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《中国地质大学(北京)》 2013年
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海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统的研发与应用

张志冰  
【摘要】:天然气水合物是一种潜在的清洁能源,主要是由甲烷等轻烃类气体和水分子在低温高压的条件下所形成的笼状化合物。据估算,海洋天然气水合物大约占水合物资源总量的90%左右,因此海洋天然气水合物勘探技术的研究与开发对于天然气水合物资源的利用具有十分重要的作用和价值。传统油气资源地球化学探测手段应用在海洋天然气水合物勘探上,易于带来采样难、成本高、分析周期长、误差大等问题,因而受到限制。而海水中甲烷浓度原位地球化学探测技术是一种新型的地球化学实时探测方法,具有体积小、连续快速分析等优点,可为天然气水合物赋存区的发现提供新的地球化学探测手段。近十年来,国外的进展以METS甲烷传感器为代表,利用了光学、电化学、生物学等多学科技术手段来达到原位探测的目的。而国内在该项技术的研发上做了一些工作,但主要以基于拉曼光谱原理的研究为主,并且尚处于实验室理论研究或者初步样机试验阶段,满足不了海洋环境和资源调查的需要。基于上述背景,本文依托国家863计划海洋技术领域《天然气水合物勘探开发关键技术》中的子课题“天然气水合物原位地球化学探测系统”进行了海洋甲烷等烃类指标原位高精度探测实用技术的研发。为此本文完成了以下几方面的工作。1)进行了国内外海水中甲烷浓度原位地球化学探测技术的系统研究。通过收集并整理大量资料,总结海水中甲烷浓度原位地球化学探测技术在国内外的研究现状,深入了解该项技术的发展趋势,在此基础上确立了系统的设计思路,完成了“海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统”的总体框架和技术体系的设计。2)完成了“海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统”的四项关键技术的组合设计和整机安装及联合调试,即海水降压稳流、海水快速量化分离和定量进样、传感器组合轻烃地球化学指标测试和信号处理等四项关键技术;针对各部分关键零部件性能进行了大量的性能测试实验、选型和调试,实现了海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统的设计目标。3)参加完成了“海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统”的两次海上试验工作。海试的数据成果表明,所获数据与海区原有同类测试数据基本吻合,验证了仪器性能稳定性和可靠性,可望为海洋地球化学调查提供有利的技术手段。4)经过两次海试的考验,总结了海上试验的实际操作经验;分析整理海试中研制的海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统所存在的问题,并与国外类似产品进行比较,提出一些相应的建议,从而进一步完善研制的测试系统。
【关键词】:天然气水合物 原位探测 甲烷传感器 地球化学 关键技术
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P632;P618.13
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第一章 引言11-17
  • 1.1 天然气水合物地球化学勘探技术12-14
  • 1.2 天然气水合物流体地球化学探测技术新进展14
  • 1.3 选题依据和意义14-15
  • 1.4 论文主要研究内容15-17
  • 第二章 海水中甲烷浓度原位探测技术的研究现状和研制系统的设计思想17-37
  • 2.1 国外海水中甲烷浓度原位地球化学探测技术研究现状17-29
  • 2.2 国内海水中甲烷浓度原位地球化学探测技术研究现状29-31
  • 2.3 海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统的设计思想和整体框架31-34
  • 2.4 本章小结34-37
  • 第三章 海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统关键技术的研发和调试37-64
  • 3.1 遥测遥控单元的关键零部件37-38
  • 3.2 海水降压稳流关键技术38-40
  • 3.3 海水快速量化分离和定量进样关键技术40-45
  • 3.4 传感器组合轻烃地球化学指标测试和信号处理关键技术45-57
  • 3.5 大水深原位作业和系统高压密封关键技术57-59
  • 3.6 海水中甲烷浓度原位高精度系统的联合调试59-61
  • 3.7 本章小结61-64
  • 第四章 海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统海上试验64-87
  • 4.1 海试区域地质概况64-66
  • 4.2 系统第一次海上试验及成果分析66-74
  • 4.3 系统第二次海上试验及成果分析74-84
  • 4.4 研制系统与国外原位甲烷传感器的性能对比84-85
  • 4.5 本章小结85-87
  • 第五章 结论与建议87-90
  • 5.1 结论87-88
  • 5.2 建议88-90
  • 致谢90-91
  • 参考文献91-96

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