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含天然气水合物多孔介质的复电阻率特性及饱和度计算模型研究

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目录

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 天然气水合物概述

1.2.1 天然气水合物的组成及晶格特征

1.2.2 天然气水合物基本物性

1.3 含水合物多孔介质电学特性研究现状

1.3.1 天然气水合物电学测试原理

1.3.2 电学实验装置

1.3.3 含水合物多孔介质电学特性

1.4 本文的研究工作

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 论文创新点

第2章 天然气水合物交流阻抗测试系统及复电阻率测试技术

2.1 交流阻抗法测试系统

2.1.1 交流阻抗法原理

2.1.2 天然气水合物交流阻抗测试系统

2.2 复电阻率测试技术

2.2.1 复电阻率法基本原理

2.2.2 复电阻率测试技术研究现状

2.3 本章小结

第3章 多孔介质中甲烷水合物合成分解过程复电阻率特征研究

3.1 甲烷水合物合成过程复电阻率变化特征

3.1.1 实验方法

3.1.2 实验结果分析

3.2 甲烷水合物分解过程复电阻率变化特征

3.2.1 实验方法

3.2.2 实验结果分析

3.3 本章小结

第4章 含甲烷水合物多孔介质的复电阻率频散特性

4.1 含甲烷水合物多孔介质电性参数频散特性

4.1.1 复电阻率各参数频散曲线

4.1.2 频散机理

4.2 甲烷水合物饱和度对电性参数频散特征的影响

4.2.1 不同频段频散特征的表示

4.2.2 水合物饱和度对电性参数频散曲线斜率的影响

4.2.3 水合物饱和度对频散度的影响

4.3 本章小结

第5章 含水合物多孔介质的复电阻率模型研究

5.1 常用复电阻率模型

5.2 复电阻率模型评价

5.2.1 模型选取原则

5.2.2 拟合算法分析

5.2.3 常用模型实测数据拟合

5.3 饱和度对模型参数的影响

5.4 本章小结

第6章 含水合物多孔介质的饱和度计算模型研究

6.1 水合物饱和度测定方法

6.1.1 阿尔奇经验公式法

6.1.2 时域反射技术

6.1.3 气体状态方程法

6.2 含甲烷水合物多孔介质复电阻率模型的建立

6.2.1 交流阻抗谱等效电路规则

6.2.2 模型建立

6.2.3 模型检验

6.3 甲烷水合物饱和度计算

6.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢

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摘要

天然气水合物具有极强的储气能力,被认为是一种潜力巨大的新型能源矿产。天然气水合物电学特性模拟实验为野外的水合物勘探及资源评价提供基础和校正数据,其中电学测试技术不仅是探索水合物合成分解过程及其动力学特征的有效技术手段,也在天然气水合物现场勘查和模拟实验研究工作中发挥着重要的作用。目前电学模拟实验中常用的电阻率参数对含水合物沉积物电学特性的描述并不全面,复电阻率测试方法可实现宽频范围内的高密度测量,获取电性参数多,从而有助于更全面深入地认识含水合物沉积物的电学性质,提高水合物饱和度计算的准确度为水合物勘探开发提供数据基础。 利用水合物交流阻抗谱测试系统,在获得3.5%Nacl溶液-海砂-甲烷水合物体系阻抗谱参数的基础下,通过计算得到了该体系的复电阻率数据,讨论了甲烷水合物合成分解过程复电阻率的变化特征,分析了复电阻率参数的频散特性以及水合物饱和度对其频散特性的影响,综述了常用复电阻率模型并采用实验数据对常用复电阻率模型的参数进行了拟合,进而对各模型的适用性进行了对比和评价,最终建立了适用于含甲烷水合物多孔介质体系的饱和度计算模型。研究结果表明:①利用含水合物多孔介质的复电阻率特征可以有效地识别水合物合成分解过程中其饱和度的变化;②在0.1Hz~1MHz测试频率范围内,含甲烷水合物多孔介质的复电阻率存在明显的频散现象;③甲烷水合物饱和度与复电阻率频散特征参数密切相关,饱和度越小复电阻率频散特性越显著,当测试频率范围为0.1Hz~10Hz时,复电阻率幅值、实部和虚部与测试频率在双对数坐标系下成近似线性关系,其拟合直线斜率的绝对值与水合物饱和度之间成递减的近似线性关系,而当测试频率范围为10Hz~1MHz时,复电阻率幅值和实部的频散度与水合物饱和度符合递减的近似线性关系;④Warburg模型可应用于含甲烷水合物多孔介质体系复电阻率的数据解释;⑤阿尔奇公式经验参数(胶结指数m和饱和度指数n)受测试频率影响较大且存在显著的频散现象;⑥在本研究模拟实验的测试条件下,含甲烷水合物多孔介质体系的阻抗谱可以用电阻和电容串联的等效电路模型来拟合,基于此所建立的复电阻率模型可用来计算水合物饱和度。

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