[發明專利]一種天然氣水合物組分運移PET成像方法

有效

• 申請號: 201910790266.3
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110530902B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李守定;劉麗楠;孫一鳴;李曉;柴培;章志明;魏龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G01V5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種能夠識別天然氣水合物降壓分解輸運過程的成像方法，對含水合物沉積物降壓響應過程、含水合物沉積物中流體動態輸運過程進行成像，有利于科學認識對水合物儲層產氣過程。其特征是用正電子放射性氟核素18F標記可燃冰系統中的液態組分，形成氟溶液，氟核素衰變時發射的正電子與水中的負電子發生湮滅，以能量的形式產生兩個互成180度的γ光子(511keV)，γ光子穿透能力強，具有自準直特性，且核素衰變情況不受實驗室溫壓條件的影響，這些成對的湮沒光子被PET探測器偵測到后，數據重組圖像重建，識別可燃冰體系中的組分運移過程。

技術領域 天然氣水合物試驗技術領域

背景技術 了解天然氣水合物儲層降壓分解輸運過程是實現天然氣水合物高效開采的關鍵，天然氣水合物儲層對降壓的響應過程、水合物分解產氣的控制因素、流體運移模式等關鍵問題，都需要借助有效的觀測手段來進行研究。目前對于水合物成像觀測的手段主要有常規X光CT、核磁共振成像等，研究的內容以含水合物沉積物物質組分、含水合物沉積物中水合物的賦存形式、水合物的合成和分解過程等為主，而關注于含水合物沉積物降壓響應過程、含水合物沉積物中流體動態輸運過程的研究非常有限，這主要是因為缺乏良好的物質標記和示蹤技術手段。X光CT、核磁共振成像等成像觀測技術只能提供樣品內部結構、物質組分等信息，而不能動態地表征樣品內部特定組分的運移過程，因此無法用來研究天然氣水合物儲層降壓分解輸運過程，制約了對水合物儲層產氣過程的理解。

發明內容 本發明提供一種能夠識別天然氣水合物降壓分解輸運過程的成像方法，對含水合物沉積物降壓響應過程、含水合物沉積物中流體動態輸運過程進行成像，有利于科學認識對水合物儲層產氣過程。其特征是用正電子放射性氟核素¹⁸F標記可燃冰系統中的液態組分，形成氟溶液，氟核素衰變時發射的正電子與水中的負電子發生湮滅，以能量的形式產生兩個互成180度的γ光子(511keV)，γ光子穿透能力強，具有自準直特性，且核素衰變情況不受實驗室溫壓條件的影響，這些成對的湮沒光子被PET探測器偵測到后，數據重組圖像重建，識別可燃冰體系中的組分運移過程。

天然氣水合物相態變化成像方法的主要技術方案由兩個部分構成：天然氣水合物制備及開采模擬一體化裝置，核素PET探測成像裝置。天然氣水合物制備及開采模擬一體化裝置特征為：天然氣水合物反應釜1，高密封接口2，溫壓監控端3，流體循環管路4，氣體循環管路5，甲烷氣體存儲罐6，壓力控制端7，流體收集端8；核素PET探測成像裝置特征為：PET探測器9，探測器固定環10，和試驗臺11構成。試驗的研究對象為甲烷水合物，甲烷氣體儲存在甲烷氣體存儲罐6中，通過氣體循環管路5輸運至天然氣水合物反應釜1進行原位天然氣水合物的合成，試驗前在天然氣水合物反應釜1中加入放射性核素使其參與水合物合成過程并起到示蹤標記的作用，高密封接口2確保水合的合成并避免放射性核素的泄漏，壓力控制端7控制天然氣水合物反應釜1的壓力變化，流體收集端8通過流體循環管路4收集天然氣水合物反應釜1中流出的液體組分，將天然氣水合物反應釜1置于試驗臺11上，溫壓監控端3實時監測天然氣水合物反應釜1中為溫度和壓力條件，天然氣水合物反應釜1中的氟溶液發射出的光信號被PET探測器9接收，PET探測器9的位置由探測器固定環10固定，最終實現天然氣水合物降壓分解輸運過程的成像。

基本原理與技術 正電子放射性核素在衰變時會發射正電子，正電子的質量與電子相等，電量與電子的電量相等，符號相反。當正電子遇到電子后會湮沒產生兩個互成180度的γ光子(511keV)，γ光子被探測器偵測到后由光電倍增管(PMT)轉化為電信號，信號處理數據重建后實現圖像重建。利用該原理，用氟核素標記水形成氟溶液，實現天然氣水合物體系的液體標記，通過改變溫壓條件研究天然氣水合物降壓分解輸運過程的成像，深化降壓開采中水合物分解產物在儲層中的輸運規律的認知。

天然氣水合物組分運移成像方法的主要技術方案由兩個部分構成：天然氣水合物制備及開采模擬一體化裝置，核素PET探測成像裝置。