水合物渗透率的测定 天然气水合物评价预测及资源潜力
\u6c34\u5408\u7269\u6e17\u900f\u7387\u6587\u7ae0\u9002\u5408\u4ec0\u4e48\u6837\u7684\u671f\u520a\u77f3\u6cb9\u5929\u7136\u6c14\u5b66\u62a5
\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u9664\u5c11\u90e8\u5206\u5206\u5e03\u5728\u9646\u4e0a\u5bd2\u51b7\u7684\u6c38\u4e45\u51bb\u571f\u5e26\u5916\uff0c\u7edd\u5927\u591a\u6570\u5206\u5e03\u5728300\uff5e3000m\u6c34\u6df1\u7684\u6d77\u5e95\u6c89\u79ef\u7269\u4e2d\uff0c\u52d8\u63a2\u5f00\u53d1\u975e\u5e38\u56f0\u96be\u3002\u8fd1\u5341\u51e0\u5e74\u6765\uff0c\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u7684\u52d8\u63a2\u6280\u672f\u65e5\u8d8b\u6210\u719f\uff0c\u5bf9\u8bc4\u4ef7\u9884\u6d4b\u5168\u7403\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u7684\u8d44\u6e90\u6f5c\u529b\u6709\u91cd\u8981\u7684\u4f5c\u7528\u3002
\u4e00\u3001\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u8bc4\u4ef7\u9884\u6d4b\u6280\u672f
\u76ee\u524d\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u7684\u8bc4\u4ef7\u9884\u6d4b\u6280\u672f\u6709\u5730\u9707\u6280\u672f\u3001\u6d4b\u4e95\u6280\u672f\u3001\u5730\u7403\u5316\u5b66\u6280\u672f\u548c\u6807\u5fd7\u77ff\u7269\u6cd5\u7b49\u3002
1.\u5730\u9707\u6280\u672f
\u5730\u9707\u52d8\u63a2\u662f\u76ee\u524d\u6700\u5e38\u7528\u3001\u4e5f\u662f\u6700\u4e3a\u91cd\u8981\u7684\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u52d8\u63a2\u624b\u6bb5\u3002\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u6c89\u79ef\u5c42\u5177\u6709\u8f83\u9ad8\u7684\u901f\u5ea6\uff0c\u800c\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u6c89\u79ef\u5c42\u4e0b\u7684\u5730\u5c42\u4e00\u822c\u4e3a\u70c3\u7c7b\u6c14\u4f53(\u6e38\u79bb\u6c14)\u805a\u96c6\u533a\uff0c\u58f0\u901f\u8f83\u4f4e\uff0c\u8fd9\u6837\u6c34\u5408\u7269\u5e95\u754c\u7684\u5f3a\u58f0\u963b\u6297\u5c31\u4f1a\u4ea7\u751f\u5f3a\u53cd\u5c04\uff0c\u5728\u5730\u9707\u53cd\u5c04\u5256\u9762\u4e0a\u663e\u793a\u51fa\u4e00\u4e2a\u72ec\u7279\u7684\u53cd\u5c04\u754c\u9762\u3002\u6b64\u5916\uff0c\u7531\u4e8e\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u7a33\u5b9a\u5e26\u754c\u7ebf\u5927\u81f4\u5206\u5e03\u5728\u540c\u4e00\u6d77\u5e95\u6df1\u5ea6\u4e0a\uff0c\u56e0\u6b64\u6c34\u5408\u7269\u7a33\u5b9a\u5e26\u5e95\u9762\u7684\u53cd\u5c04\u4e5f\u5927\u81f4\u4e0e\u6d77\u5e95\u5e73\u884c\uff0c\u8fd9\u79cd\u6280\u672f\u7531\u6b64\u88ab\u547d\u540d\u4e3a\u4f3c\u6d77\u5e95\u53cd\u5c04\u5c42(BSR)\u6280\u672f(\u56fe10-10)\u3002\u968f\u7740\u591a\u9053\u53cd\u5c04\u5730\u9707\u6280\u672f\u7684\u666e\u904d\u5e94\u7528\u548c\u5730\u9707\u6570\u636e\u5904\u7406\u6280\u672f\u7684\u63d0\u9ad8\uff0cBSR\u5728\u5730\u9707\u5256\u9762\u4e0a\