热扩散率

热扩散率(单位平方米s”1)有关导热系数K通过关系= K / (pCp), p表示密度和Cp代表热容。水合物的热扩散系数可以测量导热系数的确定采用两针探测器由一个已知的距离(特鲁里街,1988)或在专业实验中使用埃方法(例如,达勒姆et al ., 1987)。由于相互依存的导热系数、热扩散系数,热容,结合实验室热扩散系数决定与导热系数的结果产生了一个估计的热容,一个基本的热力学参数,只有少数研究的主题(例如,罗斯和安德森,1982)。没有发表的热扩散系数的直接测量水合物虽然正在努力确定压实压力条件下甲烷水合物的这个量特征的海洋沉积物在大陆边缘。

3所示。稳定性条件

正如上面所讨论的,水合物的稳定性取决于压力和温度,气体溶解度作为这两个变量的函数。本节关注的一些物理和化学因素促进或抑制水合物稳定。这些因素,对稳定场的影响进行了总结在图3中,包括:(a)气体特性,(b)孔隙流体性质,(c)沉积物组成,(d)沉积物物理性质。虽然这些因素对水合物生成的影响可能一阶运动,热力学,或纯粹的物理或化学,这些影响是这里唯一的对水合物的温度稳定性的影响。还应该注意,至少据坊间传言,许多水合物储层似乎与过压的沉积物。帕斯卡周围的静水压力相比虽然在大多数海洋系统超压的程度浅水合物储层通常是不足以明显取代稳定曲线- t空间。因此这里不考虑的影响。

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甲烷水合物

阳离子

甲烷水合物

甲烷气体

大多数气体粘土?

甲烷气体

大多数气体粘土?

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温度(°C)

图3。甲烷水合物的稳定性对纯水(实线)和海水(虚线)系统。箭示意图显示各种物理和化学因素如何影响水合物的稳定性。后晋升(1997)。

图3中所示的相平衡适用纯甲烷系统和结构我存在天然气水合物的新鲜或盐水。的存在甚至一小部分百分之一的结构二世hydrate-former(如乙烷、丙烷)将二水合物生产结构,稳定的温度高于结构我在给定压力。即使非甲烷气体的浓度不够高,影响到结构形式,甚至添加很少量的二氧化碳,乙烷(C2H6),硫化氢,和高阶产热的碳氢化合物可能稳定曲线转向更高的温度,增加甲烷水合物的稳定性。

相比之下,溶解离子的存在(钠+,K +、Mg2 + Ca2 +)在孔隙流体抑制天然气水合物的稳定性。实验和理论热力计算(de Roo et al ., 1983;狄更斯和Quinby-Hunt, 1994;狄更斯和Quinby-Hunt, 1997)确认-1.1°C之间的抵消甲烷水合物分解温度在33.5%氯化钠阿海水和纯净的水。整个范围的自然产生的扰动(33 - 37% - o氯化钠),分解温度不随超过0.14°C。离子化合物的抑制作用运动对水合物的稳定性具有重要影响的进化和长期稳定的水合物沉积物地区盐构造作用、海底盐水盆地的演化,咸的液体循环(例如,墨西哥湾;Sassen认为和麦克唐纳,1997)。

沉积物的组成矩阵也可以运动强烈影响水合物分解的温度在某些设置。作为亲水物质与表面电荷不平衡和巨大的表面积,粘土矿产最容易影响水合物形成的吸附水和提供成核表面水合物晶体。实验室实验水+膨润土或蒙脱石±其他化合物的混合物产生了矛盾的结果:粘土并不影响水合物稳定(Kotkoskie et al ., 1990;Englezos和大厅,1994)在某些实验中,但似乎促进水合物形成的热力学和活动在其他实验(Cha et al ., 1988)。

沉积物的物理特性可能在水合物的稳定发挥重要作用。在细粒度的材料,大毛细管部队将出现,可能抑制液体进入颗粒之间的间隙。理论计算(Clennell et al ., 1999)和实验室测量使用细颗粒的(泥级)粒子(翰达岛和Stupin, 1992;Zakrzewski和手中,1993;1996)表明,毛细管力Melnikov和涅斯捷罗夫可能显著抑制水合物稳定,抑制水合物分解温度。

4所示。在水合物储层原位热政权

就地平衡温度的直接测量用传感器放置在底部的沉积物海洋钻井程序水井是最好的方法来描述水合物储层的热状态。这样的测量已经在hydrate-bearing沉积物进行的设置,包括积极(卡斯卡底古陆、智利、哥斯达黎加;Hyndman et al ., 1992;布朗et al ., 1996;晋升和木下光男,2000)和被动(布莱克脊;Paull et al ., 1996)的利润。

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