【摘要】： 水合物與能源開(kāi)采、流動(dòng)保障、運(yùn)輸、全球氣候變遷以及安全問(wèn)題密切相關(guān),因而受到了廣泛的關(guān)注。水合物在為科學(xué)技術(shù)與人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí),也帶來(lái)了許多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。本文以多孔介質(zhì)中水合物生成與分解規(guī)律為研究目的,利用設(shè)計(jì)搭建的核磁共振成像(MRI)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)四氫呋喃水合物、二氧化碳水合物及甲烷水合物進(jìn)行了研究,計(jì)算了多孔介質(zhì)的孔隙度及水合物的飽和度,確定了水合物的生長(zhǎng)方式,分析了溫度、壓力及多孔介質(zhì)對(duì)水合物生長(zhǎng)與分解過(guò)程的影響規(guī)律,對(duì)闡明水合物生長(zhǎng)和分解的機(jī)理及開(kāi)展水合物開(kāi)發(fā)利用的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 應(yīng)用MRI對(duì)多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行研究,結(jié)果表明MRI平均信號(hào)強(qiáng)度法與雙峰閾值法可以得到多孔介質(zhì)的孔隙度,但是前者不適用于小粒徑顆粒,后者則存在閾值選擇的主觀性問(wèn)題。利用平行毛細(xì)管模型、Kozeny-Carman模型或者Kozeny-Carman修正模型計(jì)算的滲透率,與實(shí)驗(yàn)值相比普遍偏高。利用MRI流動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算滲透率,準(zhǔn)確度將有所提高。 多孔介質(zhì)對(duì)水合物形成與分解過(guò)程影響的實(shí)驗(yàn)研究顯示,顆粒粒徑越小,水合物成核時(shí)間越短,水合物生長(zhǎng)速率越快。隨著形成溫度的升高,顆粒尺寸對(duì)水合物成核速率的影響變得明顯。顆粒粒徑越小,分解速率也越快。但對(duì)于四氫呋喃水合物,與溫度的影響相比,顆粒尺寸對(duì)分解速率的影響很小。 溫度對(duì)水合物形成與分解過(guò)程影響的實(shí)驗(yàn)研究表明,形成溫度越低,水合物的誘導(dǎo)時(shí)間越短,水合物生長(zhǎng)速率越快,最終飽和度也越高。壓力相同時(shí),水合物的誘導(dǎo)時(shí)間與過(guò)冷度呈指數(shù)關(guān)系變化,而生長(zhǎng)速率與過(guò)冷度呈線性關(guān)系。對(duì)于分解過(guò)程,分解溫度越高,水合物分解速率越快。 壓力對(duì)水合物形成與分解過(guò)程影響的實(shí)驗(yàn)研究表明,形成壓力越大,水合物誘導(dǎo)時(shí)間越短,生長(zhǎng)速率越快。溫度相同時(shí),水合物的生長(zhǎng)速率與壓力幾乎呈線性關(guān)系。壓力對(duì)生長(zhǎng)速率的影響隨著生成溫度的降低而增大。對(duì)于分解過(guò)程,分解壓力越低,水合物分解速率越快。 綜上,本論文利用MRI技術(shù),對(duì)多孔介質(zhì)中水合物的形成與分解過(guò)程進(jìn)行了研究,為理解相關(guān)的水合物動(dòng)力學(xué)提供了理論和實(shí)驗(yàn)支持。
【圖文】：

分別是立方體I型，菱形立方體n型，六方體H型，以及一種還未命名的結(jié)構(gòu)。I型水合物由5‘，和5‘262兩種空間結(jié)構(gòu)的空穴組成;11型由5‘2和5‘26‘兩種組成;H型則由5‘2、4兮63和5’z6s三種組成。這三種類(lèi)型水合物單元晶體的結(jié)構(gòu)與尺寸如圖1.1〔41和表1.1〔5〕所示。水合物主體分子即水分子間以氫鍵相互結(jié)合，客體分子與主體分子間以范德華力相互作用，這種作用力是水合物的結(jié)構(gòu)形成和穩(wěn)定存在的關(guān)鍵。外來(lái)分子尺寸則是決定其能否形成水合物、形成何種結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性的最重要因素。當(dāng)外來(lái)氣體分子尺寸和晶穴尺寸相吻合時(shí)最容易形成水合物，水合物的穩(wěn)定性也較強(qiáng)。外來(lái)分子太大則無(wú)法進(jìn)入晶穴，太小則范德華力太弱，無(wú)法形成穩(wěn)定的水合物。

水合物的形成過(guò)程是一個(gè)成核一微晶一結(jié)晶一聚集的過(guò)程。電阻法可以通過(guò)測(cè)量體系內(nèi)離子或物理參數(shù)的變化對(duì)水合物的成核一微晶過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。Buffett等人通過(guò)電阻率的變化速率研究了水合物形成過(guò)程中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1.3所示，他們認(rèn)為電阻法可以量化水合物成核的規(guī)�！病�9，’。〕。電阻法適用于COZ等溶于水并可以電離的氣體，對(duì)于CH4等氣體，可以利用含有離子的水溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量體系水量變化引起的電阻值變化來(lái)監(jiān)測(cè)水合物生成。spangenberg等人〔2’〕即是利用NaCI溶液一甲烷體系的阻值變化來(lái)估算甲烷水合物的飽和度。(5)時(shí)域反射技術(shù)時(shí)域反射(TDR)技術(shù)，是根據(jù)體系的表觀介電常數(shù)與含水量的正相關(guān)關(guān)系對(duì)水合物的形成與分解進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)。 wr1ght等人〔22〕發(fā)現(xiàn)水合物形成時(shí)，含水量降低，介電常數(shù)也隨之降低。根據(jù)表觀介電常數(shù)和孔隙水含量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系即可確定實(shí)驗(yàn)巖心中水合物的飽和度。青島海洋地質(zhì)研究所天然氣水合物實(shí)驗(yàn)室2004年建成一套天然氣水合物地球物理實(shí)驗(yàn)裝置
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：P744.4

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 田慧會(huì);魏厚振;顏榮濤;馬田田;韋昌富;;低場(chǎng)核磁共振在研究四氫呋喃水合物形成過(guò)程中的應(yīng)用[J];天然氣工業(yè);2011年07期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 夏f^冉;天然氣水合物藏物性參數(shù)及注熱開(kāi)采實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2011年

2 趙明龍;多孔介質(zhì)中CO_2與水兩相運(yùn)移的數(shù)值模擬研究[D];大連理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2626016