[发明专利]一种天然气水合物试样制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种试验样品的制作方法，尤其涉及一种天然气水合物试样的制作方法。

背景技术

天然气水合物是由水和天然气在高压和低温条件下形成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。天然气水合物是一种洁净的能源，被誉称为21世纪新能源。其中，甲烷的能源密度（在标准状况下每单位岩石体积中的甲烷体积）很大，是煤和黑色页岩的10倍，天然气的2.5倍。

天然气水合物在自然界广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。天然气水合物的形成条件：低温，温度一般低于10℃；高压，压力一般高于10MPa；充足的天然气（烃类，以甲烷为主）气体来源；有利的水合物赋存空间。天然气水合物形成的气体来源主要是：存在于深部的有机质受热解作用所产生的气体并向上运移；微生物降解沉积物中有机质而产生的气体；火山作用产生的气体；大气溶解。根据对以上条件的分析和探测，天然气水合物主要分布于高纬度陆地（冻土带)和海底。据统计，90％海域均含有天然气水合物，分布于各大洋边缘海域的陆坡、陆隆以及盆地与部分内陆海，在特殊环境中，则可以在海底表面富集。天然气水合物作为21世纪的新能源，对人类发展具有重要的意义，为此，开展模拟水合物的生成等天然气水合物基础研究是十分必要的。

原状水合物沉积物岩芯获取的成本高，难度大，而实验室内人工合成天然气水合物具有很多的优点，如参数可以控制，成本低等，因此目前天然气水合物相关的力学特性试验的试样主要是通过实验室内人工合成的天然气水合物沉积试样。现有的制作天然气水合物试样多采用反应釜中加入水和沙子，再通入气体，通过控制温度和压力来生成水合物试样，或者是将纯甲烷水合物粉末和沙子在低温环境中混合，在压力成型机器中做成型。传统的水合物试样制作方法无法真实模拟海底天然气水合物的生成，而且不能控制水合物的孔隙比、饱和度。

发明内容

本发明的目的是克服现有天然气水合物试样制作中的不足，提供了一种能够控制孔隙比的天然气水合物试样制作方法。

本发明采用如下技术方案：

1. 一种天然气水合物试样制作方法：步骤如下：

1）、按照标准岩石试样的大小制作相应的模具；

2）、筛选符合粒径要求的沙子；

3）、将冰块粉碎成符合粒径要求的冰粉；

4）、将步骤2和步骤3中的沙子和冰粉充分搅拌均匀；

5）、将步骤4配置好的冰沙混合物装入步骤1的模具中，压铸成型；

6）、在一定的压力和温度的环境中，在步骤5制作好的坯样的上下两个端面通实验气体，同时，控制温度使步骤5制作好的坯样中的冰粉融化；

7）待气体在坯样中充分溶解，降低温度，生成水合物，完成试样的制作。

2.本发明所述的一种天然气水合物试样制作方法，其特征在于：步骤5中所述的坯样的孔隙比可根据需要控制。

3. 本发明所述的一种天然气水合物试样制作方法，其特征在于：步骤6所述的实验气体包括：甲烷、乙烷、二氧化碳、氮气等可形成水合物的气体。

附图说明

图1是本发明制作天然气水合物试样流程示意图；

图2是本发明天然气水合物试样制作成型后示意图；

图中各标记如下：1活塞杆、2外部缸体、3（超）导磁体温度控制器、4拼合卡扣、5套筒、6围压注油孔、7底座、8底部注气孔、9围压回油孔、10密封环、11下渗流板、12试样、13上渗流板、14上部注气接口、15上部压力砧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明：

1. 一种天然气水合物试样制作方法：步骤如下：

1）、按照标准岩石试样的尺寸制作相应的模具；

2）、筛选符合粒径要求的沙子；

3）、将冰块粉碎成符合粒径要求的冰粉；

4）、将步骤2和步骤3中的沙子和冰粉充分搅拌均匀；

5）、根据实验需要计算孔隙比。

 -土中孔隙体积

 —土粒体积

首先，计算得出冰粉与沙粒混合物的孔隙比 ；假设混合物的初始高度为 ，受压后的混合物的高度为 ，则 ，为压力 作用下混合物的压缩量。根据土力学中孔隙比的定义以及混合物体积不会变化，且令，同时混合物受压前后横截面积不变，从而得到：

所以得到实验所需的孔隙比：或在已知实验所需孔隙比条件下混合物所需要压缩的高度 ；