响,本文合成了系列水合物样品(甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、二氧化碳、四氢呋喃、甲烷+2,2-二甲基丁烷和甲烷+甲基环己烷),并基于低温X射线衍射技术对样品结构特征进行了分析,探讨了水合物样品晶格常数与客体分子尺寸间的关系。结果表明,(1)低温X射线衍射技术能够有效获取天然气水合物样品的晶格常数及结构类型等特征。(2)甲烷、乙烷、丙烷及异丁烷等烷烃类同系物形成的单一组分水合物样品晶格常数与客体分子的尺寸(范德华直径)呈现正相关关系。同等条件下,分子尺寸越大,相应水合物的晶格常数越大。尺寸较小的甲烷、乙烷生成Ⅰ型结构水合物,而丙烷、异丁烷等相对较大的分子则形成Ⅱ型结构水合物。(3)含氧原子客体分子(如CO_2、THF)水合物样品的结构类型依然受范德华直径的控制,但其晶格常数与客体分子尺寸间的相关性不遵从烷烃类水合物的正相关关系,分析认为该现象是氧原子特殊的电负性致使客体分子与"水笼"间产生异常相互作用所致。(5) H型水合物样品中,大分子与辅助小分子对水合物不同方向晶轴长度影响分别呈现反向趋势特征。与甲烷+2,2-二甲基丁烷水合物样品相比,甲烷+甲基环己烷水合物样品a轴方向长度较短,而c轴方向长度略长。与相同温度下甲烷+2,2-二甲基丁烷水合物样品相比,由小分子氮气辅助形成的H型水合物样品晶胞a轴方向略长,而c轴方向长度较短。 展开更多

关键词 天然气水合物 粉末X射线衍射 结构特征 晶格常数 客体分子尺寸

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细砂质含水合物沉积介质的非线性弹性力学模型 被引量：3

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作者 张峰 刘丽华 +2 位作者 吴能友 吴起 金光荣 《海洋地质与第四纪地质》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期193-198,共6页

描述含水合物沉积介质的应力-应变关系,建立含水合物沉积介质的力学模型,预测水合物储层的变形规律,是有效开发水合物资源的基本前提。以经典邓肯-张模型为基础,结合细砂质含水合物沉积介质力学三轴试验数据,提出了适合细砂质含水合物... 描述含水合物沉积介质的应力-应变关系,建立含水合物沉积介质的力学模型,预测水合物储层的变形规律,是有效开发水合物资源的基本前提。以经典邓肯-张模型为基础,结合细砂质含水合物沉积介质力学三轴试验数据,提出了适合细砂质含水合物沉积介质的非线性弹性力学模型及其参数,并验证了模型的准确性。结果表明,该模型及其参数可以很好地描述细砂质含水合物沉积介质的应力-应变的非线性弹性关系。 展开更多

关键词 天然气水合物 力学特性 邓肯-张模型 非线性弹性模型

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