[發明專利]一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監測系統及方法

在審

• 申請號: 201710634097.5
• 申請日: 2017-07-29
• 公開（公告）號: CN107271364A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 黃霞;祝有海;龐守吉;高相宇;王明君;王平康;張帥;肖睿
• 申請（專利權）人: 中國地質調查局油氣資源調查中心;北京唯思德科技有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N1/28;G01N1/34
• 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

技術領域

本發明涉及天然氣水合物研究的技術領域，具體地涉及一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監測系統及方法。

背景技術

天然氣水合物(Natural Gas Hydrate)是在低溫高壓下由水與小客體氣體分子組成的類冰、非化學計量、籠形固體化合物，俗稱“可燃冰”，因其中的氣體成分主要為甲烷，故又稱甲烷水合物(Methane Hydrate)。天然氣水合物能量密度高，在理想狀況下，1m³的天然氣水合物可分解出164m³的甲烷氣體和0.8m³的水。而地球上天然氣水合物蘊藏量十分豐富，天然氣體水合物廣泛分布于多年凍土區、大陸架邊緣的深海沉積物和深湖泊沉積物中，估計全球天然氣水合物中的碳儲量為2×10¹⁶m³，相當于全球已探明常規化石燃料總碳量的兩倍以上。然而，天然氣水合物在給人類帶來新的美好能源前景的同時，對人類生存環境也提出了嚴峻的挑戰，其潛在的災害和環境效應不容忽視。

天然氣水合物對全球變暖的影響，是通過其分解后釋放的甲烷氣體直接或間接作用氣候體系的。從全球范圍來看，海平面下降和氣候變暖是引發天然氣水合物大規模分解的兩大主要因素。冰期海平面的下降導致作用在天然氣水合物上的靜水壓力減小，從而使天然氣水合物變得不穩定，并且釋放出的大量甲烷進入大氣層。氣候變暖主要通過三個途徑來影響天然氣水合物分解：(1)全球變暖使氣溫升高，造成極地凍土帶內的天然氣水合物分解；(2)全球變暖導致溫度較高的海流流向發生變化，進而引發某個蘊藏地點的甲烷氣體釋放。例如，受冰蓋融化的冷水流入海洋的影響，海灣易于改變流向，而當灣流流經天然氣水合物層(如巴倫支海)的上方時，下面的天然氣水合物就會分解。(3)全球變暖導致海水溫度升高，造成海底天然氣水合物的分解。但在通常情況下，由于海水熱容較大，底層海水的升溫不會很顯著，同時全球變暖時，海下面上升，導致靜水壓力增加，相反可增加天然氣水合物和穩定性，從而可部分或完全抵消海水溫度升高對天然氣水合物穩定性造成的影響。

然而，研究者們對從天然氣水合物中釋放出的溫室氣體量是否足以導致全球變暖尚有爭論。Kvenvolden認為，現在天然氣水合物分解產生的甲烷量可能還不夠多，并不能顯著地影響全球氣候變暖。Max和Lowrie則指出，既然從天然氣水合物中釋放出的氣體很大部分可以溶解于海水中或立即被硫酸鹽氧化，那么實際到達大氣層中的溫室氣體量并不多。但Paull等研究認為，從天然氣水合物釋放出的甲烷能在一定時期內達到峰值，并可導致全球氣溫上升。

迄今，凍土區和海洋水合物中天然氣的釋放量及天然氣水合物分解和釋放的動力學過程仍然沒有了解清楚，以至于難以確定天然氣水合物究竟是氣候和環境變化的緩沖劑還是加速劑，或者在何種程度上影響全球的氣候和環境。因此，目前天然氣水合物與全球氣候變化關系的研究已成為全球變化中一個活躍的前沿課題，而通過不同相態中甲烷、二氧化碳含量的動態監測，可研究天然氣水合物分解帶來的氣候響應，為探索天然氣水合物分解對環境的影響提供直接證據。故本發明提出了一種水-氣界面甲烷/二氧化碳在線監測方法，解決了以往對不同體系中甲烷濃度只能取樣回實驗室進行檢測的弊端，從而實現不同角度下實時監測天然氣水合物分解對周邊環境帶來的影響。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監測系統，其解決了以往對不同體系中甲烷濃度只能取樣回實驗室進行檢測的弊端，從而實現不同角度下實時監測天然氣水合物分解對周邊環境帶來的影響。

本發明的技術解決方案是：這種水氣界面甲烷二氧化碳在線監測系統，其包括：水泵、水氣分離裝置、干燥裝置、激光檢測儀；

在含溶解性甲烷、二氧化碳水體中安裝水泵，并用密封罐將水泵與地表的水氣分離裝置進行連接，分離后產生的氣體通過干燥裝置進行收集，通過激光檢測儀進行檢測。

還提供了一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監測方法，其包括以下步驟：

(1)井下水體安裝水泵；

(2)抽取原位水體后，進行水氣分離；

(3)分離后產生水和溶解氣體；

(4)氣體組分、含量分析；

(5)長期進行監測，以便探索規律。