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第1章 绪论 1

1.1 天然气水合物概述 1

1.1.1 天然气水合物结构与基本性质 1

1.1.2 天然气水合物研究意义 4

1.1.3 我国天然气水合物调查研究进展 8

1.2 天然气水合物模拟实验技术进展 13

1.2.1 天然气水合物储层物性参数 13

1.2.2 天然气水合物模拟实验及测试技术 15

1.2.3 存在问题与发展趋势 18

1.3 天然气水合物实验测试技术进展 20

1.3.1 天然气水合物实验测试必要性与现状 20

1.3.2 基于现代分析仪器的水合物实验测试技术体系 24

1.3.3 天然气水合物测试技术研究意义 27

参考文献 27

第2章 X射线衍射实验测试技术 31

2.1 X射线衍射技术简介 31

2.2 天然气水合物晶体结构参数的测定 32

2.2.1 水合物测试基本方法 32

2.2.2 水合物晶体参数测定 35

2.2.3 水合物晶格参数的变化及影响因素研究 42

2.2.4 混合气水合物的结构特征研究 44

2.3 天然气水合物生成分解动力学过程监测 45

2.3.1 水合物原位测试基本实验方法 45

2.3.2 水合物生成分解动力学过程研究 46

2.3.3 水合物“自保护效应”机理研究 47

2.4 野外水合物样品分析与鉴定 47

参考文献 50

第3章 固体核磁共振实验测试技术 53

3.1 固体核磁共振技术简介 53

3.1.1 核磁共振的产生条件 53

3.1.2 核磁共振的基本参数——化学位移 54

3.1.3 固体核磁共振技术简介 54

3.2 天然气水合物结构与客体分子分析技术 56

3.2.1 实验测试技术与方法 56

3.2.2 常见水合物的13C SSNMR谱图及其结构特征 60

3.2.3 水合物孔穴占有率和水合指数计算 65

3.3 水合物生成与分解过程实时监测 66

3.3.1 13C SSNMR测试水合物生成分解过程实验技术与方法 66

3.3.2 13C SSNMR测试水合物生成分解过程原位监测研究 68

3.4 天然气水合物样品分析测试 69

参考文献 70

第4章 激光拉曼光谱实验测试技术 72

4.1 天然气水合物拉曼光谱法研究进展 72

4.1.1 水合物的拉曼光谱特征 72

4.1.2 水合物结构转化的拉曼光谱观测 75

4.1.3 天然水合物样品的分析鉴定 76

4.1.4 水合物的微观动力学过程 77

4.1.5 激光拉曼光谱对水合物的原位探测 77

4.2 激光拉曼光谱测定水合物结构特征参数 79

4.2.1 激光拉曼光谱仪简介 79

4.2.2 光谱仪参数优化 80

4.2.3 水合物样品的制备与测定 81

4.2.4 测试结果与讨论 83

4.3 甲烷水合物拉曼光谱定量分析方法 86

4.3.1 拉曼光谱定量分析基本原理 86

4.3.2 标准曲线的建立 87

4.3.3 甲烷水合物含量的定量计算 90

4.4 甲烷水合物拉曼光谱定量测试实验技术 91

4.4.1 透明耐高压毛细管反应装置 91

4.4.2 高压毛细管样品的制备流程 92

4.4.3 毛细管样品内部甲烷气体压强的估算 94

4.4.4 毛细管内甲烷水合物生成分解过程拉曼光谱监测 96

4.5 甲烷水合物生长动力学过程的拉曼光谱特性 98

4.5.1 甲烷水合物生长过程的侠义与广义诱导时间 98

4.5.2 甲烷水合物“记忆效应” 100

4.5.3 甲烷水合物生长的位置特征 102

参考文献 104

第5章 混合气水合物拉曼光谱原位观测技术 108

5.1 实验技术与方法 108

5.1.1 实验装置与材料 108

5.1.2 实验方法与流程 109

5.2 拉曼定量因子测定 110

5.2.1 拉曼定量因子测定方法 110

5.2.2 甲烷相对定量因子测定 111

5.2.3 二氧化碳相对定量因子测定 113

5.3 甲烷水合物-水两相平衡时甲烷浓度的测定 115

5.3.1 实验步骤 116

5.3.2 结果分析 117

5.4 不同温度下混合气体水合物各组分浓度 120

5.4.1 实验过程 120

5.4.2 结果分析 121

5.5 混合气体水合物甲烷及二氧化碳分配系数 125

5.6 混合气体水合物孔穴占有率及水合指数的测定 126

参考文献 128

第6章 沉积物中水合物的X-CT实验测试技术 130

6.1 天然气水合物X-CT测试技术简述 130

6.1.1 国内外进展 130

6.1.2 仪器原理简介 131

6.2 天然气水合物X-CT测试方法 133

6.2.1 实验设备与装置介绍 133

6.2.2 测试流程 136

6.2.3 实验方法优化 139

6.3 沉积物孔隙或裂隙特征分析 145

6.3.1 孔（裂）隙率计算 146

6.3.2 孔隙、裂隙空间分布特征 146

6.4 水合物在沉积物中的微观分布及饱和度计算 148

6.4.1 水合物在沉积物中的微观分布 148

6.4.2 水合物饱和度计算 151

6.5 动态过程的实时监测 152

参考文献 153

第7章 核磁成像在线观测技术 156

7.1 水合物核磁成像实验技术与方法 156

7.1.1 核磁成像技术的基本原理 156

7.1.2 仪器条件和装置研制 159

7.2 溶液体系中水合物的形成分解过程MRI监测 162

7.2.1 冰融化过程MRI观测 162

