• / 3
  • 下载费用:1 下载币  

天然气水合物实验检测与分析技术

关 键 词:
天然气 水合物 实验 检测 分析 技术
资源描述:
2010. 宋永臣 刘 瑜(大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室 辽宁大连 116023)摘要 天然气水合物在资源和环境上的重要性 ,已引起世界各国的高度关注 。 目前实验室采用多种检测及分析技术对天然气水合物进行研究 ,取得了一系列研究成果 。 光学检测可应用于非沉积物的水合物实验 ;电阻法将在研究水合物成核机理中发挥重要作用 ;温压法 、超声检测 、 术也可有效地检测水合物的生成与分解过程 ;衍射法 、拉曼光谱及核磁共振可用于确定水合物晶体结构 ;为研究水合物的分解行为提供了新思路 。关键词 天然气水合物 衍射 拉曼光谱 核磁共振中图分类号 :献标识码 :A 文章编号 :1672010)04-0009-03天然气水合物实验检测与分析技术作者简介 :姚蕾 (1984~),女 ,辽宁大连市人 ,在读硕士研究生 。图 2 超声检测法实验系统示意图天然气水合物作为本世纪极具开发前景的能源 ,已引起世界各国的高度关注 。目前天然气水合物的研究主要涉及油气管道流动保障 、能源开采 、气体储运 、地质灾害和气候变化等方面[1],而模拟实验研究 ,作为天然气水合物开发利用的基础 ,已成为全球研究的热点 。随着天然气水合物研究的不断深入 ,水合物模拟实验也得到了不断完善 。 实验室采用多种检测与分析技术对水合物的结构 、物理化学性质以及形成与分解的热动力学规律等问题进行研究 ,取得了一系列研究成果 。1 天然气水合物的实验检测技术目前 , 检测水合物形成与分解过程的技术主要有温压法 、光学检测 、超声检测 、电阻法和时域反射技术等 。压法温压法是通过分析实验中反应釜内温度 、 压力等的变化 ,来检测水合物的生成与分解 ,确定天然气水合物相平衡条件的方法 。 温压法对温度 、压力的控制精度和测量精度要求较高 ,实验所需时间较长 。 国内外很多院校及研究机构利用温压法做了水合物相平衡的相关实验 。学检测光学检测主要利用光纤传感器等 ,探测水合物形成与分解过程中光的通过率 ,从而测定水合物的相态 。 光学检测要求反应釜是耐高压的透明材料 (如蓝宝石 ) 或带有视孔 ,且反应体系清晰可辨 ,以便观察水合物的生成与分解 ,确定水合物的相平衡数据 。 2002 年业渝光等人在纯水中进行了甲烷水合物试验[2],发现温度降到一定值时 ,光通过率综合值突然降低 ,水合物大量生成 。升高温度到一定值时 ,光通过率综合值开始上升 ,水合物开始分解 。图 1 所示为中国石油大学油气藏流体相态重点研究室自行设计的蓝宝石水合物反应釜[3]。 为了模拟真实环境下的天然气水合物 ,需采用水 、砂等混合物 ,因其不透明 ,光学检测将受到制约 。声检测超声检测是根据实测的声学参数 (如声速 、频率 、幅度 )来反演水合物相态信息的检测手段 。 张剑等人[4]的实验表明 ,在纯水体系中 , 声速的变化主要受温度制约 ,和水合物生成与否无明显关系 ; 在松散沉积物体系中 , 声速和系统主频的变化可灵敏地反映水合物的生成和分解 ;在岩心体系中 ,随着水合物的生成 ,纵 、横波速度随着孔隙度的减小而增大 ,纵波幅度的衰减随着孔隙度的减小而减小 。2008 年中国石油大学的张卫东等人[5]对不同水合物饱和度下的填砂模型进行了声速测量 ,实验系统如图 2 所示 。 考虑水合物的胶结 作 用 对 声 速 的 影响 , 引入表观岩石骨架速度的概念 , 建立了威利时均方程在水合物层的修正模型 。实验结果表明 , 水合物在形成过程中填充了地层沉积颗粒之间的孔隙 ,增强了地层的胶结质量 ,导致水合物地层中声速提高 ,实验与理论模型吻合较好 ,为水合物沉积层的声波测井解释提供了依据 。阻法水合物的形成过程是一个成核 —微晶 —结晶 —聚集的过程 。电阻法在测量成核 —微晶过程中是一种较为可靠的方法 。它通过测量体系内离子或物理参数的变化对水合物生成图 1 蓝宝石反应釜水合物实验装置研 究 与 探 讨92010.. ]等人采用电阻法对多孔介质中 发现 图与 图也非常接近 。 他们还通过电阻率的变化速率研究水合物形成过程中的传热过程和动力学 ,认为电阻法可以量化水合物的成核规模 。