基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法及设备

本申请涉及水合物赋存状态研究，尤其涉及一种基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法及设备。

背景技术：

1、天然气水合物是一种分布广泛且储量巨大的新型洁净优质能源，由某些小分子气体(主要为甲烷)在一定的温度和压力条件下与水分子形成的具有笼形晶体结构的固态物质。勘探资料表明，我国沿海海底含有丰富的天然气水合物资源，仅南海海域的天然气水合物资源量就达700亿吨，相当于目前我国已探明的天然气总资源量的二分之一。水合物含量及其赋存模式是含水合物沉积物力学特性的主要影响因素。水合物的开采会改变土体组构(水合物含量与赋存状态)，弱化海底地层，可能引起大范围的海底沉降、失稳、滑坡等工程地质灾害，破坏海上采油平台、海底油气管线、海底光缆等人工构筑物。因此如何定量测试水合物含量及其赋存状态是水合物开采计划的关键步骤。目前沉积物中水合物饱和度可以通过计算气体消耗量间接获得，而水合物在沉积物中赋存状态一直是水合物探测实验中的重难点。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供一种基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法及设备，借助多孔介质中核磁共振理论，根据沉积物中水合物生成与分解过程中弛豫率的变化规律判断水合物在沉积物中的赋存状态，所述技术方案如下：

2、本申请第一方面提供一种基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法，包括以下步骤：对沉积物试样进行核磁共振，获取沉积物试样在水合物形成与分解过程中的核磁共振信号m；通过核磁共振信号m的变化获取在水合物形成与分解过程中的沉积物试样含水量w；根据下式计算在水合物形成与分解过程中不同水合物含量状态下沉积物的表面弛豫率：

3、

4、其中，ρi为弛豫率，i＝1或2，分别代表纵向与横向弛豫率，ρw为水在20℃环境中的密度，s为沉积物比表面积，ti为弛豫时间，其中i＝1或2，分别代表纵向或横向弛豫时间；

5、根据含水合物沉积物的表面弛豫率随水合物含量的变化判断水合物在沉积物中的赋存状态。

6、例如，在一个实施例提供的所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法中，通过核磁共振信号m的变化获取沉积物试样含水量w，且沉积物试样含水量w满足下述计算式：

7、

8、其中，w0为在水合物形成前沉积物试样含水量，m0为在水合物形成前沉积物试样的核磁信号量。

9、例如，在一个实施例提供的所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法中，含水合物沉积物水合物含量wh满足下述计算式：

10、wh＝w0－w。

11、例如，在一个实施例提供的所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法中，当沉积物中开始生成水合物时，含水合物沉积物的表面弛豫率ρi随水合物含量wh的增加而稳定不变且等于未含水合物时沉积物的表面弛豫率时，表明水合物在沉积物中赋存状态为填充型水合物。

12、例如，在一个实施例提供的所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法中，当沉积物中开始生成水合物时，含水合物沉积物的表面弛豫率ρi随水合物含量wh的增加而降低时，表明水合物在沉积物中赋存状态为胶结型水合物。

13、例如，在一个实施例提供的所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法中，当沉积物中开始生成水合物时，含水合物沉积物的表面弛豫率ρi随水合物含量wh的增加瞬间降低，随后弛豫率稳定不变，表明水合物在沉积物中赋存状态为包裹型水合物。

14、例如，在一个实施例提供的所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法中，在水合物形成前沉积物试样的核磁信号量m0的获取方法包括以下步骤：

15、s1将土颗粒在蒸馏水中浸泡洗净后风干，得到干土体；

16、s2将所述干土体制备成含水量为w0的散土样沉积物试样；

17、s3将所述沉积物试样放入核磁共振仪中，对沉积物试样施加序列，反演核磁原始数据，得到沉积物试样的孔隙水核磁弛豫时间分布曲线；

18、s4计算核磁弛豫时间分布曲线的峰面积，得到沉积物试样的核磁总信号m0。

19、例如，在一个实施例提供的所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法中，在水合物形成后沉积物试样的核磁信号量m的获取方法包括以下步骤：

20、对所述沉积物试样降温升压至设计参数，形成水合物稳定后，重复所述s3-s4，获取水合物形成后沉积物试样的核磁信号量m。

21、本申请第二方面提供一种电子设备，包括：存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现上述的基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法。

22、本申请第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现上述的基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法。

23、本申请一些实施例提供的一种基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法带及设备来的有益效果为：本申请借助多孔介质中核磁共振理论，根据沉积物中水合物生成与分解过程中弛豫率的变化规律判断水合物在沉积物中的赋存状态，为水合物开采提供重要信息基础。

技术特征：

1.一种基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法，其特征在于，通过核磁共振信号m的变化获取沉积物试样含水量w，且沉积物试样含水量w满足下述计算式：

3.根据权利要求2所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法，其特征在于，含水合物沉积物水合物含量wh满足下述计算式：

4.根据权利要求3所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法，其特征在于，当沉积物中开始生成水合物时，含水合物沉积物的表面弛豫率ρi随水合物含量wh的增加而稳定不变且等于未含水合物时沉积物的表面弛豫率时，表明水合物在沉积物中赋存状态为填充型水合物。

5.根据权利要求3所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法，其特征在于，当沉积物中开始生成水合物时，含水合物沉积物的表面弛豫率ρi随水合物含量wh的增加而降低时，表明水合物在沉积物中赋存状态为胶结型水合物。

6.根据权利要求3所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法，其特征在于，当沉积物中开始生成水合物时，含水合物沉积物的表面弛豫率ρi随水合物含量wh的增加瞬间降低，随后弛豫率稳定不变，表明水合物在沉积物中赋存状态为包裹型水合物。

7.根据权利要求2所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法，其特征在于，在水合物形成前沉积物试样的核磁信号量m0的获取方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法，其特征在于，在水合物形成后沉积物试样的核磁信号量m的获取方法包括以下步骤：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，其特征在于：所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法。

技术总结本申请公开了一种基于弛豫率判断水合物在沉积物中赋存状态的方法及设备，包括以下步骤：对沉积物试样进行核磁共振，获取沉积物试样在水合物形成与分解过程中的核磁共振信号M；通过核磁共振信号M的变化获取在水合物形成与分解过程中的沉积物试样含水量w；根据下式计算在水合物形成与分解过程中不同水合物含量状态下沉积物的表面弛豫率：根据含水合物沉积物的表面弛豫率随水合物含量的变化判断水合物在沉积物中的赋存状态；本申请借助多孔介质中核磁共振理论，根据沉积物中水合物生成与分解过程中弛豫率的变化规律判断水合物在沉积物中的赋存状态，为水合物开采提供重要数据支撑。技术研发人员：田慧会,翁瀚尧,颜荣涛,韦昌富受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25