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可燃冰的保存与检测技术

发布日期: 2021-02-03 16:59:55  |  浏览:  0

  可燃冰顾名思义是“可燃烧的冰”,学名“天然气水合物”,是由气体分子与水分子在低温高压条件下生成的笼型水合物,水分子在氢键的作用下形成 “笼子”,气体分子通过范德华力填充于“笼子”里。由于水分子在不同条件下形成 “笼子”的多面体大小、形状有所不同,决定了可燃冰存在三种不同结构类型:I型、II型与H型,它们的稳定条件各不相同。从水-甲烷-可燃冰相图上看,可燃冰存在着一个稳定区域,只有当可燃冰处于这个区域内才能确保稳定存在,而当温度升高或压力降低时,都会导致可燃冰样品发生分解而破坏其原有状态,时间稍长将消失,彻底分解为水和气体。

  可燃冰保存方法

  1.为何要保存可燃冰?

  根据可燃冰的形成条件,它主要存在于的几米到几百米深的海底沉积物中,水深通常大于300米,或者存在于陆地永久冻土区。为了寻找可燃冰,科学家们花费了大量的人力、物力,通过地质、地球物理及地球化学技术在全球找到了140多处可燃冰富集区,只有在这些富集区进行地质钻探,并且采用先进的“保压取芯”取样技术,才能获得可燃冰样品。由于目前的取样技术还不成熟,能取到的可燃冰的量很少。可燃冰由于其取样难度大、成本高,样品十分珍贵,从经济学角度看比黄金还贵,从科学上也有不可替代的研究价值。只有对这些钻获的可燃冰样品进行妥善保存,并在实验室内对其进行系统分析测试,获得可燃冰类型、赋存状态、孔隙结构、气体组成及含量等基础数据,为可燃冰的勘探与开发提供依据。

  2.如何保存可燃冰?

  由于可燃冰是低温高压下的产物,故其在常温常压下非常不稳定,极易分解。根据这一特性,可燃冰的保存条件只有限制在其稳定域内才能有效保持其原貌和性质不发生变化,才能为实验室内详细分析测试所用。概括起来,可燃冰的有效保存方法主要有两种:

  (1)高压法

  使用特制压力装置加压保存(图1)。最好用水、惰性气体作为压力介质,一般来说压力容器放在5℃左右的冷库中,压力控制在10-20MPa。这种储存方式适合整体岩心保存,即保压取样获得的含可燃冰沉积物岩心(已确认其含有可燃冰样品),通过保压取样管与压力容器对接,在保压的条件下转移到压力容器中保存。其优点是能保存完整一段沉积物岩心不受破坏,缺点是不知道岩心中可燃冰的具体含量是多少,而且在实验室内取样不方便,一旦要取样,就要放掉压力,岩心样品就不能再次保存了。在整个保存过程中,要经常检查其压力变化情况,防止压力容器泄漏引起的压力降低或消失而使可燃冰样品分解甚至消失。



图1储存水合物样品的压力容器

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