一种天然气水合物组分运移PET成像方法与流程

技术领域天然气水合物试验技术领域

背景技术：
了解天然气水合物储层降压分解输运过程是实现天然气水合物高效开采的关键，天然气水合物储层对降压的响应过程、水合物分解产气的控制因素、流体运移模式等关键问题，都需要借助有效的观测手段来进行研究。目前对于水合物成像观测的手段主要有常规x光ct、核磁共振成像等，研究的内容以含水合物沉积物物质组分、含水合物沉积物中水合物的赋存形式、水合物的合成和分解过程等为主，而关注于含水合物沉积物降压响应过程、含水合物沉积物中流体动态输运过程的研究非常有限，这主要是因为缺乏良好的物质标记和示踪技术手段。x光ct、核磁共振成像等成像观测技术只能提供样品内部结构、物质组分等信息，而不能动态地表征样品内部特定组分的运移过程，因此无法用来研究天然气水合物储层降压分解输运过程，制约了对水合物储层产气过程的理解。

技术实现要素：
本发明提供一种能够识别天然气水合物降压分解输运过程的成像方法，对含水合物沉积物降压响应过程、含水合物沉积物中流体动态输运过程进行成像，有利于科学认识对水合物储层产气过程。其特征是用正电子放射性氟核素¹⁸f标记可燃冰系统中的液态组分，形成氟溶液，氟核素衰变时发射的正电子与水中的负电子发生湮灭，以能量的形式产生两个互成180度的γ光子(511kev)，γ光子穿透能力强，具有自准直特性，且核素衰变情况不受实验室温压条件的影响，这些成对的湮没光子被pet探测器侦测到后，数据重组图像重建，识别可燃冰体系中的组分运移过程。

天然气水合物相态变化成像方法的主要技术方案由两个部分构成：天然气水合物制备及开采模拟一体化装置，核素pet探测成像装置。天然气水合物制备及开采模拟一体化装置特征为：天然气水合物反应釜1，高密封接口2，温压监控端3，流体循环管路4，气体循环管路5，甲烷气体存储罐6，压力控制端7，流体收集端8；核素pet探测成像装置特征为：pet探测器9，探测器固定环10，和试验台11构成。试验的研究对象为甲烷水合物，甲烷气体储存在甲烷气体存储罐6中，通过气体循环管路5输运至天然气水合物反应釜1进行原位天然气水合物的合成，试验前在天然气水合物反应釜1中加入放射性核素使其参与水合物合成过程并起到示踪标记的作用，高密封接口2确保水合的合成并避免放射性核素的泄漏，压力控制端7控制天然气水合物反应釜1的压力变化，流体收集端8通过流体循环管路4收集天然气水合物反应釜1中流出的液体组分，将天然气水合物反应釜1置于试验台11上，温压监控端3实时监测天然气水合物反应釜1中为温度和压力条件，天然气水合物反应釜1中的氟溶液发射出的光信号被pet探测器9接收，pet探测器9的位置由探测器固定环10固定，最终实现天然气水合物降压分解输运过程的成像。

基本原理与技术正电子放射性核素在衰变时会发射正电子，正电子的质量与电子相等，电量与电子的电量相等，符号相反。当正电子遇到电子后会湮没产生两个互成180度的γ光子(511kev)，γ光子被探测器侦测到后由光电倍增管(pmt)转化为电信号，信号处理数据重建后实现图像重建。利用该原理，用氟核素标记水形成氟溶液，实现天然气水合物体系的液体标记，通过改变温压条件研究天然气水合物降压分解输运过程的成像，深化降压开采中水合物分解产物在储层中的输运规律的认知。

天然气水合物组分运移成像方法的主要技术方案由两个部分构成：天然气水合物制备及开采模拟一体化装置，核素pet探测成像装置。

天然气水合物制备及开采模拟一体化装置特征为：由天然气水合物制备及开采模拟一体化装置特征为：天然气水合物反应釜1，高密封接口2，温压监控端3，流体循环管路4，气体循环管路5，甲烷气体存储罐6，压力控制端7及流体收集端8构成。甲烷气体储存在甲烷气体存储罐6中，通过气体循环管路5输运至天然气水合物反应釜1进行原位天然气水合物的合成，试验前在天然气水合物反应釜1中加入放射性核素使其参与水合物合成过程并起到示踪标记的作用，高密封接口2确保水合的合成并避免放射性核素的泄漏，压力控制端7控制天然气水合物反应釜1的压力变化，流体收集端8通过流体循环管路4收集天然气水合物反应釜1中流出的液体组分。

