低場核磁法在二氧化碳置換法開采可燃冰中的應用

一、什么是可燃冰？

可燃冰學名是天然氣水化合物，是甲烷、天然氣、水的合成體。是在高壓低溫條件下可燃氣體分子和水分子緊密結合的合成物，是白色或淺灰色的，形狀像冰一樣的冰雪晶體。它可以像固體酒精一樣被點燃，所以被稱為“可燃冰"。它是能量密度大而且是無污染能源。可燃冰分布于深海或陸域永-久凍土中，其燃燒后僅生成少量的二氧化碳和水，污染遠小于煤、石油等，且儲量巨大，因此被國-際-公-認為石油等的接替能源。

二、可燃冰的分布及成因

自然界中的可燃冰主要賦存于低溫、高壓環境的海底淺表層沉積物和高緯度凍土里，約有97%可燃冰分布于海洋中，僅3%分布在陸地凍土帶。可燃冰可在低于10℃時生成，超過20℃便會分解。在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，壓力越大越穩定。其成因主要有兩種類型：一種是由于氣體滲漏到地層的孔洞或裂縫中，呈塊狀、脈狀或結核狀；另外一種是氣體擴散到沉積物的孔隙中，形成微小的可燃冰顆粒充填于沉積物的孔隙中，通常不為肉眼所識別，這種可燃冰就像一杯水倒進沙子里，什么都看不到一樣。

三、如何開采可燃冰？

可燃冰一般存在于凍土帶地下砂層、海底砂層、泥質沉積物中，大部分與土顆粒混合，所以想要大量開采可燃冰首先要解決泥沙淤堵以及如何在地下分解成氣態等問題。另外可燃冰對溫度和壓力的變化很敏感，地層坍塌、海嘯、地震、甲烷泄量甲烷泄露到大氣層，所產生的溫室效應比二氧化碳高25倍左右。危險和機遇同在，想要轉型新能源，我們迎難而上逐一解決成本、技術、風險三大難題。目前天然氣水合物常規開采方法主要有∶降壓法、二氧化碳置換法、加熱法、注入抑制劑法等。

降壓法：

讓鉆井套管達到可燃冰儲層，管內壓力小，管外可燃冰儲層的壓力大，于是可燃冰在這種壓力差之下會分解出可燃氣體，原為分解后再開采。但是為了預防泥沙淤堵管道，我國科學家提出了礫石-水合物連續置換開采和間歇式吞吐置換開采的解決方案，可在長期開采中對地層虧空量進行及時填充或置換。

加熱法：

通過將水蒸汽、熱水或表層海水輸入到水合物層，促使其分解，但是此法成本較高。

注入抑制劑法：

通過注入乙醇、鹽水等抑制劑，來改變水合物的均衡條件，促使其分解。

二氧化碳置換法開采可燃冰：

二氧化碳水合物形成的壓力比可燃冰低，溫度比可燃冰略高。可以向可燃冰儲層注入二氧化碳，并在儲層中形成二氧化碳水合物，這樣由于壓力差，可燃冰會分解出甲烷，便于持續開采。這種方法，因其兼顧環保技能，既能開發出水合物中的甲烷，又能實現二氧化碳封存。

四、低場核磁共振技術在二氧化碳置換法開采可燃冰中的應用

在甲烷水合物（天然氣水合物）的測量中，核磁共振法通常用于測量樣品中甲烷分子的特征信號。通過分析信號的強度、頻率和形狀，可以推斷出甲烷水合物（天然氣水合物）的含量、飽和度以及樣品中其他相關參數的信息。

總之，核磁共振法的測量原理基于原子核的自旋和磁矩之間的相互作用，利用外部磁場對原子核的能級結構和輻射吸收進行操控和檢測。這種方法可以提供關于樣品中原子核特性和分子特征的豐富信息。

甲烷水合物（天然氣水合物）的合成過程監測