u6240\u5448\u73b0\u7684\u9ad8\u632f\u5e45\u3001\u8d1f\u6781\u6027\u3001\u5e73\u884c\u4e8e\u6d77\u5e95\u5e76\u4e0e\u6d77\u5e95\u6c89\u79ef\u6784\u9020\u76f8\u4ea4\u7684\u7279\u5f81\uff0c\u662f\u5f88\u5bb9\u6613\u8bc6\u522b\u7684\u3002\u73b0\u5df2\u8bc1\u5b9e\uff0cBSR\u4ee5\u4e0a\u70c3\u7c7b\u6c14\u4f53\u4ee5\u56fa\u6001\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u5f62\u5f0f\u5b58\u5728\uff0cBSR\u4ee5\u4e0b\u70c3\u7c7b\u4ee5\u6e38\u79bb\u6c14\u5f62\u5f0f\u5b58\u5728\u3002BSR\u662f\u6700\u65e9\u4e5f\u662f\u76ee\u524d\u4f7f\u7528\u6700\u591a\u3001\u6700\u53ef\u9760\u3001\u6700\u76f4\u89c2\u7684\u786e\u8ba4\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u8d4b\u5b58\u7684\u5730\u7403\u7269\u7406\u6807\u5fd7\uff0c\u8fc4\u4eca\u6240\u786e\u8ba4\u7684\u6d77\u5e95\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\uff0c\u7edd\u5927\u591a\u6570\u5c31\u662f\u901a\u8fc7\u53cd\u5c04\u5730\u9707\u5256\u9762\u4e0aBSR\u7684\u8bc6\u522b\u53d1\u73b0\u7684\u3002
\u56fe10-10 Blake Ridge\u5730\u533a\u7684BSR(\u4f3c\u6d77\u5e95\u53cd\u5c04)\u5730\u9707\u5256\u9762
2.\u6d4b\u4e95\u6280\u672f
\u6d4b\u4e95\u6280\u672f\u7684\u4f5c\u7528\u4e3b\u8981\u6709:\u2460\u786e\u5b9a\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u3001\u542b\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u6c89\u79ef\u7269\u5728\u6df1\u5ea6\u4e0a\u7684\u5206\u5e03;\u2461\u4f30\u7b97\u5b54\u9699\u5ea6\u4e0e\u7532\u70f7\u9971\u548c\u5ea6;\u2462\u5229\u7528\u4e95\u5b54\u4fe1\u606f\u5bf9\u5730\u9707\u4e0e\u5176\u4ed6\u5730\u7403\u7269\u7406\u8d44\u6599\u4f5c\u6821\u6b63\u3002\u540c\u65f6\uff0c\u6d4b\u4e95\u8d44\u6599\u4e5f\u662f\u7814\u7a76\u4e95\u70b9\u9644\u8fd1\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u4e3b\u5730\u5c42\u6c89\u79ef\u73af\u5883\u53ca\u6f14\u5316\u7684\u6709\u6548\u624b\u6bb5\u3002
\u5728\u5e38\u89c4\u6d4b\u4e95\u66f2\u7ebf\u4e0a\uff0c\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u6c89\u79ef\u5c42\u4e3b\u8981\u8868\u73b0\u4e3a\u4ee5\u4e0b\u5f02\u5e38\u73b0\u8c61(\u56fe10-11):\u2460\u7535\u963b\u7387\u8f83\u9ad8;\u2461\u58f0\u6ce2\u65f6\u5dee\u5c0f;\u2462\u81ea\u7136\u7535\u4f4d\u5e45\u5ea6\u4e0d\u5927;\u2463\u4e2d\u5b50\u6d4b\u4e95\u503c\u8f83\u9ad8;\u2464\u9ad8\u4f3d\u9a6c\u503c;\u2465\u4e95\u5f84\u8f83\u5927;\u2466\u94bb\u4e95\u8fc7\u7a0b\u4e2d\u6709\u660e\u663e\u7684\u6c14\u4f53\u6392\u653e\u73b0\u8c61\uff0c\u6c14\u6d4b\u503c\u9ad8\u3002
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3.\u5730\u7403\u5316\u5b66\u6280\u672f
