[发明专利]一种天然气水合物生成与分解测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物(Natural Gas Hydrates，NGH)测试方法，特别是关于一种在海洋技术领域中一维填砂模型的天然气水合物生成与分解测试方法及装置。

背景技术

天然气水合物是由天然气和水分子组成的类冰状的固态结晶体，天然气主要由甲烷组成，故也称为甲烷水合物。因含大量的甲烷气体而具有极强的燃烧力，可以直接燃烧，所以又俗称为“可燃冰”。天然气水合物的能量密度很高，可以产生大量的甲烷气体，而且天然气水合物的储量非常丰富，燃烧天然气水合物只产生二氧化碳和水，不会污染环境，是一种难得的绿色洁净能源。天然气水合物作为一种潜在的能源具有广阔的前景和发展空间，对缓解人类面临的能源枯竭危机具有举足轻重的作用。

目前，常用的检测天然气水合物的生成和分解的方法有光学方法、声学方法和电学方法等。例如，天然气水合物在纯水中的生成和分解可以根据光通率的变化进行判断，在一定的压力下降低温度，水合物大量生成时光通率突然降低，此后慢慢升温，水合物分解时光通率又突然上升。但是为了模拟海洋天然气水合物，需采用水、砂、甲烷等混合物，因其不透明，光通率检测方法就无能为力了。其它的检测方法，如超声检测方法、时域反射(TDR)技术和成像(CT)技术等，也可以直观、准确、定量观察和计算天然气水合物的生成和分解。但是这些测试方法设计复杂、成本较高，而且无法满足要反应出天然气水合物生成时的晶核形成及生长过程的要求，也不能较精确的检测天然气水合物生成、分解时的基础物性变化情况。

电阻法测定沉积物中生成的小体积水合物已经成功地运用到CO₂-水-沉积物体系中。但电阻法不能用于甲烷-纯水-沉积物体系，因为电阻法是基于溶液中离子含量的变化而引起导电率变化，而甲烷在水溶液中很难电离，离子变化太少因此难以测定。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能监测天然气水合物合成量大小及其在合成与分解时基础物性参数变化情况，并能反应出天然气水合物生成时晶核形成及生长过程的天然气水合物生成与分解测试方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种天然气水合物生成与分解测试方法，其包括以下步骤：1)向一维填砂电阻率模型管内填满砂粒，盖上端盖，检查模型管的密封性，然后将模型管放入一恒温箱内；2)向模型管注入水和甲烷气体，由恒温箱保持恒温状态，使天然气水合物逐渐生成，并由设置在模型管管壁上的热电偶、压力传感器和电极，分别检测模型管内的温度、压力和电阻率随时间的变化值，检测到的数据传输到一数据采集模块中记录存储；3)天然气水合物分解时，模型管通过一回压控制模块，使模型管打开，模型管内的压力缓慢降低，天然气水合物开始逐渐分解；或者向模型管内注入热水，使天然气水合物逐渐分解；4)将天然气水合物分解后产生的水和甲烷气体通过一计量模块进行计量，计量后的数据传输到数据采集模块中，同时在分解过程中，由热电偶、压力传感器和电极检测模型管内的压力、温度和电阻率随时间的变化值，并传输到数据采集模块中进行记录存储。

所述模型管的一端设置有一端盖，所述端盖上设置有一进液管和一进气管，所述模型管的另一端设置有一出口管，所述模型管的管壁上间隔设置有一个以上压力传感器、一个以上热电偶和一个以上的电极。

所述模型管为不锈钢梯度实验管。

一种实现所述测试方法的天然气水合物生成与分解测试装置，其特征在于：它包括一供液模块和一供气模块，所述供液模块和供气模块通过管路分别连接一天然气水合物的生成与开采模拟模块的两个进口，所述生成与开采模拟模块设置在一环境模拟模块内，所述生成与开采模拟模块的出口通过一回压控制模块连接一计量模块，所述计量模块、生成与开采模拟模块、供气模块和供液模块连接到一数据采集模块。

所述生成与开采模拟模块包括一个一维填砂电阻率模型管，所述模型管的一端设置有一端盖，所述端盖上设置有一进液管和一进气管，所述模型管的另一端设置有一出口管，所述模型管的管壁上间隔设置有一个以上压力传感器、一个以上热电偶和一个以上的电极。

所述模型管为不锈钢梯度实验管。

所述环境模拟模块为一环境恒温箱，用于调整所述生成与开采模拟模块的环境温度。