水合物的密度、摩爾質(zhì)量、天然 氣水合物分子中單個甲烷分子結(jié)合水分子的數(shù)；f(n，P，T)為由溫度T和壓力P條件下TDR 電信號值n轉(zhuǎn)化的含水飽和度函數(shù)。
[0028] 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，民、Ev分別表示天然氣水合物與骨架類似彈簧串聯(lián)和 并聯(lián)受力的彈性模量，異+f，Ev=ShEh+SnlEnl，Eh、Sh分別表示天然氣水合物的彈性 模量和飽和度；EpS"分別表示土骨架的彈性模量和體積分?jǐn)?shù)。
[0029] 若天然氣水合物和骨架自身的彈性模量已知，根據(jù)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=P*V2,由此可以反演天然氣水合物飽和度。
[0030] 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，&、&分別表示天然氣水合物 ， 與水類似電阻串聯(lián)和并聯(lián)受力的電阻，艮=ShRh+SwRw
Sh分別表示天然 氣水合物的電阻和飽和度；Rw、Sw分別表不水的電阻和體積分?jǐn)?shù)。
[0031] 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(jù)電阻測量的電阻R，由此可以反演天然氣水合物飽和度和孔隙 度。
【主權(quán)項】
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w下步驟： 步驟1，通過溫度與壓力聯(lián)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(jù)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(tài)； 步驟2,由上述天然氣水合物的合成狀態(tài)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(jù)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(jù)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W反演天然氣 水合物飽和度； 步驟4,根據(jù)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(jù)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(jù)權(quán)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(jù)如下?lián)Q算公式獲得天然氣水合物的合成飽和度；其中PM。、A分別為水的密度、摩爾質(zhì)量、飽和度變化值；Ph、Mh、N分別為天然氣 水合物的密度、摩爾質(zhì)量、天然氣水合物分子中單個甲燒分子結(jié)合水分子的數(shù)；f(n，P，T) 為由溫度T和壓力P條件下TDR電信號值n轉(zhuǎn)化的含水飽和度函數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)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(jù)如下?lián)Q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W表示為：其中，Ef、Ey分別表示天然氣水合物與骨架類似彈黃串聯(lián)和并聯(lián)受力的彈性模量，，Ev=ShEh+SmEm，Eh、Sh分別表示天然氣水合物的彈性模量和飽和度；Em、Sm分別表示±骨架的彈性模量和體積分?jǐn)?shù)； 若天然氣水合物和骨架自身的彈性模量已知，根據(jù)超聲測量的波速V，那么可W獲得天 然氣水合物沉積物的彈性模量：E=P-V2,由此可W反演天然氣水合物飽和度。4. 根據(jù)權(quán)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(jù)如下?lián)Q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±骨架的電阻，天然氣水合物沉積物的電阻類似彈 性模量可W表示為：其中，Rr、Rv分別表示天然氣水合物與水類似電阻串聯(lián)和并聯(lián)受力的電阻，Rr= ShRh+S成+ Rh、Sh分別表示天然氣水合物的電阻和飽和度；分別表示水 的電阻和體積分?jǐn)?shù)。 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、不誘鋼管路 的對測量電阻影響，根據(jù)電阻測量的電阻，由此可W反演天然氣水合物飽和度和孔隙度。5. -種天然氣水合物沉積物多測量單元集成系統(tǒng)，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(fā)射端和接收端分別設(shè)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(lián)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(jù)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(shù)轉(zhuǎn)換單元，接收上述電阻、聲波、溫度和壓力信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 數(shù)據(jù)分析單元，對上述數(shù)字信號進(jìn)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(shù)據(jù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的天然氣水合物沉積物多測量單元集成系統(tǒng)，其特征在于，所 述超聲測量單元的兩個端子分別設(shè)置在天然氣水合物沉積物樣品的上端和下端； 所述電阻測量單元的兩個端子分別設(shè)置在所述超聲測量單元的兩個端子上，且分別置 于天然氣水合物沉積物樣品的頂部和底部，且兩側(cè)通過電絕緣材料封合； 所述溫度與壓力聯(lián)合測量單元的兩個測量端子分別從一側(cè)穿過兩所述電絕緣封合邊 壁伸入天然氣水合物沉積物樣品的頂部表面和底部表面； 所述TDR測量單元的兩個測量端子分別從另一側(cè)穿過兩所述電絕緣封合邊壁伸入天 然氣水合物沉積物樣品的上部和下部。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的天然氣水合物沉積物多測量單元集成系統(tǒng)，其特征在于，所 述超聲測量單元、電阻測量單元、溫度與壓力聯(lián)合測量單元W及TDR測量單元的輸出端均 通過引出線與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種天然氣水合物沉積物多測量分析方法及集成系統(tǒng)，該方法包括通過溫度與壓力聯(lián)合測量傳感器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(jù)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(tài)；通過TDR測量單元根據(jù)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；根據(jù)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波速，獲得天然氣水合物沉積物的彈性模量，由此反演天然氣水合物飽和度；根據(jù)已知天然氣水合物的電阻和含一定鹽度孔隙水自身的電阻，根據(jù)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。
【IPC分類】G01N27/06, G01N33/00, G01N29/024
【公開號】CN105004837
【申請?zhí)枴緾N201510363493
【發(fā)明人】王淑云, 張旭輝, 魯曉兵, 王愛蘭, 趙京
【申請人】中國科學(xué)院力學(xué)研究所
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月26日