\u5730\u7403\u5316\u5b66\u6280\u672f\u662f\u8bc6\u522b\u6d77\u5e95\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u8d4b\u5b58\u7684\u6709\u6548\u624b\u6bb5\u3002\u6e29\u5ea6-\u538b\u529b\u7684\u6ce2\u52a8\u6781\u6613\u4f7f\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u53d1\u751f\u5206\u89e3\uff0c\u56e0\u800c\u6d77\u5e95\u6d45\u90e8\u6c89\u79ef\u7269\u4e2d\u5e38\u5e38\u6709\u5929\u7136\u6c14\u5730\u7403\u5316\u5b66\u5f02\u5e38\u3002\u8fd9\u4e9b\u5f02\u5e38\u53ef\u6307\u793a\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u53ef\u80fd\u5b58\u5728\u7684\u4f4d\u7f6e\uff0c\u8fdb\u800c\u53ef\u5229\u7528\u5176\u70c3\u7c7b\u7ec4\u5206\u6bd4\u503c(\u5982C1/C2)\u53ca\u78b3\u540c\u4f4d\u7d20\u6210\u5206\uff0c\u5224\u65ad\u5176\u5929\u7136\u6c14\u7684\u6210\u56e0\u3002\u540c\u65f6\uff0c\u5e94\u7528\u6d77\u4e0a\u7532\u70f7\u73b0\u573a\u63a2\u6d4b\u6280\u672f\u53ef\u5708\u5b9a\u7532\u70f7\u9ad8\u6d53\u5ea6\u533a\uff0c\u786e\u5b9a\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u7684\u8fdc\u666f\u5206\u5e03\u3002
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4.\u6807\u5fd7\u77ff\u7269\u6cd5
\u80fd\u6307\u793a\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u5b58\u5728\u7684\u6807\u578b\u77ff\u7269\uff0c\u901a\u5e38\u662f\u5177\u6709\u7279\u5b9a\u7ec4\u6210\u548c\u5f62\u6001\u7684\u78b3\u9178\u76d0\u3001\u786b\u9178\u76d0\u548c\u786b\u5316\u7269\uff0c\u5b83\u4eec\u662f\u6210\u77ff\u6d41\u4f53\u5728\u6c89\u79ef\u4f5c\u7528\u3001\u6210\u5ca9\u4f5c\u7528\u4ee5\u53ca\u540e\u751f\u4f5c\u7528\u8fc7\u7a0b\u4e2d\u4e0e\u6d77\u6c34\u3001\u5b54\u9699\u6c34\u3001\u6c89\u79ef\u7269\u76f8\u4e92\u4f5c\u7528\u6240\u5f62\u6210\u7684\u4e00\u7cfb\u5217\u6807\u578b\u77ff\u7269\u3002
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1.\u70ed\u6fc0\u53d1\u6280\u672f
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2.\u964d\u538b\u6280\u672f
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3.\u5316\u5b66\u6291\u5236\u5242\u6280\u672f
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\u7eed\u8868
\u6ce8:\u5929\u7136\u6c14\u8d44\u6e90\u91cf\u7684\u5355\u4f4d\u4e3am\uff0c\u6807\u51c6\u538b\u529b\u548c\u6e29\u5ea6\u6761\u4ef6:1atm\u548c20\u2103\u3002
\u56fe10-12 \u6c38\u4e45\u51bb\u571f\u5e26\u548c\u9646\u7f18\u5916\u56f4\u6d77\u6d0b\u6c89\u79ef\u7269\u4e2d\u5b9e\u9645\u52d8\u6d4b\u548c\u63a8\u6d4b\u7684\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u4f4d\u7f6e