核素pet探测成像装置特征为：由pet探测器9，探测器固定环10，和试验台11构成。将天然气水合物反应釜1置于试验台11上，温压监控端3实时监测天然气水合物反应釜1中为温度和压力条件，天然气水合物反应釜1中的氟溶液发射出的光信号被pet探测器9接收，pet探测器9的位置由探测器固定环10固定，最终实现天然气水合物降压分解输运过程的成像。

附图说明图1为天然气水合物组分运移pet成像系统模型图；

1：天然气水合物反应釜；2：高密封接口；3：温压监控端；4：流体循环管路；5：气体循环管路；6：甲烷气体存储罐；7：压力控制端；8：流体收集端；9：pet探测器；10：探测器固定环；11：试验台；

具体实施方式1.首先将储存在甲烷气体存储罐中的甲烷气体通过气体循环管路输运至天然气水合物反应釜进行原位天然气水合物的合成。试验前在天然气水合物反应釜中加入放射性核素使其参与水合物合成过程并起到示踪标记的作用，高密封接口确保水合的合成并避免放射性核素的泄漏。

2.通过压力控制端控制天然气水合物反应釜的压力变化，流体收集端通过流体循环管路收集天然气水合物反应釜中流出的液体组分。

3.将天然气水合物反应釜置于试验台上，温压监控端实时监测天然气水合物反应釜中为温度和压力条件，天然气水合物反应釜中的氟溶液发射出的光信号被pet探测器接收，pet探测器的位置由探测器固定环固定，最终实现天然气水合物降压分解输运过程的成像。

技术特征：

1.一种能够识别天然气水合物组分运移的成像方法，分为两个部分构成：天然气水合物制备及开采模拟一体化装置，核素pet探测成像装置部分；所述天然气水合物制备及开采模拟一体化装置特征为：由(1)天然气水合物反应釜，(2)高密封接口，(3)温压监控端，(4)流体循环管路，(5)气体循环管路，(6)甲烷气体存储罐，(7)压力控制端及(8)流体收集端构成，甲烷气体储存在(6)甲烷气体存储罐中，通过(5)气体循环管路输运至(1)天然气水合物反应釜进行原位天然气水合物的合成，试验前在(1)天然气水合物反应釜中加入放射性核素使其参与水合物合成过程并起到示踪标记的作用，(2)高密封接口确保水合的合成并避免放射性核素的泄漏，(7)压力控制端控制(1)天然气水合物反应釜的压力变化，(8)流体收集端通过(4)流体循环管路收集(1)天然气水合物反应釜中流出的液体组分；核素pet探测成像装置特征为：由(9)pet探测器，(10)探测器固定环及(11)试验台构成，将(1)天然气水合物反应釜置于试验台上，(3)温压监控端实时监测(1)天然气水合物反应釜中为温度和压力条件，(1)天然气水合物反应釜中的氟溶液发射出的光信号被(9)pet探测器接收，(9)pet探测器的位置由(10)探测器固定环固定，最终实现天然气水合物降压分解输运过程的成像。

技术总结
本发明提供一种能够识别天然气水合物降压分解输运过程的成像方法，对含水合物沉积物降压响应过程、含水合物沉积物中流体动态输运过程进行成像，有利于科学认识对水合物储层产气过程。其特征是用正电子放射性氟核素18F标记可燃冰系统中的液态组分，形成氟溶液，氟核素衰变时发射的正电子与水中的负电子发生湮灭，以能量的形式产生两个互成180度的γ光子(511keV)，γ光子穿透能力强，具有自准直特性，且核素衰变情况不受实验室温压条件的影响，这些成对的湮没光子被PET探测器侦测到后，数据重组图像重建，识别可燃冰体系中的组分运移过程。

技术研发人员：李守定;刘丽楠;孙一鸣;李晓;柴培;章志明;魏龙
受保护的技术使用者：中国科学院地质与地球物理研究所
技术研发日：2019.08.26
技术公布日：2019.12.03