[發明專利]天然氣水合物沉積物多測量單元分析方法

有效

• 申請號: 201510363493.X
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105004837B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 王淑云;張旭輝;魯曉兵;王愛蘭;趙京
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N27/06;G01N29/024
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種天然氣水合物沉積物多測量分析方法，其特征在于，包括以下步驟:

步驟1，通過溫度與壓力聯合測量單元測量天然氣水合物沉積物樣品同一點的溫度T和壓力P，根據天然氣水合物的相平衡曲線，確定天然氣水合物的合成狀態；

步驟2，由上述天然氣水合物的合成狀態可獲得天然氣水合物合成過程中含水量的變化，通過TDR測量單元根據天然氣水合物合成過程中含水量的變化，實時地測量天然氣水合物的合成飽和度；

步驟3，根據已知的天然氣水合物和骨架自身的彈性模量，通過超聲測量單元測量天然氣水合物沉積物樣品的波速，獲得天然氣水合物沉積物的彈性模量，由此可以反演天然氣水合物飽和度；

步驟4，根據已知的天然氣水合物的電阻和含一定鹽度的孔隙水自身的電阻，根據電阻測量單元測得的天然氣水合物沉積物樣品的電阻，反演天然氣水合物飽和度和孔隙度。

2.根據權利要求1所述的天然氣水合物沉積物多測量分析方法，其特征在于，所述步驟2中，根據如下換算公式獲得天然氣水合物的合成飽和度；

其中ρ_w、M_w、△S_w分別為水的密度、摩爾質量、飽和度變化值；ρ_h、M_h、N分別為天然氣水合物的密度、摩爾質量、天然氣水合物分子中單個甲烷分子結合水分子的數；f(η,P,T)為由溫度T和壓力P條件下TDR電信號值η轉化的含水飽和度函數。

3.根據權利要求1所述的天然氣水合物沉積物多測量分析方法，其特征在于，所述步驟3中，根據如下換算公式反演天然氣水合物飽和度；

在樣品制備均勻的條件下，天然氣水合物沉積物的平均彈性模量可以表示為：

其中，E_r、E_v分別表示天然氣水合物與骨架類似彈簧串聯和并聯受力的彈性模量，E_v＝S_hE_h+S_mE_m，E_h、S_h分別表示天然氣水合物的彈性模量和飽和度；E_m、S_m分別表示土骨架的彈性模量和體積分數；

若天然氣水合物和骨架自身的彈性模量已知，根據超聲測量的波速V，那么可以獲得天然氣水合物沉積物的彈性模量：E＝ρ·V²，由此可以反演天然氣水合物飽和度。

4.根據權利要求1所述的天然氣水合物沉積物多測量分析方法，其特征在于，所述步驟4中，根據如下換算公式反演天然氣水合物飽和度和孔隙度；

在樣品制備均勻的條件下，不考慮土骨架的電阻，天然氣水合物沉積物的電阻類似彈性模量可以表示為：

其中，R_r、R_v分別表示天然氣水合物與水類似電阻串聯和并聯受力的電阻，R_r＝S_hR_h+S_wR_w，R_h、S_h分別表示天然氣水合物的電阻和飽和度；R_w、S_w分別表示水的電阻和體積分數。

若天然氣水合物和含一定鹽度的孔隙水自身的電阻已知，剔除超聲、TDR、不銹鋼管路的對測量電阻影響，根據電阻測量的電阻，由此可以反演天然氣水合物飽和度和孔隙度。

5.一種天然氣水合物沉積物多測量單元集成系統，其特征在于，包括：

電阻測量單元，用于測量天然氣水合物沉積物樣品的電阻；

超聲測量單元，發射端和接收端分別設置在天然氣水合物沉積物樣品的上下兩端，用于測量天然氣水合物沉積物樣品的波速；

溫度與壓力聯合測量單元，用于測量天然氣水合物沉積物樣品同一點的溫度和壓力；

TDR測量單元，根據天然氣水合物合成過程中含水量的變化，實時地測?量天然氣水合物的合成飽和度；

模數轉換單元，接收上述電阻、聲波、溫度和壓力信號，并將其轉換為數字信號；

數據分析單元，對上述數字信號進行分析和處理，獲得天然氣水合物沉積物樣品的飽和度、彈性模量、溫度、壓力、分解程度的數據。