[发明专利]一种海底天然气水合物的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及海底天然气水合物的实验室模拟技术领域，更具体涉及一种海底 天然气水合物的制备方法，同时还涉及一种海底天然气水合物的装置，并且该设 备可以在模拟海底以上两种模式形成水合物样本后进行天然气水合物的分解相 平衡条件测试。

背景技术

天然气水合物是甲烷CH₄等天然气体分子在一定压力和温度条件下，被吸入 到笼形水分子团结构的空隙中，从而形成一种固体状物质。作为一种战略性替代 能源，天然气水合物具有巨大的商业开发价值，预计在本世纪的能源消费结构中 将占据主要地位。随着石油和天然气资源的日益短缺，开发天然气水合物这一新 型替代能源就显得尤为迫切。同时，天然气水合物不合理的开发会引起海底的地 质滑坡和甲烷气体的大量释放进入大气，这样会严重危险海洋构筑物的安全并且 引起全球变暖。因此，针对海底天然气水合物的研究是未来大规模开发利用天然 气水合物的必然要求，其具有非常重要战略意义。

海底天然气水合物稳定于高压低温条件下，在常温常压条件下会分解，很不 稳定，所以从海底取样用于实验室研究很不现实。所以实验室模拟海底天然气水 合物的形成制样是很关键的。海底水合物的形成可以分为本地非迁移气体合成和 异地气体迁移合成，迁移合成按迁移模式又分为气体扩散迁移和渗漏迁移两种模 式。

目前针对含天然气水合物沉积物的相关研究尚处于起步与探索阶段，目前 已有的测试与制样方法都是主要集中于本地非迁移气体合成水合物。主要有三 种：一是将预先制得粉末状固体水合物与土颗粒混合，然后把制成的混合物放入 低温的环境中以开展实验；二是直接在土样孔隙中生成天然气水合物。首先将具 有一定含水量或含冰量的土样放入实验装置内，利用真空泵抽真空后注入天然气 体并施加一定压力，然后降低温度形成含天然气水合物沉积物试样。三是直接向 低温饱和土样中施加高压气体在土孔隙中形成水合物。以上所述第一种方法离自 然原位水合物生成模式相差甚远；第二种方法是土样内部的气体在封闭环境中与 水或冰结合生成水合物，这种方法生成的试样孔隙中只含有水合物和游离气体， 而通过气体扩散形成的水合物分布广泛，分布区内天然气通量非常低，相应的水 合物稳定带中没有游离气存在。第三种方法，由于在气体在气水界面生成的致密 水合物层的扩散系数很低，将导致水合物生成时间相当的长，将使试样孔隙中水 合物分布不均匀。因此以上现有的制备方法要么无法真实反映海底天然气水合物 形成的实际情况，要么反应时间较长，无法满足试验的要求。针对于这一问题， 本装置主要解决了海底气体扩散迁移形成天然气水合物的制样问题。

因此，目前还尚无一套成熟准确模拟海底天然气水合物形成过程的制备方 法与装置被公开和使用。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种海底天然气水合物的制备方法，该制备方法 主要是模拟海底气体扩散迁移至合适的温压条件形成天然气水合物。能较准确的 反映海底天然气扩散迁移的形成水合物的过程，并且提高沉积物中水合物的形成 速率，缩短了试验时间。

本发明的另一个目的是在于提供了一种海底天然气水合物制备方法的装置， 该装置结构简单，使用方便，能准确模拟海底天然气水合物扩散迁移形成天然气 水合物，保证了天然气水合物的形成只是在由于天然气体在水中的扩散形成水合 物并进行分解相平衡测试。另外，本装置还可以进行海底天然气本地非迁移形成 天然气水合物的制备与分解相平衡测试。

本发明的目的是这样实现的：

本发明其构思是：通过将溶有气体的水在低温土样中进行循环，使得在合适 的压力与温度条件下，溶于水中的气体与水结合形成天然气水合物填充于土样孔 隙中。在溶气水循环线路中，没有游离气存在，从而实现了在实验室中快速准确 地模拟海洋环境中含天然气扩散迁移形成水合物沉积物的形成模式。最后可以加 热分解天然气水合物试进行相平衡条件的测试，也可以储存水合物以待后期实验 研究。其原理符合现场原位模式、结构相对简单，造价低廉，可以为大多数科研 单位装备。

一种能有效模拟海底天然气水合物形成过程的制备方法(简称试验方法)， 其步骤如下：

1)试样的安装：将土样按设定密度(模拟海底水合物稳定层土壤密度 1.5g/cm³～2.5g/cm³)、含水率(2％-40％)均匀装入高压反应容器中，安装密封 好气-水混和与分离高压容器。