沉积物中天然气水合物微观分布模式和其声学响应特征.pdf

· l20 · 天 然 气 工 业 2010年3月 沉积物中天然气水合物微观分布模式及其 声学响应特征 胡高伟 业渝光 张 剑 。 刁少波 1．国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室 2．国土资源部青岛海洋地质研究所 3．中国地质大学地球科学学院 胡高伟等．沉积物 中天然气水合物微观分布模式及其声学响应特征．天然气工业，2010，30(3)：120—124． 摘 要 天然气水合物(以下简称水合物)的微观分布与其形成条件 、流体运移通道等密切相关，对天然气水合物资 源勘探与评价具有重要意义。为 了解水合物在 固结沉积物和松散沉积物 中的微观分布及其声学响应特征，采用超声和 时域反射联合探测技术实时测量 了沉积物中水合物生成、分解过程ee声速等参数的变化情况。结果表 明，在 固结沉积物 中，水合物先在孔 隙流体 中形成 ，随后逐渐 向骨架靠拢，当饱和度大于 3O 后水合物开始胶结沉积物颗粒生成，这种胶 结模式会圈闭部分孔 隙流体 ，使之 因得不到气源 的补充而难 以形成水合物，因此 固结沉积物 中水合物饱和度最终为 65．5 左右；在松散沉积物中，少量的水合物(饱和度 1％左右)胶结沉积物颗粒生成，当饱和度大于 1 后水合物开始在 孔隙流体 中以悬浮状形态生成 ，由于水合物与沉积物颗粒 间尚有流体运移通道，水合物能进一步生成 ，最终几乎完全充 填沉积物孔隙。不同的水合物微观分布特征对沉积物的声速具有不 同影响：水合物在孔隙流体 中生成时，1O 饱和度 的 水合物对 固结沉积物的声速影响不 明显；当水合物胶结沉积物颗粒生成时，约 1 饱和度 的水合物可使松散沉积物 的纵 波速度增长 200～300m／s。 关键词 天然气水合物 微观分布 纵波速度 横波速度 饱和度 超声探测技术 声学响应特征 权重方程 D0I：10．3787／J．issn．1000—0976．2010．03．031 获取沉积物的天然气水合物 (以下简称水合物)声 测和时域反射探测)和数据采集系统 5大功能模块组 学响应特征 ，可反过来研究水合物的微观分布rj]，对 成 (图 1)。实验过程为：在高压反应 釜中模拟海底真 水合物的勘探 、资源评价及形成机制研究等都具有重 实的温度压力条件 ，使水合物在沉积物中形成，同时采 要的指导意义。 用超声探测技术和时域反射技术 (TDR，TimeDomain 笔者采用超声和时域反射联合探测技术，实时探 Reflectometry)实时探测全过程中沉积介质的声学参 测了固结沉积物和松散沉积物中天然气水合物饱和度 数和水合物饱和度 。为加快水合物生成进程 ，实验采 与声速之间的关系，并利用声速等参数与现有岩石物 用 300mg／L 的 SDS(十二烷基硫 酸钠)溶液和 理模型探索水合物在沉积物中的分布模式，具有重要 99．99 甲烷生成水合物。实验的详细介绍见本文参 的理论和实践意义。 考文献 [8]、[9]。 1．2 实验方法与原理 1 实验材料与方法 实验采用超声探测技术和 TDR技术分别测量沉 1．1 实验装置与材料 积物样品的纵 、横波速度和含水量。超声探测装置主 实验在青岛海洋地质研究所水合物实验室地球物 要包括换能器、信号发生卡和数据采集卡 3个部分。 理模拟实验装置上进行 ，该装置主要 由高压反应釜及 将两换能器紧贴于测试岩心的两端获取超声波形 ，采 内筒 、温控系统 、压力控制系统 、测试系统 (包括超声探 用的发射频率