天然气水合物地层物理力学性质实验研究
第四篇 第一章 天然气水合物
1第一章 天然气水合物第一节 水合物的形成及防止一、天然气的水汽含量天然气在地层温度和压力条件下含有饱和水汽。
天然气的水汽含量取决于天然气的温度、压力和气体的组成等条件。
天然气含水汽量，通常用绝对湿度、相对湿度、水露点三种方法表示。
1．天然气绝对湿度每立方米天然气中所含水汽的克数，称为天然气的绝对湿度，用e 表示。
2．天然气的相对湿度在一定条件下，天然气中可能含有的最大水汽量，即天然气与液态平衡时的含水汽量，称为天然气的饱和含水汽量，用e s 表示。
相对湿度，即在一定温度和压力条件下，天然气水汽含量e 与其在该条件下的饱和水汽含量e s 的比值，用φ表示。
即：se e =φ （1-1）3．天然气的水露点天然气在一定压力条件下与e s 相对应的温度值称为天然气的水露点，简称露点。
可通过天然气的露点曲线图查得，如图1-1所示。
图中，气体水合物生成线（虚线）以下是水合物形成区，表示气体与水合物的相平衡关系。
该图是在天然气相对密度为0.6，与纯水接触条件下绘制的。
若天然气的相对密度不等于0.6和（或）接触水为盐水时，应乘以图中修正系数。
非酸性天然气饱和水含量按下式计算：W ＝0.983WoC RD Cs （1-2）式中 W ——非酸性天然气饱和水含量，mg/m 3； W 0——由图1-1查得的含水量，mg/m 3； C RD ——相对密度校正系数，由图1-1查得；Cs ——含盐量校正系数，由图1-1查得。
对于酸性天然气，当系统压力低于2100kPa （绝）时，可不对H 2S 和（或）CO 2含量进行修正。
当系统压力高于2100kPa （绝）时，则应进行修正。
酸性天然气饱和水含量按下式计算：2 图1-1 天然气的露点3)W y W y W 0.983(yW S H S H CO CO HC HC2222++= （1-3）式中 W —酸性天然气饱和水含量，mg/m 3；2CO y ，S H 2y ——气体中CO 2，H 2S 的摩尔含量；HC y ——气体中除CO 2，H 2S 以外的其它组分的摩尔含量；W HC ——由图1-1查得的含水量，mg/m 3；2CO W ——CO 2气体含水量，由图1-2查得； S H 2W ——H 2S 气体含水量，由图1-3查得。
天然气水合物储层温压模拟实验及数值模拟方法
天然气水合物储层温压模拟实验及数值模拟方法天然气水合物是一种在高压高温环境下形成的天然气与水混合物，是一种重要的新型能源资源。
其存在于富含甲烷的海洋沉积物中，具有丰富的储量。
为了开发和利用天然气水合物，需要深入了解和掌握其储层性质。
本文旨在介绍天然气水合物储层温压模拟实验及数值模拟方法。
天然气水合物储层温压模拟实验是通过实验室装置，模拟地下储层的温度和压力条件，研究天然气水合物的生成、分解和运移规律。
该实验通常包括温度控制、压力控制和水合物样品的制备等步骤。
首先，通过恒温槽或电炉等装置控制温度，使其达到储层温度水平。
其次，通过压力控制装置调节和维持实验室环境的压力条件，模拟地下储层的压力状态。
最后，制备天然气水合物样品，通常是通过将甲烷气体和水按一定比例充分混合后进行凝固制备。
数值模拟方法是在储层温压模拟实验的基础上，采用数学和计算机技术进行建模和模拟，以探究水合物储层的温压分布、水合物生成与分解过程以及天然气的产出行为。
数值模拟方法能够辅助实验研究，提供更全面、详细的信息，并且具有节约成本、快速响应、可重复性等优点。
在进行天然气水合物储层温压模拟实验和数值模拟方法时，需要考虑以下几个关键因素。
