本發(fā)明涉及天然氣水合物研究的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

天然氣水合物(naturalgashydrate)是在低溫高壓下由水與小客體氣體分子組成的類冰、非化學(xué)計(jì)量、籠形固體化合物，俗稱“可燃冰”，因其中的氣體成分主要為甲烷，故又稱甲烷水合物(methanehydrate)。天然氣水合物能量密度高，在理想狀況下，1m³的天然氣水合物可分解出164m³的甲烷氣體和0.8m³的水。而地球上天然氣水合物蘊(yùn)藏量十分豐富，天然氣體水合物廣泛分布于多年凍土區(qū)、大陸架邊緣的深海沉積物和深湖泊沉積物中，估計(jì)全球天然氣水合物中的碳儲量為2×10¹⁶m³，相當(dāng)于全球已探明常規(guī)化石燃料總碳量的兩倍以上。然而，天然氣水合物在給人類帶來新的美好能源前景的同時(shí)，對人類生存環(huán)境也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，其潛在的災(zāi)害和環(huán)境效應(yīng)不容忽視。

天然氣水合物對全球變暖的影響，是通過其分解后釋放的甲烷氣體直接或間接作用氣候體系的。從全球范圍來看，海平面下降和氣候變暖是引發(fā)天然氣水合物大規(guī)模分解的兩大主要因素。冰期海平面的下降導(dǎo)致作用在天然氣水合物上的靜水壓力減小，從而使天然氣水合物變得不穩(wěn)定，并且釋放出的大量甲烷進(jìn)入大氣層。氣候變暖主要通過三個途徑來影響天然氣水合物分解：(1)全球變暖使氣溫升高，造成極地凍土帶內(nèi)的天然氣水合物分解；(2)全球變暖導(dǎo)致溫度較高的海流流向發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)某個蘊(yùn)藏地點(diǎn)的甲烷氣體釋放。例如，受冰蓋融化的冷水流入海洋的影響，海灣易于改變流向，而當(dāng)灣流流經(jīng)天然氣水合物層(如巴倫支海)的上方時(shí)，下面的天然氣水合物就會分解。(3)全球變暖導(dǎo)致海水溫度升高，造成海底天然氣水合物的分解。但在通常情況下，由于海水熱容較大，底層海水的升溫不會很顯著，同時(shí)全球變暖時(shí)，海下面上升，導(dǎo)致靜水壓力增加，相反可增加天然氣水合物和穩(wěn)定性，從而可部分或完全抵消海水溫度升高對天然氣水合物穩(wěn)定性造成的影響。

然而，研究者們對從天然氣水合物中釋放出的溫室氣體量是否足以導(dǎo)致全球變暖尚有爭論。kvenvolden認(rèn)為，現(xiàn)在天然氣水合物分解產(chǎn)生的甲烷量可能還不夠多，并不能顯著地影響全球氣候變暖。max和lowrie則指出，既然從天然氣水合物中釋放出的氣體很大部分可以溶解于海水中或立即被硫酸鹽氧化，那么實(shí)際到達(dá)大氣層中的溫室氣體量并不多。但paull等研究認(rèn)為，從天然氣水合物釋放出的甲烷能在一定時(shí)期內(nèi)達(dá)到峰值，并可導(dǎo)致全球氣溫上升。

迄今，凍土區(qū)和海洋水合物中天然氣的釋放量及天然氣水合物分解和釋放的動力學(xué)過程仍然沒有了解清楚，以至于難以確定天然氣水合物究竟是氣候和環(huán)境變化的緩沖劑還是加速劑，或者在何種程度上影響全球的氣候和環(huán)境。因此，目前天然氣水合物與全球氣候變化關(guān)系的研究已成為全球變化中一個活躍的前沿課題，而通過不同相態(tài)中甲烷、二氧化碳含量的動態(tài)監(jiān)測，可研究天然氣水合物分解帶來的氣候響應(yīng)，為探索天然氣水合物分解對環(huán)境的影響提供直接證據(jù)。故本發(fā)明提出了一種水-氣界面甲烷/二氧化碳在線監(jiān)測方法，解決了以往對不同體系中甲烷濃度只能取樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測的弊端，從而實(shí)現(xiàn)不同角度下實(shí)時(shí)監(jiān)測天然氣水合物分解對周邊環(huán)境帶來的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測系統(tǒng)，其解決了以往對不同體系中甲烷濃度只能取樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測的弊端，從而實(shí)現(xiàn)不同角度下實(shí)時(shí)監(jiān)測天然氣水合物分解對周邊環(huán)境帶來的影響。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：這種水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測系統(tǒng)，其包括：水泵、水氣分離裝置、干燥裝置、激光檢測儀；

