热-TDR技术测试沉积物中水合物热物理特性实验研究

论文摘要

水合物热物理特性是水合物勘探、开发、储运等环节的重要基础性数据资料,一直以来,由于其样品保存要求高,组分复杂并存在一些各项异性等因素,研究进展非常缓慢。本实验将时域反射技术（TDR）与热测试技术相结合,设计、制造出一套水合物模拟反应装置及配套软件,核心技术为三种热–TDR集成探针,对沉积物中水合物的导热率等热物理特性进行测试,同时,对水合物生成、分解过程中含水量、温度、压力的变化情况进行了模拟实验研究。实验结果表明:利用热–TDR技术测试沉积物中水合物热物理特性可实现同时同地测量沉积物中水合物导热率等多项热物理参数及反应体系中含水量、生成饱和度、温度等参数。这不仅避免了时空变异性的影响,还可以实现连续原位测定。沉积物中甲烷水合物各项热物理特性测试结果为:导热率约1.0 W/mK,热扩散系数8.988×10-7 m2/s,容积热容量112354.4J/m3K,实测数据与前人的研究成果基本一致;此外,利用该套实验装置进行了干砂、饱和湿砂、纯水等介质的热物理性质测试,测试结果也都与其文献值非常接近,双棒型热–TDR探针比同轴型单棒探针测试的结果线性回归更为理想。从反应体系的含水量及温、压曲线可看出,水合物合成及分解模拟实验中温度、压力和含水量变化情况基本一致,清楚地反映出水合物生成及分解过程中成核﹣结晶﹣聚集﹣分解各个阶段的明显特征。通过两次不同压力下进行的水合物模拟实验对比可以看出:提高压力后,水合物大量生成的时间明显缩短,可以认为提高反应压力有助于提高水合物生成速度。另外,利用TDR技术还开展了监测土壤海水入侵污染及恢复模拟实验研究,实验结果表明:土壤污染是一个非常迅速的过程,而一旦受到污染,恢复则需要相当漫长的时间,而且要耗费大量的淡水资源。利用TDR技术可以同时同地测试介质含水量、电导率两项参数的特点,建立起未污染土壤电导率与含水量关系的基准曲线,可以将其作为一种确定土壤污染程度的评价标志。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 选题的目的和意义
• 研究内容和技术路线
• 完成的主要工作
• 1. 天然气水合物及其热特性研究现状
• 1.1 天然气水合物微观结构和微观导热机理
• 1.1.1 天然气水合物微观结构
• 1.1.2 天然气水合物的微观导热机理
• 1.2 天然气水合物模拟实验的热物理特性研究现状
• 1.2.1 水合物导热率研究现状
• 1.2.2 其他热物理特性参数研究现状
• 2.TDR 技术与热测试技术应用进展
• 2.1 TDR 技术原理和应用进展
• 2.1.1 TDR 技术原理及测量参数
• 2.1.2 TDR 技术应用进展
• 2.2 热测试技术原理及应用
• 2.2.1 稳态法原理及应用
• 2.2.2 瞬态法原理及应用
• 3. 实验技术与方法
• 3.1 实验装置
• 3.2 实验方法与步骤
• 3.2.1 影响实验准确度影响的因素
• 3.2.2 实验方法与步骤
• 4. 实验结果及分析
• 4.1 水合物生成分解过程中含水量与温压变化情况
• 4.2 热—TDR 探针对沉积物中水合物热特性测试结果分析
• 4.2.1 双棒型热—TDR 探针测试结果分析
• 4.2.2 同轴型单棒热—TDR 探针测试结果分析
• 4.3 压力变化对介质热物理特性的影响
• 5. 结论
• 参考文献