首先是储层温度和压力的控制。
储层温度和压力是影响天然气水合物生成和分解的重要因素。
实验中需要准确控制这两个参数，以模拟地下储层的真实环境。
在进行数值模拟时，需要获得真实可靠的温度和压力数据，以确保模拟结果的准确性。
其次是水合物样品的制备。
水合物样品的制备是实验研究的基础，对于模拟地下储层的水合物形成和分解过程具有重要意义。
制备水合物样品时，需要准确控制甲烷与水的比例和混合程度，确保样品的稳定性和可靠性。
再次是数值模拟方法的选择和应用。
数值模拟方法有很多种，如有限元法、有限差分法、网格法等。
选择合适的数值模拟方法需要考虑模拟的复杂程度、计算量的大小以及结果的准确性等因素。
在应用数值模拟方法时，需要根据实际情况合理设定模型参数和边界条件，以获得可靠的模拟结果。
天然气水合物藏物性参数及注热开采实验研究的开题报告
天然气水合物藏物性参数及注热开采实验研究的开题报告1. 研究背景和意义天然气水合物是一种具有高能量密度、广泛分布以及环保等特点的清洁能源，被广泛视为能源开发的下一个风口。
目前，全球已发现的天然气水合物储量估计约为2.4×10^16m^3，而中国境内的天然气水合物资源潜力更是惊人，但由于其高压高温、易燃易爆等特性，开采难度极大，技术难度极高，因此在强大的技术支持下，目前还没有实现商业化开采。
在天然气水合物的开采中，注热开采技术是一种比较有效的方法，它利用注入热量将天然气水合物中的水分解出来，从而释放气体。
这种技术对天然气水合物的物性参数具有很高的要求，因此对于天然气水合物的物性参数进行研究和分析，对于实现其注热开采具有重要的意义。
2. 研究目的和内容本研究的主要目的是探究天然气水合物的物性参数以及其在注热开采实验中的表现，以期为天然气水合物的开采提供理论和实践上的帮助。
具体的研究内容如下：（1）分析天然气水合物的化学组成、物理性质以及地质环境等方面的信息，确定天然气水合物储层的基本情况。
（2）对天然气水合物进行野外勘探、取样和实验室分析，获取其物理化学性质，如孔隙度、压缩率、饱和度、热导率、渗透率、成分等参数。
（3）设计注热开采实验方案，对天然气水合物进行注热开采并记录相关参数，如开采时间、注入热量、释放气体量等。
（4）分析和评估天然气水合物的物性参数对于注热开采的影响，并通过实验数据对注热开采技术进行优化和改进。
3. 研究方法和步骤本研究主要采用实验室实验、数据采集和分析等方法，具体步骤如下：（1）调研相关文献资料，了解天然气水合物的基本概念、特性及现状等信息。
（2）在选择研究对象后进行野外勘探，采集天然气水合物样品，并进行实验室物性参数分析。
（3）根据实验室分析结果设计注热开采实验方案，对采集的天然气水合物进行注热开采，并记录相关的实验数据和参数。
（4）利用实验数据进行参数分析和优化，评估天然气水合物的物性参数对注热开采的影响。
天然气水合物勘探
储存运输
将天然气水合物作为能源储存 和运输，具有较高的能量密度
和安全性。
制备合成气
将天然气水合物经过热解、气 化等处理，制备合成气，可用
于化工、燃料等领域。
开发利用现状
技术研究
目前国内外对天然气水合物勘探开发技 术进行了大量研究，取得了一定的成果。
资源评估
全球范围内对天然气水合物的资源量 进行了初步评估，但资源分布和储量
热解分析
对地层样品进行加热，分析释放的气体组分，以确定 是否存在烃类物质。
生物标志物分析
利用生物标志物特征，推断地层中有机质来源和演化 过程。
遥感勘探技术
卫星遥感
利用卫星遥感技术获取地球表面信息，分析地表特征与天然气水 合物分布的关系。
