[00113152]天然气水合物测试技术与模拟实验研究

天然气水合物分布广、储量大、埋藏浅、成藏物化条件优越,且产出的天然气能满足能源、经济和环境需要等特点,是未来较理想的战略替代能源。我国自上世纪80年代末开始水合物研究,相继启动了国家863、973专项以及118等天然气水合物国家专项,先后在南海神狐海域、祁连山冻土区海域钻获水合物样品,证明我国具有非常丰富的海域天然气水合物资源。为进一步推荐我国天然气水合物资源勘探开发进程,国家于2011年启动了“127天然气水合物国家专项”。本项目任务书由中国地质调查局下达,工作项目名称“天然气水合物测试技术与模拟实验研究” （编号：GZH201100310）。项目的工作性质是综合研究,为国家专项“天然气水合物资源勘查与试采工程”（127工程）的工作项目。 项目总体目标是研制一批天然气水合物环境模拟装置,集成或开发出一系列适用于水合物勘探、开发及环境效应的模拟实验技术;以现代分析测试、模拟实验技术为手段,多层次、全方位地开展水合物实验研究,阐明复杂体系水合物结构及其微观动力学过程,获取含水合物沉积层天然气水合物的重要物性参数。 经过五年的研究,项目取得的主要成果如下： 1.自主研制了天然气水合物开采模拟与过程监测综合系统等模拟实验装置11台套,打造出具有世界先进水平的水合物实验平台。 2.建立了基于固体NMR、XRD、X-CT和SEM 测定天然气水合物的技术方法。 3.实现了含水合物沉积物二维剖面的纵横波速度与水合物饱和度探测,获取了速度剖面结构;研发了气体向上运移水合物形成过程的声学模拟实验技术,获取了不同气源供应条件下水合物形成的声学响应特征和岩石物理模型。 4.建立了新的样品制备和宏、微观力学测量技术,获得了系列含水合物沉积物的力学参数数据;建立了含水合物沉积物的力学参数与水合物饱和度关系模型,提出了含水合物沉积物的本构关系模型。 5.基于电化学测量原理将交流阻抗测量技术应用到含水合物沉积物电学特征研究,初步建立了复电阻率与水合物饱和度的关系模型。 6.基于热脉冲-时域反射联合探测技术研制了水合物热物性测量探针,获取了系列含水合物沉积物的热导率数据。 7.研发了沉积物孔隙水中化学组分的拉曼光谱定量分析技术,实现了实验室内高压环境下沉积物中孔隙水的地化参数的原位测量。 8.开展了复杂体系中水合物成核动力学模拟实验,测定了不同条件下混合气体水合物成核诱导时间,揭示了其成核影响因素。 9．建立了不同类型的天然气水合物藏的降压、注热开采的数学模型;建立水合物多相流概念模型及数学模型;开发了耦合力学过程的计算机模拟程序;系统地开展了CO2置换沉积物中甲烷水合物的模拟实验,分析了置换效率的影响因素。 10．通过第一性原理计算阐述了水合物团簇的结构演化趋势;建立了水合物客体分子与拉曼谱学对应特征的数据库;建立了典型的甲烷、乙烷和丙烷水合物化学势相图。 11. 在国内外学术期刊上共发表论文96篇（SCI 32篇,EI 18篇）,得到了国内外同行的广泛借鉴,实现了成果的转化和应用。 12. 通过技术创新,共获得国家发明专利5项、实用新型专利19项,有力地促进了天然气水合物模拟实验的科技创新。 13. 通过项目研究工作的开展,组建了一支优秀的水合物测试技术和实验模拟科研团队,培养了博士、硕士研究生20余人。