PDF《天然气水合物保真取样系统设计的理论基础》

应用地质 [收稿日期]2002 -

09 -

23 ;

[修订日期]2002 -

11 -

18 ;

[责任编辑]曲丽莉.

[基金项目]国家自然科学基金项目(编号 :50174049) 和中国地质调查局地质调查项目(编号 :200020160128) 联合资助. [第一作者简介]窦斌(1973 年-),男 ,2003 年毕业于中国地质大学 ,获博士学位 ,讲师 ,现主要从事勘察技术与基础工程等方面的教学和 科研工作. 天然气水合物保真取样系统设计的理论基础 窦斌1 ,朱云丽2 , 蒋国盛1 , 汤凤林1 (1. 中国地质大学工程学院 ,武汉

430074 ;

2. 河南省固始县建筑勘测设计室 ,固始 465200) [摘要]分析了设计天然气水合物保真取样系统的理论基础 ,即天然气水合物的化学性质、 天然气 水合物的形成及稳定条件.在此基础上对保真取样系统的压力、 温度及自动控制系统必须具有的功能 提出了构想. [关键词]天然气水合物 保真取样系统 形成条件 理论基础 [中图分类号]P618.

13 [文献标识码]A [文章编号]0495 - 5331(2004)

01 -

0086 -

03 为了掌握天然气水合物的分布情况 ,进行资源 及灾害评价 ,需要从天然气水合物层及其上下层采 取大量的原状样品.钻探取样是识别水合物最直接 的方法 ,虽然已在世界许多地方获得了水合物的岩 心 ,例如 ,布莱克海岭、 中美洲海沟、 秘鲁大陆边缘、 里海等地.但是 ,要获得保持原位压力和温度的保 真岩心样品 ,必须采用保真取样器、 原状水合物岩心 室内实验分析装置.天然气水合物保真取样是天然 气水合物勘查评价的一项关键技术 ,而天然气水合 物的形成条件是设计保真取样器的理论基础.

1 天然气水合物形成的条件 天然气水合物是一种受环境约束非常强的物 质 ,它的形成和稳定需要非常特殊的环境.只要把 它从这种特殊的环境中移开 ,它将迅速地分离成为 水和甲烷气体.水合物研究的关键领域是对这些条 件的明确描述 ,以便能正确地了解不同区域水合物 的存在及储量.当前对水合物的研究表明 ,水合物 形成及稳定性控制的基本条件有以下

3 个方面. 1.

1 适量的水和甲烷 在合适的温度和压力条件下 ,水合物只形成于 适量供给水和有充足的甲烷的条件下 ,这样在水合 物结构空穴格子中 ,甲烷必须填充空穴一个最低的 百分数(大约

70 %或更大) .水的存在一般不成问 题 ,由于水浸透着地球表面大多数的沉淀物.然而 , 甲烷的供应(包括甲烷产生的量和迁移的速度) 是不 确定的.甲烷的形成有两种方法. 第一 ,生物所产生的甲烷是细菌摄取有机物质 的副产品(如下面公式描述) . (CH2O)

106 (NH3)

16 (H2PO4) → 53CO2 + 53CH4 + 16NH3 + H2PO4 在浅层地表环境下 ,甲烷是通过有机物质生物 化学的变化产生的.与在沼泽、 垃圾、 稻谷和哺乳动 物的消化道产生甲烷的过程一样 ,甲烷的产生不断 发生在全球范围内地质环境下的沉淀物内部.源于 有机物的作用产生的大量甲烷 ,被认为是在浅的海 底沉淀物内水合物层中甲烷的主要来源. 第二 ,被掩埋的有机物质在热、 压力和时间推移 的作用下产生甲烷.在过去的地质运动作用下 ,条 件周期性的发生变化.这样 ,大量的有机物质埋藏 在浅薄的沉淀物、 内陆海中.随着时间的推移和埋 深的增加 ,这些海底的有机质逐渐被加压变成了石 油和天然气.和石油一样 ,由于天然气(大量的是甲 烷 ,但同样有乙烷和其它大分子) 的密度比水小 ,天 然气不断的向上迁移.如果有足够量甲烷到达水合 物的稳定区域 ,甲烷将会和局部的水结合形成水合 物. 1.