航空遥感
利用飞机搭载遥感设备，获取高分辨率的地表影像，辅助发现天然 气水合物露头。
应急响应
建立完善的应急响应机制，配备 专业的应急设备和人员，确保在 事故发生时能够及时、有效地应 对。
环境监测
对开采区域进行实时环境监测， 及时发现并处理环境问题，确保 生态安全。
法律法规与监管
01
法律法规
制定和完善天然气水合物勘探与 开采的法律法规，明确相关责任 和义务。
监管机构
02
03
公众参与
03
气水合物资源量丰富，主要分布在北极、 深海和陆地冻土带等区域。
多个国家已开展天然气水合物勘探和研究工作， 包括美国、中国、日本等。
全球天然气水合物勘探技术不断发展，开采成本 逐渐降低，为商业化开采提供了可能。
中国勘探现状
中国拥有丰富的天然气水合物 资源，主要分布在南海和东海 海域。
雷达遥感
利用雷达探测地表反射波特征，分析地层结构与天然气水合物赋存 状态。
天然气水合物的研究进展
天然气水合物的研究进展天然气水合物的研究进展摘要：天然气水合物是一种继煤，石油与天然气等能源之后的新型能源物质，它被誉为21世纪最清洁的能源物质。
本文章介绍了天然气水合物的概念以及形成条件，追溯了天然气水合物的发展历程。
重点分析了国内外的研究情况，这为指导我国天然气水合物事业奠定了坚实的基础。
天然气水合物的研究对于人类有着非比寻常的意义，还存在着一些难关有待于我们去探索。
关键词：天然气水合物进展能源物质意义探索一、引言1.1天然气水合物的概念天然气水合物就是我们熟称的“可燃冰”或者固体“瓦斯”是因为它的外观像冰一样而且遇火燃烧。
天然气水合物是天然气与水在一定的高亚低温条件下形成的类似冰状的结晶物质，其主要是分布在深海沉积物和陆域的永久冻土，岛屿的斜坡地带等地域。
天然气水合物的研究起源于20世纪的一次科学考察中发现的矿产资源，虽然其成分与天然气相似但是较之更为纯净，开采时只需要将固体的“天然气水合物”升温减压就可以释放出大量的甲烷气体。
天然气水合物作为一种新型的高效能源当之无愧的被誉为“21世纪最具有商业开发前景的战略资源”。
1.2天然气水合物的形成条件及优点天然气水合物的分子结构式为CH4?8H2O，其分子结构就像一个一个由若干水分子组成的笼子。
形成可燃冰有三个基本条件：温度，压力和原材料。
首先需要低温的环境，天然气水合物在在0―10℃时生成，在超过20℃的温度时便会分解。
其次需要高压的条件：在0℃时只需要30个大气压就可以满足可燃冰的生成然而在海洋深处，30个大气压是很容易满足的并且气压越大水合物越不容易分解。
最后充足的气源是必不可少的。
在海底深处经常会有很多有机物的沉淀，这些有机物质中含有丰富的碳，经过生物转化后可以产生充足的气源。
综上天然气水合物的生成条件可以发现由于海底地层的多孔介质性并且在温度，压力，气源都能满足的情况下可燃冰就会在介质的空隙中生成，所以我们在开采天然气水合物的时候主要在深海岛屿等地区。
天然气水合物及其勘查研究（4）
天然气水合物及其勘查研究（4）天然气水合物及其勘查研究（4）胡经国（yuanzi16）七、中国天然气水合物勘查研究现状中国经济社会持续快速发展，能源形势十分严峻。
自1993年起，中国已连续13年成为石油净进口国。
目前，中国石油消费量已超过日本，仅次于美国，居世界第2位，消费量远大于产量。
能源安全已成为中国高度重视的重大战略问题之一。
随着经济社会高速发展，中国石油需求对国际市场的依赖程度还会不断增加。
预计2010年，中国石油总消费量将达到3.8～4亿吨油当量，对国外的依存度将达到50%。