电阻法适用于 对于通过测量体系水消耗而引起的电阻值减小来监测水合物生成 。 人[7]采用 液进行甲烷水合物合成实验 。 根据系统的阻值变化对水合物进行检测 ,并估算样品中甲烷水合物的饱和度 。域反射技术时域反射 (术 ,是根据体系的表观介电常数与含水量的正相关关系对水合物的形成与分解进行监测的技术 。人[8]应用 术发现 ,温度降低时 ,水合物形成 ,含水量降低 ,也就是介电常数降低 。 根据表观介电常数和孔隙水含量之间的经验关系即可算出实验岩心的水合物饱和度 。 青岛海洋地质研究 所 天 然 气 水 合 物实验室 2004 年建成一 套 天 然 气 水 合 物地球物理实验装置 ,如图 3 所示[4]。 该装置 的 特 色 是 首 次 将超 声 探 测 技 术 和 时域反射技术集成于一个系统中 ,可实时地测定沉积物孔隙中不同水合物饱和度情况下的声学特性 。2 天然气水合物的实验分析技术除了对天然气水合物的生成与分解过程进行检测 ,还需要进一步探测水合物的物理化学特性 。 实验室借助衍射 、射技术衍射技术是确定水合物结构 、提供晶格参数等结构信息的有效手段 。 衍射技术分为中子衍射和 X 光衍射 2 种 。 0]通过 X 射线和中子衍射实验发现 I 型水合物的热膨胀系数明显大于六角冰 , 而 水合物的热膨胀系数在低温下与六角冰不同 , 随着温度的升高逐渐接近六角冰的数值 。气体水合物的热膨胀系数比六角冰大是由于水合物在填充了客体分子后引起了晶格主体上水分子的非简谐振动 。T 技术用 据来表示气体 、水 、水合物和冰密度信息之间的差异是应用 术对水合物进行分析研究的基本原理 。冻土工程国家重点实验室从 2005 年开始利用 术开展了水合物实验研究 ,提出了利用查理数改变对水合物形成过程进行分析的方法 , 通过 像数据计算出多孔介质中水分迁移 、区域密度改变 、砂体移动及分解后介质密度分布的变化特征[11]。分扫描热量测量法差分扫描热量计 (以通过水合物分解过程中的热输入变化提供水合物的热学性质 。水合物分解过程中气体的逸出会导致水合物样品的质量和热容量改变 , 因此 但可以通过比较不同水合物样品的分解热曲线 ,对其性质作一定的了解 。 人[12]通过实验发现 ,纯 2S 水合物的分解热曲线完全不同 ,表明了它们具有不同的稳定性 。 尽管天然水合物样品所含的 到 1%, 但这些微量组分可以造成水合物样品的分解热曲线有很大的不同 。曼光谱拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术 。 拉曼光谱可根据特征光谱 ,对物质进行定性分析 ,也可以根据光谱谱带和吸光度的特点进行结构分析和定量分析 。 例如 I 型水合物的大笼 (51262)数量是小笼 (512)的 3 倍 ,Ⅱ 型水合物的大笼 (51264)数量是小笼 (512)的 ,因而对甲烷水合物而言 ,从测定的拉曼谱图上大 、小笼的峰值就可以判断其属于何种类型 。 雷怀彦等人[13]通过拉曼光谱技术对一元体系 (3二元体系 (32)的水合物生成结晶充填过程 、结晶构型和动力学特性进行了研究 。他们认为气体分子的大小不仅影响它所充填的孔穴形态和类型 ,而且影响天然气水合物生成的结构类型和水合数 。磁共振技术核磁共振 (研究水合物特征的所有谱学技术中具有突出的地位 , 它对分子环境及动力学过程具有高灵敏度 ,能够提供准确和定量的数据 。 人[14]通过 冰中的扩散速度要比水合物中的扩散速度快 2 个数量级 。当温度达到 50K 以下时 ,水合物中水分子的扩散运动基本消失 ,此时水合物晶格可被看作是刚性的 。核磁共振成像 (技术也被应用到水合物研究中 。用氢质子核在主磁场中受到射频脉冲激发后产生核磁共振 ,能量发生改变的现象进行成像 。 它可以探测到游离水和气体中的氢 ,却不能对固相中的氢成像 , 因而信号亮度的变化可以清晰地反映水合物的生成与分解过程 。 人[15]在无外部热输入的条件下对甲烷水合物进行了 实 验 系 统 如 图 4 所示 ,通过 有观察到游离水出现 。3 结论图 3 天然气水合物地球物理实验装置图 4 验系统示意图研 究 与 探 讨102010.K!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!