\u5168\u7403\u6781\u5730-\u6c38\u4e45\u51bb\u571f\u5e26\u5730\u533a(\u5317\u6781\u3001\u5357\u6781\u548c\u9752\u85cf\u9ad8\u539f)\u7684\u9646\u5730\u9762\u79ef\u4e3a1.1\u00d7107km2\uff0c\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u8d44\u6e90\u91cf\u57281.4\u00d71013m3\u81f33.4\u00d71016m3\u4e4b\u95f4(Meyer\uff0c1981;McIver\uff0c1981;Trofimuk et al.\uff0c1977;MacDonald\uff0c1990;Dobrynin et al.\uff0c1981)\u3002\u9752\u85cf\u9ad8\u539f\u591a\u5e74\u51bb\u571f\u5e26\u9762\u79ef\u5e7f\u9614\uff0c\u5360\u9ad8\u539f\u603b\u9762\u79ef\u768461%\uff0c\u4e16\u754c\u591a\u5e74\u51bb\u571f\u9762\u79ef\u76847%\uff0c\u8fbe1.588\u00d7106km2\uff0c\u9646\u76f8\u76c6\u5730\u548c\u6d77\u76f8\u76c6\u5730\u90fd\u5177\u6709\u826f\u597d\u7684\u751f\u6cb9\u6c14\u6761\u4ef6\uff0c\u5177\u6709\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u5f62\u6210\u7684\u6761\u4ef6\uff0c\u6709\u53ef\u80fd\u5f62\u6210\u5177\u6709\u4e00\u5b9a\u89c4\u6a21\u7684\u6c34\u5408\u7269\u805a\u96c6\uff0c\u5176\u4e2d\u7f8c\u5858\u76c6\u5730\u3001\u53ef\u53ef\u897f\u91cc\u9646\u76f8\u76c6\u5730\u533a\u3001\u7941\u8fde\u591a\u5e74\u51bb\u571f\u533a\u7b49\u90fd\u662f\u8f83\u597d\u7684\u52d8\u63a2\u9776\u533a(\u9ec4\u670b\u7b49\uff0c2002;\u9648\u591a\u798f\u7b49\uff0c2005;\u795d\u6709\u6d77\u7b49\uff0c2006;\u5362\u632f\u6743\u7b49\uff0c2010)\u3002
2.\u9646\u7f18\u5916\u56f4\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269
\u9646\u7f18\u5916\u56f4\u5305\u62ec\u88ab\u52a8\u4e0e\u6d3b\u52a8\u5927\u9646\u8fb9\u7f18\uff0c\u5168\u7403\u6d77\u6d0b\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u7684\u8d44\u6e90\u91cf\u57280.2\u00d71015m3\u81f37.6\u00d71018m3\u4e4b\u95f4(Meyer\uff0c1981;Milkov et al.\uff0c2003;Trofimuk et al.\uff0c1977;Klauda et al.\uff0c2005;Kvenvolden\uff0c1988;MacDonald\uff0c1990;Kvenvolden et al.\uff0c1988;Dobrynin et al.\uff0c1981)\uff0c\u4e3b\u8981\u5206\u5e03\u5728:\u2460\u5206\u9694\u7684\u5927\u6d0b\u5916\u90e8\uff0c\u5305\u62ec\u4e3b\u52a8\u5927\u9646\u8fb9\u7f18\u6216\u88ab\u52a8\u5927\u9646\u8fb9\u7f18\u5730\u533a;\u2461\u6df1\u6c34\u6e56\u6cca\u4e4b\u4e2d;\u2462\u5927\u6d0b\u677f\u5757\u7684\u5185\u90e8\u5730\u533a\u3002\u4f8b\u5982\u897f\u592a\u5e73\u6d0b\u6d77\u57df\u7684\u767d\u4ee4\u6d77\u3001\u9102\u970d\u6b21\u514b\u6d77\u3001\u5343\u5c9b\u6d77\u6c9f\u3001\u65e5\u672c\u6d77\u3001\u65e5\u672c\u56db\u56fd\u6d77\u69fd\u3001\u5357\u6d77\u6d77\u69fd\u3001\u51b2\u7ef3\u6d77\u69fd\u3001\u53f0\u6e7e\u897f\u5357\u90e8\u6d77\u57df\u3001\u53f0\u6e7e\u4e1c\u90e8\u6d77\u57df\u3001\u73af\u5357\u4e2d\u56fd\u6d77\u7684\u4e1c\u6c99\u6d77\u69fd\u3001\u897f\u6c99\u6d77\u69fd\u3001\u5357\u6c99\u6d77\u69fd\u4e0e\u5357\u6c99\u6d77\u57df\u3001\u82cf\u62c9\u5a01\u897f\u6d77\u3001\u6fb3\u5927\u5229\u4e9a\u897f\u5317\u6d77\u57df\u53ca\u65b0\u897f\u5170\u5317\u5c9b\u5916\u6d77;\u4e1c\u592a\u5e73\u6d0b\u6d77\u57df\u7684\u4e2d\u7f8e\u6d77\u69fd\u3001\u7f8e\u56fd\u5317\u52a0\u5229\u798f\u5c3c\u4e9a-\u4fc4\u52d2\u5188\u5cb8\u5916\u6d77\u57df\u3001\u79d8\u9c81\u6d77\u69fd;\u5927\u897f\u6d0b\u897f\u90