[发明专利]天然气水合物的电阻的测定方法及其专用装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要在沉积物中生成/分解天然气水合物，利用电阻法测量天然气水合物在沉积物中生成/分解过程中的电阻性质变化的实验方法及装置，属于海洋天然气水合物电学物性参数测量技术及应用领域。

背景技术

天然气水合物是水与甲烷、乙烷、二氧化碳及硫化氢等小分子气体形成的非化学计量性笼状晶体物质，又称笼型水合物。其广泛分布在浅海、大陆骨架及永久冻土层中。科学家们预测，在世界范围内广泛存在着几乎是纯甲烷的天然气水合物资源，且蕴藏量极大，其含碳量为全球已知化石燃料(石油、天然气和煤)的2倍左右，如此巨大的资源量无疑将会成为不久未来重要的后续能源之一。对天然气水合物各种物性的认识还不是很全面，天然气水合物资源的勘探开发尚处于探索、试验阶段，但有关的科学研究工作却已成为近来的研究热点。

根据物质的导电原理，在沉积物层中孔隙自由水因溶解岩石中的盐甚至海水中含有盐离子而使沉积物具有导电性，地层的导电能力决定于地层水和其中盐离子的浓度。含天然气水合物的地层，受水合效应的影响，自由水分子与气体分子生成水合物，水合物占据沉积物孔隙或与沉积物颗粒胶结，造成地层致密，使得地层中水含量减少和盐离子的迁移能力大大减弱，从而使地层导电性降低，表现为电阻率增加。一般认为干燥岩石的电导率为零，干燥的纯天然气水合物的电阻率为一定值，实验测定的干燥的甲烷水合物的电阻率为5KΩ.m，因此含天然气水合物地层的电阻率取决于地层中天然气水合物的饱和度。同时，水分子与气体分子生成水合物时，根据水的化学位平衡可知孔隙中自由水不能全部转化为水合物相，少量地层水吸附在多孔的水合物中，而使其中的盐离子也吸附在水合物中，因此使得地层天然气水合物可以导电。生成水合物的地层孔隙水的矿化度决定了吸附在水合物中的离子的浓度，从而决定了含水合物地层的电阻率。由于地层水含量大大减少和离子移动能力大大减弱，与不含水合物地层的导电性相比，含天然气水合物地层的电阻率迅速升高。这是电阻率测井用于天然气水合物勘探的理论基础。

天然气水合物的形成过程是一个成核-微晶-结晶-聚集胶结的过程。电阻测量技术在测量成核-微晶过程中是一种比较可靠的方法。Buffett等曾采用电阻法测量进行沉积物中CO₂水合物形成过程的研究，取得了一定的成果。由于甲烷气体在溶液中溶解度极低，还很少有这方面的报道。同时Zatsepina和Buffett利用电阻率的变化速度研究水合物形成过程中的热过程和热动力学，并认为电阻法测量可以定量水合物的成核规模。

研究含天然气水合物的电阻性质，对于我们进一步认识水合物生成/分解过程中的成核/分解机理，估算地层中天然气水合物的储量及其基本分布特征，同时对天然气水合物资源的勘探开发具有重要的指导意义，并能提供可靠准确的电阻物性数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气水合物的电阻测量装置。

本发明提供的天然气水合物的电阻测量装置包括：用于容置沉积物并在所述沉积物中生成待测天然气水合物的反应釜；控制所述反应釜内温度的空气浴槽温控系统；往所述反应釜内输送天然气的天然气配气系统；测定所述反应釜内天然气水合物电阻的电阻测量系统以及采集所述电阻测量系统中信号的数据采集系统。

进一步，上述电阻测量装置还包括测定所述反应釜内温度和压力的温度压力测量系统；所述数据采集系统是采集所述电阻测量系统中信号和所述温度压力测量系统中信号的系统。

在一实施例中，上述反应釜内设置一用于容置沉积物并在所述沉积物中生成待测天然气水合物的绝缘套筒，所述绝缘套筒上端开口；所述温度压力测量系统是测量所述绝缘套筒内所述沉积物中温度和压力的系统，所述电阻测量系统是测量所述绝缘套筒内天然气水合物的电阻的系统；

所述反应釜包括釜盖和釜体。

上述浴槽温控系统包括用于容置所述反应釜的保温浴槽、针对所述保温浴槽工作的制冷压缩机组和控制所述制冷压缩机组工作的控制系统。

上述天然气配气系统包括：

天然气钢瓶；

设置在所述天然气钢瓶与所述绝缘套筒之间的管道，所述管道穿过所述釜盖进入所述绝缘套筒内部；

以及设置在所述管道上的气体质量流量计和截止阀；

所述管道上设置有由一气阀控制的可通向外界大气的出气管道。

上述温度压力测量系统包括温度传感器和压力传感器；所述温度传感器的探头穿过所述釜盖伸至所述绝缘套筒内的沉积物中，所述压力传感器安装在所述釜盖上。