石油短缺和供给瓶颈制约问题日益突出，已成为影响中国经济安全甚至国家安全和社会稳定的重要因素。
1、天然气水合物前期研究据地质条件分析，天然气水合物在中国的分布十分广泛。
中国的南海、东海等广大海域以及青藏高原和黑龙江冻土带都可能蕴藏有丰富的天然气水合物矿藏。
据预测，国资源量将超过2000亿吨油当量。
其中，南海海域约650亿吨，青藏和黑龙江冻土带有1400多亿吨。
自1984年始，国地质界对国外有关查状况及其巨大的资源潜力进行了系统的资料汇集。
广州海洋地质调查局的科技人员对80年代早、中期在南海北部陆坡区完成的2万多公里地震资料进行复查，在南海北部陆坡区发现有似海底反射BSR）显示。
1997年，中国地质科学院矿床所吴必豪等完成了西太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研课题认为西太平洋边缘海域，包括国东海和南海，具备天然气水合物的成藏条件和找矿前景。
之后，中国地质调查局广州海洋地质调查中心重新检查了南海北部陆坡区近3万公里的地震剖面。
1999年春，以中国科学家为主的ODP184航次在南海实施钻探，岩心分析显示有天然气水合物存在的氯异常。
1999年10月，根据国土资源部中国地质调查局的安排，中国地质调查局广州海洋地质调查中心首次在国海域南海北部西沙海槽区，开展海洋天然气水合物前期试验性查。
在条共公里的地震剖面上识别出天然气水合物地震标志的似海底反射BSR。
天然气水合物开发利用技术研究
天然气水合物开发利用技术研究天然气水合物（Gas Hydrates）是一种在高压高温条件下形成的固体结构，主要由水分子形成的冰晶体和气体分子共同组成。
它是一种丰富的天然资源，潜力巨大。
然而，由于其稳定性的特点，天然气水合物的开发和利用技术一直面临着挑战。
本文将对天然气水合物的开发利用技术进行研究，并探讨其发展前景与挑战。
一、天然气水合物的开发技术1. 寻找水合物资源天然气水合物分布广泛，在深海沉积物和寒冷地区的陆地沉积物中都有发现。
如何准确寻找水合物资源是开发的首要任务。
目前主要通过地质勘探技术、地球物理探测技术以及遥感技术来寻找水合物资源。
这些技术的进步使得我们能够更准确地找到潜在的水合物矿藏。
2. 提取水合物水合物的提取是一项技术复杂、困难度较高的工作。
主要有以下几种方法：a. 减压法：通过减小环境压力，使水合物分解，并将释放出的天然气进行收集。
b. 升温法：通过增加温度，使水合物分解，从而获取释放的天然气。
c. 注入物质法：注入适当的物质，如二氧化碳、氮气等，改变水合物的稳定性，使其分解释放出天然气。
3. 天然气水合物的运输技术天然气水合物的运输是开发利用的关键环节。
由于水合物本身的特殊性，需要采用有效、安全的运输技术。
目前主要采用液化天然气（LNG）技术将水合物中提取的天然气转化为液态进行运输。
此外，还有通过管道输送水合物的技术，但该技术仍面临着挑战。
二、天然气水合物的利用技术1. 天然气水合物的能源利用天然气水合物中所含的天然气是一种高效清洁的能源资源，使用水合物提取的天然气可以用于发电、供暖或工业用途。
与传统的煤炭、石油相比，天然气水合物的燃烧产生的二氧化碳和其他污染物排放较低，对环境影响较小。
2. 天然气水合物的化学利用除了能源利用外，天然气水合物还具有丰富的化学价值。
其中的甲烷可以用于制备合成气、氢气等重要化工原料，进一步提高资源的综合利用效率。
此外，水合物中还存在其他有机物和稀有金属，对石油化工、矿产开采等行业的发展具有重要意义。
天然气水合物
甲烷
分子式
CH4·xH2O
