基于阻抗特征的多孔介质中水合物饱和度实验研究

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实验研究不仅是探索水合物生成分解过程及其动力学特征的有效技术手段，也能为野外的水合物勘探及资源评价提供基础和校正数据。因此，研究含水合物多孔介质的阻抗特征具有重要的科学和现实意义。 较之于过去单一的仅对电阻率参数进行测试的实验方法，交流阻抗谱测试方法可以获得一定频率范围内被测体系的阻抗（包括电阻、电抗）特性变化规律，从而有助于更全面深入地认识水合物的电学性质特征。为此，设计了甲烷水合物交流阻抗谱测试系统，以甲烷水合物—多孔介质—浓度为 3.5%的盐水为研究体系，测试了水合物在多孔介质内合成与分解过程中研究体系的阻抗谱，探讨了阿尔奇公式相关经验参数的定值问题，并分析了阻抗谱特征参数以及反应体系阻抗的频散度随水合物饱和度变化的规律。结果表明：①采用不同频率的激发源信号进行阻抗测试，其结果是不一样的；如当测试频率为1.1 Hz时，测试体系饱和度与阻抗谱参数之间未表现出明显的规律性关系，当频率为10 746 Hz时，在一定的误差允许范围内，阻抗谱参数与水合物饱和度之间符合单调增的线性关系。②选择合适的测试频率（比如1 114 Hz）对反应体系的阻抗谱参数进行测试，应用测试结果可以推算出体系的水合物饱和度值，即可用于开发水合物饱和度测量和计算方法。③反应体系阻抗幅值的比值、差比频散度和相角的差值频散度与水合物饱和度之间均满足单调递减的线性关系。④阿尔奇公式是理想化的，具有一定的局限性，实际应用中可先对样品进行实验测试，从而确定适用于特定储层条件的阿尔奇参数。

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