天然气水合物形成机理.ppt

* * 天然气水合物形成机理 构造聚集 根据流体的运移模式和水合物的规模，可把海底天然气水合物的聚集分为3种模式：(1)构造聚集，(2)地层聚集，(3)混合聚集。 1.海底水合物主要聚集模式 一、形成机理研究 含量中等，介于构造聚集和成层聚集模式之间 主要分布在构造活动带周围的相对渗透层中 受成岩作用和构造作用双重控制 断层和底辟构造，及其裂隙、微裂隙作用 浅层生物成因气、以及热成因气 混合聚集 水合物含量通常较低 主要以细粒状散布于沉积物孔隙中 主要由地层的形态和流体运移所控制 主要由裂隙、微裂隙等控制 原地产出或较深部迁移而来的生物气 地层聚集 一般发育厚的天然气水合物矿层 主要分布在活动断层和泥火山口周围 以团块、层状和块状为主 主要由泥火山、断层和底辟构造等所控制 来自较深部位含油气系统，主要为热成因气 构造聚集 规模 分布 形态 通道 来源 聚集模式 地层聚集 混合聚集 三种聚集模式 2.水合物形成的主要控制因素 海洋及冻土水合物稳定带图 热成因气是干酪根在一定温度条件下经热降解作用形成的，其降解温度应该超过120℃时。来源于深部的热成因气体，要在较浅的沉积物中形成天然气水合物，必须要有良好的输导体系，保证有充足的流体载体、运移动力以及运移通道。 微生物成因甲烷主要由二氧化碳还原及醋酸根发酵作用形成，其形成是一个持续的动态过程。 （1）气体来源分析 水合物的烃类气体来源主要有两种成因：微生物成因和热成因。 不同气体组分的天然气水合物形成的相平衡曲线 不同成因气体影响着气体组分，从而改变相平衡曲线，最终影响水合物形成的温压条件。 当含有乙烷、丙烷、CO2、以及H2S时，水合物在相对较高的温度和较低的压力（相对纯甲烷）就可形成。 微生物成因的甲烷气 热成因的甲烷气 水合物生成的平衡准则方程为: （2）热力学条件是形成水合物最基本的要求 通常，物系中发生四种过程：热传递、功传递、相变和化学反应。相应于这些过程有四种平衡条件： 热平衡条件 力平衡条件 相平衡条件 化学平衡条件 Gibbs自由能最小 水合物形成同样需要满足这些条件 单元系相平衡1 单元系相平衡2 ……………………（1） 对于含烃类溶质的富水液相，Holder等人对Marshall提出的计算式进行了简化。提出了 的计算表达式 的求取 对气体水合物相的描述则以van der Waals等人的等温吸附理论为主。 ……………………（2） 通过对朗缪尔常数 采用不同的计算方法，可以形成基于Van der Waals理论的多种改进模型。 通过对它们的求取，可以计算出水合物形成满足热力学条件的温压条件。 的求取 （3）生长动力学过程是水合物形成的本质体现 按气体状态，生成机理分如下四步： 气体分子的溶解过程—水合物骨架的形成过程—气体分子的扩散过程—气体分子被吸附的过程 其中，晶核的形成比较困难，诱导期时间较长，诱导时间与过冷程度的经验函数关系式 T 水合物生成过程示意图 在动力学上，天然气水合物的生成实际上是晶核的形成和晶体成长的过程。水合物的形成被分为三步：具有临界半径晶核的形成；固态晶核的长大；组分向处于聚集状态晶核的固液界面转移。 天然气水合物晶族生长图 实验室工作任务： 研究天然气水合物的物理化学性质、相平衡、生长动力学、生成/分解过程和水合物形成沉积物响应等相关基础问题以及天然气多相体系下的渗流作用机制，钻采方式下天然气水合物分解与再形成机理等。 实验室构成： 高压系统、冷却系统和测试系统3部分； 根据研究需要及技术能力再加工组合； 实验室意义： 天然气水合物的生成和分解过程的实验室模拟研究为天然气勘探和未来的水合物开采创造技术条件，将大幅提升水合物研究实力，扩大研究影响力，促进水合物研究快速发展。 （1）室内模拟实验建设目的及构成 二、室内模拟实验研究 1.水合物模拟实验是开展研究的基础 国际天然气水合物实验室发展趋势： 实验综合性越来越强：除了可研究水合物相态外，还可以模拟水合物沉积地层、测试水合物及其地层的各项物理化学性质，研究水合物抑制剂等等； 可视化程度越来越高，微观研究越来越多； 实验模拟的环境越来越苛刻； 测试精度越来越高。 （2）国外实验室发展情况 美国在水合物实验室建设处于世界领先地位 美国能源部下属的国家能源技术实验室(NETL)、西北太平洋国家实验室(PNL)、橡树岭国家实验室(ORNL)、布鲁克海文国家实验室(BNL)与劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)、科罗拉多矿业学院(ColoradoSchoolofMines)的水合物研究中心和佐治亚理工学院(Geor-giaTech)水合物项目组建立的各种水合物实验模拟装置。 GHASTI