e8\u6d77\u57df\uff0c\u5373\u7f8e\u56fd\u4e1c\u5357\u90e8\u5927\u9646\u8fb9\u7f18\u7684\u5e03\u83b1\u514b\u6d77\u53f0\u3001\u58a8\u897f\u54e5\u6e7e\u3001\u52a0\u52d2\u6bd4\u6d77\u53ca\u5357\u7f8e\u4e1c\u90e8\u5cb8\u5916\u9646\u7f18\u6d77;\u975e\u6d32\u897f\u6d77\u5cb8\u5cb8\u5916\u6d77\u57df\u3001\u5370\u5ea6\u6d0b\u7684\u963f\u66fc\u6e7e\u3001\u5b5f\u52a0\u62c9\u6e7e\u3001\u5317\u6781\u7684\u5df4\u4f26\u652f\u6d77\u548c\u6ce2\u5f17\u7279\u6d77\u3001\u5357\u6781\u7684\u7f57\u65af\u6d77\u548c\u5a01\u5fb7\u5c14\u6d77\u3001\u5185\u9646\u7684\u9ed1\u6d77\u548c\u91cc\u6d77\u7b49\u3002
3.\u4e2d\u56fd\u6d77\u57df\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269
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\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\u7684\u80fd\u91cf\u5bc6\u5ea6\u9ad8\u3001\u6742\u8d28\u5c11\u3001\u50a8\u91cf\u89c4\u6a21\u5927\uff0c\u662f\u4e00\u79cd\u6d01\u51c0\u578b\u80fd\u6e90\u8d44\u6e90\u3002\u52d8\u63a2\u5f00\u53d1\u5929\u7136\u6c14\u6c34\u5408\u7269\uff0c\u589e\u52a0\u5929\u7136\u6c14\u4ea7\u91cf\uff0c\u53ef\u4ee5\u9010\u6b65\u6539\u53d8\u6211\u56fd\u80fd\u6e90\u7ed3\u6784\u73b0\u72b6\uff0c\u540c\u65f6\u4e5f\u53ef\u4ee5\u51cf\u5c11\u5927\u91cf\u71c3\u7164\u9020\u6210\u7684\u73af\u5883\u6c61\u67d3\uff0c\u5177\u6709\u5e7f\u9614\u7684\u52d8\u63a2\u524d\u666f\u3002
渗透率是反映多孔介质的渗流能力的参数，是影响天然气水合物分解后的产气速度的重要因素。因此，在天然气水合物的开采利用阶段，含水合物沉积层的渗透率以及初始天然气水合物饱和度、生产压力等都将对天然气水合物的开采效果产生重要影响。
实验装置
实验装置的水合物生成与驱替部分采用同一个容器，即水合物生成后可以立即进行驱替试验，测定该种状态下的渗透率。容器的温度由外部夹套中的冷却水控制，温度范围为-30℃至室温。容器的最高工作压力为30MPa，工作温度范围为-30～30℃，内径为60mm。驱替压差采用高静压差压变送器，同时采用压力传感器测量两端的压力，以便在压差超出差压传感器的测量范围时，可以直接测量两端压力以求出压差。由于压力传感器的精度等级为0.05，所以在30MPa的量程下，其最小分辨率为15kPa，差压传感器的量程应取150kPa。趋替动力采用MOSTB精密平流泵，在双机轮替的工作模式下，可以确保驱替压力波动小于0.01MPa，同时，通过计算机控制系统设定泵的控制参数及取回数据。图75.12为整个装置系统的示意图:
图75.12 水合物渗透率测定装置示意图
实验技术与方法
在实验装置内可模拟低温高压环境下在沉积物中生成天然气水合物，实验过程中使用TDR技术测量沉积物中的含水量，以此确定沉积物中天然气水合物的饱和度，在不同天然气水合物饱和度情况下，测量水的渗透率。水合物与容器内壁间采用导热橡胶套隔开，目的是阻断水合物与容器内壁间可能的流道，以确保驱替液体确实是通过水合物的内部通道。考虑到TDR的测量精度，确定的反应区长度取为150mm，TDR探针同时作为热电阻的载体。在测定的反应区外，考虑到不能产生管道阻塞的现象，两端必须保持有不生成水合物的区域，这两个区域设定为50mm，具体试验中的长度由TDR测试结果实测计算得出。具体实验步骤如下:
1)反应容器内预先装填好沉积物并压实;系统抽真空后，在饱和水容器中，制备指定压力下的饱和水。此时的压力将在整个水合物生成过程中稳定不变。
2)背压阀全开，启动平流泵，使饱和水在系统中循环流动，以便饱和水充分浸润沉积物。
3)关闭平流泵，同时关闭反应容器两端的阀门以稳定容器内压力，启动制冷，开始水合物的生成。同时采集温度及TDR数据。
4)水合物生成结束后，可开始水渗透率的测试。设定驱替压力差，动态控制平流泵出口压力，保持压差恒定。纪录压差、流量，以及温度和TDR数据。
5)通过下列公式计算含水合物样品的水渗透率:
岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术
式中:ka为水渗透率，μm2;qw为水的流量，mL/s;μw为测定温度下水的黏度，mPa·s;L为试样的长度，cm;A为试样截面积，cm2;p1为试样进口压力，MPa;p2为试样出口压力，MPa。
6)同时，根据TDR波形，计算多孔介质中水合物的饱和度，由此得出不同水合物饱和度情况下试样的水渗透率，了解水渗透率随水合物饱和度的变化趋势。
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