[发明专利]一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备方法和装置。

背景技术

天然气水合物，又称可燃冰，是天然气和水在一定条件下（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度和pH值等）形成的白色结晶化合物，呈笼形结构，遇火即可燃烧。自然界中存在的天然气水合物中主要气体成分为甲烷，所以又常称为甲烷水合物（Methane Hydrates）。天然气水合物作为一种新型的潜在能源，储量巨大，被认为是最有应用前景的能替代石油等化石能源的新能源之一，并且已经被广泛发现存在于海底沉积物和陆地冻土区。

由于天然气水合物均赋存于环境苛刻的高寒地带和海洋深水区，迄今为止鲜有现场开采水合物的报道，其技术难度高，耗资巨大，天然气水合物开采室内模拟实验研究仍是目前国内外研究的重点。为了研究不同开采方法开采多孔介质中天然气水合物的技术特点，国内外从一维到三维设计了许多实验室尺度下的天然气水合物开采模拟实验装置。在研究天然气水合物在多孔沉积物的分解特性之前，首先需要人工合成接近自然界条件下的含水合物沉积物样品。自然界中的水合物藏由于赋存时间长，常常具有水合物饱和度高、自由气浓度低的特点，即水合物藏孔隙中由水合物和水两相填充，并且在一定尺度范围内呈均匀分布状态。如美国阿拉斯加北坡冻土区水合物藏测井数据显示其水合物饱和度高达75%。目前大部分研究者主要将目光放在沉积物中水合物的开采特性研究上，而未特别关注水合物在沉积物中的生成过程与分布特性。

沉积物中常规制备水合物样品均采用单纯的注水注气生成方式，并且通常采取从一个或少数几个点注入气液的方式，气液在沉积物中的分布具有很大的随机性，导致水合物生成以后在沉积物中呈非均匀分布状态，其饱和度也很难达到自然条件下的高饱和度；此外，为了加快水合物的生成速率，生成前常采用增大初始注气量或生成过程中不断补充气体增大压力驱动力的方式，造成生成结束时沉积物孔隙中含有大量自由气，即沉积物孔隙由水合物、自由气和水三相饱和。这些均未真实反映自然条件下沉积物中水合物的赋存状态，对于天然气水合物开采实验模拟结果会造成极大影响。因此，为了更真实模拟沉积物中水合物分解特性，水合物制备需满足以下要求：水合物易生成，生成过程可控，水合物饱和度选择性广，水合物分布均匀性好，实验操作简单安全等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备方法和装置，该方法和装置可以用于制备接近自然条件下的含水合物沉积物体系，其水合物饱和度高，水合物分布均匀，生成过程可控，使实验模型能更真实反映自然环境下水合物生成及分布特性，为综合研究沉积物中水合物分解特性提供可靠的实验基础。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备装置，包括高压反应釜，以及用于调节和控制高压反应釜中气体含量的稳压供气模块，用于实时调节与控制系统压力及溶液的补充的恒压供液模块，用于为高压反应釜提供恒定温度环境的恒温水浴模块，用于控制稳压供气模块和恒压供液模块的自动控制模块，用于采集高压反应釜、稳压供气模块、恒压供液模块、恒温水浴模块的沉积物孔隙度、目标三相饱和度、目标生成压力及温度的数据采集和处理模块，所述高压反应釜由内层反应釜和外层反应釜构成，内层反应釜设在外层反应釜内，内层反应釜内填充有沉积物，内层反应釜外壁面和外层反应釜内壁面之间设有壁面间隙空腔，外层反应釜由筒体、上法兰及下法兰密封，内层反应釜的内层反应釜壁面上布置有若干微孔及过滤网，所述壁面间隙空腔通过微孔及过滤网与内层反应釜内腔相通，在所述外层反应釜顶端和底端分别设有上端气液口和下端气液口，所述稳压供气模块和恒压供液模块分别与上端气液口和下端气液口连接。