在含溶解性甲烷、二氧化碳水體中安裝水泵，并用密封罐將水泵與地表的水氣分離裝置進(jìn)行連接，分離后產(chǎn)生的氣體通過干燥裝置進(jìn)行收集，通過激光檢測儀進(jìn)行檢測。

還提供了一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測方法，其包括以下步驟：

(1)井下水體安裝水泵；

(2)抽取原位水體后，進(jìn)行水氣分離；

(3)分離后產(chǎn)生水和溶解氣體；

(4)氣體組分、含量分析；

(5)長期進(jìn)行監(jiān)測，以便探索規(guī)律。

本發(fā)明通過利用水氣分離和激光檢測方法，對孔隙水和大氣不同體系的甲烷含量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，解決了以往對不同體系中甲烷濃度只能取樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，從而導(dǎo)致工作效率低、耽擱時(shí)間長、檢測準(zhǔn)確度降低等弊端，在野外現(xiàn)場即可對孔隙水體和低空大氣中甲烷含量進(jìn)行同步、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，從不同角度探索天然氣水合物分解對周邊環(huán)境帶來的影響。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，這種水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測系統(tǒng)，其包括：水泵、水氣分離裝置、干燥裝置、激光檢測儀；

在含溶解性甲烷、二氧化碳水體中安裝水泵，并用密封罐將水泵與地表的水氣分離裝置進(jìn)行連接，分離后產(chǎn)生的氣體通過干燥裝置進(jìn)行收集，通過激光檢測儀進(jìn)行檢測。

如圖2所示，還提供了一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測方法，其包括以下步驟：

(1)井下水體安裝水泵；

(2)抽取原位水體后，進(jìn)行水氣分離；

(3)分離后產(chǎn)生水和溶解氣體；

(4)氣體組分、含量分析；

(5)長期進(jìn)行監(jiān)測，以便探索規(guī)律。

本發(fā)明通過利用水氣分離和激光檢測方法，對孔隙水和大氣不同體系的甲烷含量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，解決了以往對不同體系中甲烷濃度只能取樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，從而導(dǎo)致工作效率低、耽擱時(shí)間長、檢測準(zhǔn)確度降低等弊端，在野外現(xiàn)場即可對孔隙水體和低空大氣中甲烷含量進(jìn)行同步、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，從不同角度探索天然氣水合物分解對周邊環(huán)境帶來的影響。

另外，所述步驟(1)中，在含溶解性甲烷、二氧化碳水體中安裝水泵，并用密封罐將水泵與地表的水氣分離裝置進(jìn)行連接。

另外，所述步驟(2)中，抽取原位地層中的孔隙水，進(jìn)入水氣分離裝置后，對溶解氣體進(jìn)行分離抽提。

另外，所述步驟(3)中，分離后產(chǎn)生的水體，排掉；產(chǎn)生的氣體，進(jìn)行收集后準(zhǔn)備檢測，并確保整個過程中沒有氣體逸散。

另外，所述步驟(4)中，對分離出的溶解氣和低空大氣中的甲烷、二氧化碳組分進(jìn)行干燥，以排除氣體濕度不同對氣體含量產(chǎn)生的影響，并利用激光檢測方法進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測分析。

另外，所述步驟(5)中，通過長期的同步、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，探索天然氣水合物分解對周邊環(huán)境帶來的影響。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
公開一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測系統(tǒng)，其解決了以往對不同體系中甲烷濃度只能取樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測的弊端，從而實(shí)現(xiàn)不同角度下實(shí)時(shí)監(jiān)測天然氣水合物分解對周邊環(huán)境帶來的影響。其包括：水泵、水氣分離裝置、干燥裝置、激光檢測儀；在含溶解性甲烷、二氧化碳水體中安裝水泵，并用密封罐將水泵與地表的水氣分離裝置進(jìn)行連接，分離后產(chǎn)生的氣體通過干燥裝置進(jìn)行收集，通過激光檢測儀進(jìn)行檢測。還提供了一種水氣界面甲烷二氧化碳在線監(jiān)測方法。

技術(shù)研發(fā)人員：黃霞;祝有海;龐守吉;高相宇;王明君;王平康;張帥;肖睿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心;北京唯思德科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.29
技術(shù)公布日：2017.10.20