7.2.2 四氢呋喃水合物分解过程MRI观测（孟庆国等，2012） 163

7.2.3 四氢呋喃水合物的形成过程MRI观测 168

7.3 多孔介质中二氧化碳水合物的形成过程MRI监测 170

参考文献 172

第8章 天然气水合物低温扫描电子显微镜测试技术 174

8.1 扫描电子显微镜基本原理 174

8.2 低温扫描电子显微镜测试方法 175

8.2.1 仪器介绍 175

8.2.2 实验流程 177

8.3 水合物形貌的分辨方法 179

8.3.1 SEM图像观察法 179

8.3.2 能谱法 180

8.4 水合物表面形貌特征 180

8.4.1 不同结构类型水合物微观形貌特征 180

8.4.2 水合物分解过程表面微观形貌变化特征 186

8.5 含水合物沉积物样品表面微观形貌 187

8.6 小结 190

参考文献 190

第9章 高压差示扫描量热实验测试技术 192

9.1 高压差示扫描量热技术 192

9.1.1 高压差示扫描量热测量原理与设备 192

9.1.2 实验操作流程 193

9.2 水合物相平衡测量方法 194

9.2.1 去离子水-甲烷气体-水合物体系中相平衡点的确定方法 195

9.2.2 盐水-甲烷气-水合物体系中相平衡点的确定方法 196

9.3 水合物分解热测量方法 198

9.3.1 测量水合物分解热实验中需要注意问题 199

9.3.2 气体水合物分解热初步实验结果 201

9.4 在水合物研究中的应用 202

9.4.1 天然气水合物亚稳定状态研究 202

9.4.2 天然气水合物生成过程的传质特征研究 207

参考文献 211

第10章 天然气水合物气体组成分析测试技术 212

10.1 天然气水合物样品保存与处理方法 212

10.1.1 天然气水合物样品保存方法 212

10.1.2 天然气水合物样品分解方法的优化 215

10.1.3 天然气水合物分解气储存容器及储存时效 216

10.1.4 干扰气体（非水合物气）的排除 218

10.2 天然气水合物气体组成分析方法 219

10.2.1 气体成分分析 219

10.2.2 气体碳氢同位素分析 221

10.3 天然气水合物实物样品气体组成及成因分析 222

10.3.1 南海天然气水合物 223

10.3.2 祁连山冻土区天然气水合物 226

10.3.3 青海聚乎更钻探区天然气水合物 229

10.4 混合气体水合物生成分解过程中气体组成的在线监测技术 234

10.4.1 水合物模拟实验-色谱联机监测装置 234

10.4.2 实验方法与步骤 235

10.4.3 水合物形成—分解过程中气体分子组成变化 236

10.4.4 水合物形成—分解过程中气体分子碳氢同位素分馏 239

10.4.5 地质意义 239

参考文献 243

第11章 水合物生成过程流体离子变化及同位素分馏的实验测试技术 245

11.1 实验装置 246

11.2 气体水合物生成过程流体离子变化的测试技术和方法 248

11.2.1 离子浓度的主要测试仪器 248

11.2.2 主要阳离子的测试方法 248

11.2.3 盐度及Cl-浓度的测试方法 249

11.2.4 SO2-4及CO2-3浓度的测试方法 252

11.2.5 水合物离子变化的有效测试技术和方法 259

11.3 气体水合物生成过程同位素分馏的测试技术和方法 260

11.3.1 同位素的主要测试仪器及分析方法 260

11.3.2 甲烷-海水水合物形成过程中C、H、O同位素变化的测试 260

11.3.3 二氧化碳-海水水合物形成过程中C、H、O同位素变化的测试 263

11.3.4 水合物同位素组成变化的有效测试技术和方法 265

11.4 水合物动态聚散过程离子变化及同位素分馏的实验测试 266

11.4.1 甲烷-海水-沉积物水合物动态聚散实验 266

11.4.2 讨论 271

参考文献 272

第12章 气体水合物稳定条件实验测试技术 273

12.1 气体水合物稳定条件 273

12.2 气体水合物稳定条件测试技术 273

12.2.1 水合物稳定条件实验理论与方法 273

12.2.2 实验系统与实验材料 275

12.2.3 样品制备技术 276

12.2.4 测试技术 280

12.2.5 数据处理技术 281

12.3 溶液/海水水合物稳定条件测试 282

12.3.1 NaCl/MgCl2/CaCl2溶液中甲烷水合物稳定条件 282

12.3.2 海水中甲烷水合物稳定条件 283

12.3.3 NaCl溶液中CO2/CO2-N2水合物稳定条件 284

12.3.4 海水中CO2/CO2-N2水合物稳定条件 284

12.4 沉积物体系水合物稳定条件测试 286

12.4.1 石英砂中水合物稳定条件 287

12.4.2 含孔隙水沉积物中水合物稳定条件 288

12.4.3 南海沉积物中甲烷水合物稳定条件 290

参考文献 291

第13章 天然气水合物岩心现场处理与测试技术 295

13.1 天然气水合物岩心处理分析技术 295

13.1.1 天然气水合物钻探取心及取样技术 295

13.1.2 岩心处理与分析现状 296

13.2 样品处理与测试流程 298

13.2.1 保压岩心样品处理流程 298

13.2.2 非保压岩心样品处理流程 300

13.3 岩心样品现场测试技术方法 301

13.3.1 岩心的物性参数测试技术 301

13.3.2 地化参数测试方法 305

参考文献 307