海底低渗漏气液流体渗漏速率原位观测系统及分析方法

本发明涉及海底数据监测分析，特别是一种海底低渗漏气液流体渗漏速率原位观测系统及分析方法。

背景技术：

1、随着社会与经济的快速发展，陆上资源越来越匮乏，而海洋蕴含着丰富的自然资源，是尚未被人类完全了解的最大的潜在能源基地。海底冷泉天然气水合物在全球海洋环境中广泛分布，据估计，全球海洋环境中发育着900多处冷泉活动区。海底冷泉、天然气水合物分解是海底沉积物与海水界面之间的渗流现象，大量的流体和地球化学成分从沉积物表面排出，是海洋油气与水合物共生区广泛存在的自然现象。以甲烷为例，主要以天然气水合物、石油、浅层气等形式封存在海底沉积物中。然而，一部分甲烷分子穿过沉积物地层裂缝，逃离海洋系统，逃逸到大气层中，每年全球海床释放到大气中的甲烷等烃类气体约上亿吨。

2、实现渗漏流体通量测量及采样，对海洋资源开发、生态保护，海洋工程安全具有重要意义。测量海底渗漏流体的最大问题是其通量范围广，这就需要多种技术，每种技术适用于此通量范围的某个子集，各自具有独特的优势和局限性。另外，针对低渗漏流体通量的检测技术及方法较少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种海底低渗漏气液流体渗漏速率原位观测系统及分析方法，结合流体输运化学测量与体积排空，实现对海底气、液流体的低渗漏通量的观测及原位取样。

2、本发明的技术方案是：一种海底低渗漏气液流体渗漏速率原位观测系统，包括气液分离机构，其中，还包括：

3、渗漏流体收集室；

4、气体储存箱，盛装有第二示踪剂溶液，与气液分离机构之间通过气流管路连接，气流管路上设有电磁阀；

5、两组样品管卷，分别通过渗透泵与示踪剂箱连接；

6、示踪剂箱，内部设有盛装第一示踪剂溶液的柔性示踪剂袋；

7、水流管道，分别与气液分离机构、气体储存箱、样品管卷和柔性示踪剂袋连接。

8、本发明中，所述气液分离机构和气体储存箱设置在渗漏流体收集室的顶部，渗漏流体收集室的顶部设有出口，出口与气液分离机构之间连接；

9、气液分离机构内设有液位传感器，液位传感器的上端和下端分别设有第一探头和第二探头，水流管道的一端设置在气液分离机构内。

10、水流管道的底端设置在气液分离机构内，水流管道的另一端呈开口状；

11、当渗漏液体在海底表层由下向上流动时，渗漏液体从水流管道的底端流入；

12、当渗漏液体在海底表层由上向下流动时，渗漏液体从水流管道的开口端流入；

13、第一样品管卷设置在靠近水流管道底端的一侧，第二样品管卷设置在靠近水流管道的开口端的一侧。

14、示踪剂箱包括示踪剂箱体和位于示踪剂箱体内的柔性示踪剂袋，示踪剂箱体且柔性示踪剂袋的外侧盛装有过饱和nacl溶液。

15、两组样品管卷内均盛装有去离子水；

16、样品管卷的液体出口通过渗透泵与示踪剂箱体连接，样品管卷的液体入口与水流管道连接；

17、渗透泵包括渗透膜和位于渗透膜两侧渗透泵体，在示踪剂箱体和样品管卷内溶液的浓度压差作用下，启动渗透泵动作。

18、本发明还包括一种利用上述海底低渗漏气液流体渗漏速率原位观测系统来分析气液流体渗漏速率的方法，包括以下步骤：

19、s1、将该系统放置于指定区域的海底沉积物表面，海底渗漏流体进入该系统内，同时气体储存箱中的第一示踪剂溶液和柔性示踪剂袋中的第二示踪剂溶液注入该系统中；

20、s2、回收该系统，将样品管卷分割成数节，对各节样品管卷中的流体分别进行测量，流体在各节样品管卷内按照时间序列连续分布，通过样品管卷中示踪剂的分布、及浓度含量，确定渗漏流体的流动方向和速率。

21、步骤s1包括以下步骤：

22、s1.1、将该系统放置在海底沉积物表面，海底渗漏流体进入流体收集室内，并通过出口进入气液分离机构内；

23、在气体的压力作用下，气液分离机构中液体不断流入水流管道内，当液体的液面下降至第二探头处时，气液分离机构和气体储存箱之间的气流管路上的电磁阀打开，气液分离机构内的气体瞬间进入气体储存箱内，气体储存箱内的第二示踪剂溶液被注入水流管道内；

24、s1.2、样品管卷内的溶液和示踪剂箱内的溶液之间存在浓度压差，渗透泵动作，将样品管卷中的液体抽取至示踪剂箱内，挤压示踪剂箱内的柔性示踪剂袋，柔性示踪剂袋中的第一示踪剂溶液被挤压注入水流管道内，同时在渗透泵的驱动作用下，水流管道的液体也不断补入样品管卷中，形成示踪剂注入与样品回收的连续过程。

25、步骤s2中，分析各节样品管卷中示踪剂在样品中的浓度和流体中的离子浓度，根据示踪剂或流体在样品管卷中的分布模式，得到四种不同的流体渗流方向、以及总流体通量和渗透泵流量的大小关系：

26、当第一样品管卷内只有第一示踪剂，且第二样品管中为流体与第一示踪剂的混合物时，泄漏液体向下渗流，且总流体通量q小于与第二样品管卷连接的第二渗透泵的流量p2；

27、当第一样品管卷中为流体与第一示踪剂的混合物，且第二样品管卷中只有流体时，渗漏液体向下渗流，且总流体通量q大于第二渗透泵的流量p2；

28、当第一样品管卷中为流体、第一示踪剂与第二示踪剂的混合物，且第二样品管卷中只有第一示踪剂时，渗漏液体向上渗流，且总流体通量q小于与第一样品管卷连接的第一渗透泵的流量p1；

29、当第一样品管卷中只为流体和第二示踪剂的混合物，且第二样品管卷中为流体、第一示踪剂和第二示踪剂的混合物时，渗漏液体向上渗漏，且总流体通量q大于第一渗透泵的流量p1。

30、当渗漏液体从下向上渗流、且q<p1时，

31、，

32、其中，表示第二样品管卷中第一示踪剂浓度的比值，此时；表示第一样品管卷中第一示踪剂浓度的比值；，为样品管卷中示踪剂化学品的浓度，为观测实验前示踪剂化学品的浓度；q表示总流体速率；a表示渗漏流体收集室的底面积；

33、，

34、，

35、其中，表示第一样品管卷中第二示踪剂浓度的比值，表示渗漏气体通量，表示渗漏气体速率，表示渗漏液体速率；

36、渗漏液体从下向上渗流且q>p1时，

37、，

38、其中，；

39、，

40、。

41、渗漏液体从上向下渗流时，渗漏液体中不存在气体，当q<p2时，

42、，

43、此时，；

44、当渗漏液体从上向下渗流且q>p2时，

45、，

46、此时，。

47、本发明的有益效果是：

48、本技术结合流体输运化学测量与体积排空，提出了一种海底气液渗漏通量原位监测系统以及基于该系统的分析方法，用于观测海底气、液流体的低渗漏通量；

49、通过示踪剂的释放与抽取回收，并将回收的示踪剂保存在样品管卷中，在实验室分析样品管卷中示踪剂的分布模式，以便确定流量的序列记录，并且能够分别测量出渗流中的液体及气体的通量速率。