2023年5月30日，国际石油知名期刊《Geoenergy Science and Engineering》在线发表了题为“Electrochemical response of unconsolidated sediment during liquid pore water phase change and its inspiration for gas hydrate saturation calculation”的研究成果。此项成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室博士生刘洋、李三忠教授和王秀娟教授等合作完成。

水合物的不稳定性和复杂性对水合物储层参数的定量表征提出了重大挑战。水合物饱和度作为评估水合物储层的关键参数，对资源估算和生产策略设计有直接影响。电法勘探是评估饱和度的最有效的方法之一。为了更好地理解电阻率与水合物饱和度之间的关系，需要研究含水合物沉积物的传导机制。本研究使用不同初始盐度的氯化钠溶液合成了与含水合物沉积物具有相似物理性质的含冰沉积物。在实验过程中，测量了不同冰饱和度的电化学阻抗谱和使用弛豫时间分布来分离不同时间常数的电化学过程，深入分析了导电机制。研究发现，含冰沉积物存在多条导电路径。电荷转移和离子扩散共同控制着含冰沉积物的电化学过程，其中离子迁移是主要过程。冰对离子传输具有双重影响，反映在降低和增加孔隙水的电阻率上。根据弛豫时间分布可知，在较大的孔隙中，冰的饱和度增加阻碍了盐离子的迁移，促进了氢离子的移动；而在较小的孔隙中，冰-沉积物界面可能形成一条高导电路径。此外，弛豫时间分布曲线下的面积和冰的饱和度之间存在一个三次多项式关系。弛豫时间分布应用于数据分析非常有益，为从电阻率数据中获得更可靠的水合物饱和度提供了宝贵的信息。本研究的结果有助于改进天然气水合物饱和度解释模型，为天然气水合物生产策略设计提供重要指导。

图1  不同冰饱和度的弛豫时间分布

图2  弛豫时间分布、电阻率与冰饱和度之间的关系

Liu, Y., Chen, Q., Zhao, J.H., Wu, N.Y., Zou, C.C., Liu, C.L., Wang, X.J., Li, S.Z. (2023). Electrochemical response of unconsolidated sediment during liquid pore water phase change and its inspiration for gas hydrate saturation calculation. Geoenergy Science and Engineering, 211953.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.geoen.2023.211953