[发明专利]一种快速合成天然气水合物样品的方法

说明书

本发明涉及一种快速合成天然气水合物样品的方法，该方法首先使用冰粉制作系统在低温环境下制作合适粒径的冰粉，将冰粉按照目标赋存形态与赋存环境进行匹配，并填充到反应釜的样品腔中。通过向反应釜内通入水合物形成气，并调整反应温度与压力，使冰粉与水合物形成气逐步合成水合物样品。当水合物样品合成速率明显下降时，将反应温度提高至冰点以上、水合物的相平衡温度以下，促使冰融化为水，提高水合物合成速率。然后再将反应温度降低至冰点以下。如此反复降温升温过程，直至冰粉完全转化为天然气水合物样品，并形成预期的水合物样品形态。

技术领域

本发明属于天然气水合物勘探开发与水合物利用技术领域，具体涉及一种快速合成天然气水合物样品的方法。

背景技术

天然气水合物已成为油气工业界长期以来的研究热点，其研究方向涵盖了水合物资源潜力、水合物利用潜力、水合物防治与水合物对环境的潜在影响等诸多方面。上述研究中往往需要考察水合物形成与分解过程的微观变化，从而实现对相关技术的改进与完善。但自然界天然气水合物样品特别是高纯度水合物样品不易获取，水合物研究中所需样品往往采用人工合成样品。通过实验模拟合成天然气水合物样品，不仅可考察水合物形成控制因素，而且可用于水合物分解模拟研究，为水合物相关技术改进与完善提供便利条件。

天然气水合物模拟研究现阶段开展得比较多。专利文献US9255234提出了一种以冰浆合成水合物的装置，包括冰浆生成单元、冰浆运送管路、水合物生成单元、水合物浆运送管路以及水合物浆分解单元等部件。以装置各组成部件的功能为主，反应介质为冰浆与气体，形成的是水合物浆，不是自然界水合物的常见形态，且未涉及加速反应技术。专利文献CN105259003A(一种合成海洋天然气水合物样品的实验装置和方法)，在水合物合成方法部分，公开了一种基于真实海底沉积物样品物性特征的多孔介质中水合物的合成技术，采用冰粉与甲烷气体合成水合物，可以合成各种预定形态的水合物样品。但反应介质局限于自然条件下的多孔介质，反应气体局限于甲烷；更重要的是反应过程中未使用任何加速反应技术，致使反应速度很慢。论文文献“甲烷水合物在冰粉石英砂混合物中的生成过程”研究了不同压力与特定温度条件下，特定粒度的石英砂与冰粉颗粒混合介质中甲烷水合物的形成过程，考察了压力对反应体系中甲烷水合物形成速度的影响。研究中所用反应介质局限于多孔介质，参与反应的气体局限于甲烷，且没有采用促进水合物合成速度的方法。

目前天然气水合物的实验模拟研究多以甲烷气体与水为反应物，气-液体系中合成的水合物形态不易控制，难以合成预定形态水合物。水合物合成研究中以冰粉替代水作为反应物，可以较好地达到控制水合物形态的目的。但冰粉在转化为水合物的过程中，随着冰粉外层水合物的形成，气体向冰晶格中的传质变得越来越困难，由冰直接形成水合物的速度会变得极其缓慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种快速合成天然气水合物样品的方法，该方法用冰粉取代水作为水合物样品合成的反应物，实现对预期合成的水合物样品形态的控制；同时采用反复升温降温的方法，反复地将被水合物样品包裹的剩余冰粉溶解为水，加快水合物样品的生成速率。

为此本发明提供了一种快速合成天然气水合物样品的方法，其包括以下步骤：

A，将冰粉以目标水合物合成形态填入反应釜的样品腔中，然后在低于冰点的恒定反应温度下，将水合物形成气注入反应釜至釜内压力高于生成水合物样品所需的压力，使所述水合物形成气与冰粉持续合成水合物样品；

B，当釜内压力的降低速率低于0.2MPa/天时，将反应温度提高并恒定在冰点以上、水合物样品的相平衡温度以下，使剩余冰粉融化为水，所述水与水合物形成气继续合成水合物样品；

C，将反应温度降低并恒定在冰点以下，使剩余的水转化为冰粉；所述冰粉与水合物形成气进一步合成水合物样品；

D，重复步骤B-C，直至冰粉完全转化为水合物样品。