性质
清洁能源
1简介
2历史沿革
3理化性质
4组成结构
5分布范围
6形成原因
▪海洋生成
▪大陆生成
7开采方法
▪传统开采
▪新型开采
8开采实例
9主要危害
10制备方法
11鉴别方法
12经济影响
天然气水合物简介
编辑
天然气水合物又称“可燃冰”，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，因而成为油气工业界长期研究热点。自上世纪60年代起，以美国、日本、德国、我国、韩国、印度为代表的一些国家都制订了天然气水合物勘探开发研究计划。迄今，人们已在近海海域与冻土区发现水合物矿点超过230处，涌现出一大批天然气水合物热点研究区。[1]
2014年，由中国地质调查局与中国科学院主办的第八届国际天然气水合物大会29日在北京开幕，记者从大会上获悉，我国计划于2015年在中国海域实施天然气水合物的钻探工程，将有力推动中国“可燃冰”勘探与开发的进程，引发中国能源开发利用的“革命”。
2017年1月，经10余年技术攻关，吉林大学科研团队研发出陆域天然气水合物冷钻热采关键技术，填补了国内该领域空白，总体达到国际先进水平。
与国际上通用的“被动式保压保温取样”钻探原理不同，新技术首次提出“主动式降温冷冻取样”原理，发明了钻井泥浆强化制冷方法、水合物孔底快速冷冻取样方法和高温脉冲热激发开采技术，主要技术指标超过国外同类技术。[3]
2017年5月，中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。[4]5月18日，中共中央、国务院向参加这次任务的全体参研参试单位和人员，表示热烈的祝贺。[5]
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天然气水合物地层物理力学性质实验研究在能源危机日益严峻的21世纪,天然气水合物被公认为是具有良好开发前景的重要后续能源,它储量巨大、能量密度高并且燃烧无污染。
自然界中的天然气水合物主要分布在海洋的大陆边缘和陆上的永冻地区,前者大约占了己发现数量的90%。
目前各国对于天然气水合物的商业开发已列入日程。
确保天然气水合物地层井壁稳定是关系到钻井成功乃至整个钻探开发顺利进行的关键,而对于天然气水合物地层物理力学性质的研究是开展井壁稳定研究的基础。
本文采用自主研制的水合物沉积物三轴实验系统进行实验研究,该系统最大的优势是能够在原位状态下合成天然气水合物并进行三轴力学实验与声波实验研究。
实验采用覆膜砂烧结成原状岩样,然后采用原位合方式制取不同饱和度的水合物沉积物,在不同围压条件下研究不同饱和度的水合物沉积物的力学性质,得到了水合物沉积物的力学参数与围压、饱和度的关系,研究发现随着围压、饱和度的增大峰值强度增大,内聚力随着饱和度的增大而增大,而泊松比、内摩擦角没有明显变化,并据此建立起围压、饱和度与峰值强度的定量模型;建立了水合物层强度破坏准则;为后续水合物层井壁稳定研究奠定基础。
为了进行对比实验,本文同时对四氢呋喃水合物、冰沉积物按照甲烷水合物沉积物的实验方法进行了研究,发现冰、四氢呋喃水合物、甲烷水合物沉积物的力学性质差别不大。
本文对原位合成的不同饱和度的甲烷水合物沉积物、四氢呋喃水合物沉积物、冰洋沉积物在不同围压条件下进行了声波测试。
根据弹性理论,利用所测得的超声波波速,计算了被测试样的动弹性力学参数,实验结果表明:纵横波速随着围压、饱和度的增大而增大,动态弹性模量随着
饱和度、围压的增大而增大。
本论文所得到的实验数据和结论能够为水合物层的勘探及资源评价提供依据。