随着天然气水合物研究的不断深入和工业技术的不断进步 ,水合物实验检测与分析技术得到了很大的发展 。 检测技术中 ,温压法成本低 ,应用普遍 ;光学检测在不含沉积物的水合物实验中是一种灵敏的探测手段 ;电阻法对水合物的成核一微晶过程十分灵敏 ,在水合物成核机理的研究中将发挥重要的作用 ; 超声检测和 术也可以有效地检测水合物的生成与分解过程 。 分析技术中 ,衍射法可用于确定水合物晶体结构 ;拉曼光谱可以确定客体分子及主体笼子的相对尺寸和相对填充率 ;核磁共振可以用来识别水合物结构 ;为研究水合物的分解行为提供了手段 。除了以上介绍的这些检测与分析技术 , 扫描电镜技术 、气相色谱技术等高新科技也已应用到水合物的研究中 。水合物检测与分析技术将向着可视化程度更高 , 检测精度更高 ,综合程度更高的方向发展 。将更多先进科研仪器与水合物模拟实验相结合 ,为我们进一步探索天然气水合物的各种特性提供了新方法和新思路 。参考文献1 D. of 2003, 4262 业渝光 ,张剑 ,刁少波 ,等 海洋地质与第四纪地质 ,2003,23(1)3 孙长宇 ,马昌峰 ,陈光进 ,等 石油大学学报 (自然科学版 ),2001,25(3)4 张剑 ,业渝光 ,刁少波 ,等 现代地质 ,2005,19(1)5 张卫东 ,刘永军 ,任韶然 ,等 . 水合物沉积层声波速度模型 . 中国石油大学学报 (自然科学版 ),2008,32(4)6 A, Y. of in a 001,1927 , . of ,0058 F, M, R, et A of on of of , , , et of of 2000, 113(11)10 T, R, . of of 987, 91(15)11 蒲毅彬 ,吴青柏 ,蒋观利 ,等 验研究 2007,22(4)12 刘昌岭 ,业渝光 海洋地质动态 ,2008,24(11)13 雷怀彦 ,官宝聪 ,刘建辉 ,等 现代地质 ,2005,19(1)14 W, A. L, E D, D 98415 , , et of of in ,008研 究 与 探 讨亚洲最大太阳能电站投产2010国最大 、亚洲第 1 的太阳能光伏试验示范电站项目 66阳能光伏并网电站投产 。计划总投资近 90 亿元 。 项目分为实验示范区和科普区 2部分工程 ,分别由华能澜沧江水电有限公司和云电投新能源开发有限公司投资建设 。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!中国为厄瓜多尔融资建设最大水电站2010 年 6 月 2 日中国与厄瓜多尔签署了一项 17 亿美元的贷款协议 。 中国将援助厄瓜多尔建设 1500力发电项目 ,作为推动两国双边关系的一部分 。 1500科卡科多 ——辛克雷水电站的建设将为能源战略做出更大的贡献 。 中国水利水电建设集团公司将承包建设这个耗资 20 亿美元项目 ,期限为 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!首架纯生物燃料驱动飞机试飞成功由欧洲民航飞机制造公司空中客车主导制造的世界首架纯生物燃料驱动飞机 ,在 2010成首飞 。这架飞机名为 “新一代钻石 其 100%采用海藻生物燃料作为驱动燃料 , 海藻现今被看做是最有前景的生物燃料来源 ,特定品种的海藻有更高的含油比例 。海藻生物燃料比传统航空煤油产生的废气少 8 倍 ,所含氮氧化合物少 40%。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!巴西计划2030年前新建4座核电站巴西政府计划 2030 年前再建设 4 座核电站 , 每座发电能力为 1000据介绍 ,这 4 座新核电站中的第一座将建在巴西东北部的萨尔瓦多或累西腓 ,预计 2019 年前建成 。11
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:天然气水合物实验检测与分析技术
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-50714.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开