[发明专利]两步法制备天然气水合物岩样的实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种两步法制备天然气水合物岩样的实验装置及方法；其技术方案是包括冷库、反应釜、围压泵、供气系统、计算机数据采集系统等，所有实验系统均处在低温冷库中，由冷库自带的温度控制系统调节冷库温度；围压泵输出端与反应釜相连；供气系统的输出端与反应釜相连；气体流量计、温度传感器与计算机采集系统相连，两步法制备天然气水合物岩样的方法，包括：第一步，在岩样中生成水合物，第二步，将甲烷气体压力降低至相平衡压力附近但略高于相平衡压力，使水合物重结晶。利用本发明解决了天然气水合物岩样的制备问题，可获得与实际水合物储层物理力学特性更加接近的水合物岩样，为天然气水合物资源的钻探和开发提供实验支撑。

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物钻探开发领域，特别涉及一种两步法制备天然气水合物岩样的实验装置及方法。

背景技术

我国是世界上最大的能源消费国，能源消费量占全球的 23%，同时我国能源利用率低，结构失衡，作为清洁能源的天然气所占比例较小，石油、煤所占比较较高，近年来全球气候变化引起人们高度重视，低碳节能，优化能源结构，发展清洁能源势在必行。天然气水合物是天然气和水分子结合而成的结晶化合物，它具有资源量大、能量密度高和低污染等优点，被公认为是具有良好前景的重要后续清洁能源，实现天然气水合物资源的开发利用对于推进我国能源工业发展、改善能源消费结构、保障能源安全供应、促进生态文明建设、保持经济社会可持续发展具有重要意义。同时，根据国家重点研发计划，进行天然气水合物试采成为十三五期间的重要能源战略。受水合物相平衡条件的限制，天然气水合物只能在高压低温下存在，很难原位取到水合物地层岩心。在钻孔取芯过程中，载荷的变化会造成水合物地层结构的扰动，压力和温度的变化也会使部分水合物发生分解，取得的岩芯不能真实的反映水合物地层的物理力学特性。因而目前水合物地层的实验研究主要是通过实验室合成含水合物人造岩样进行相关测试。

近年来，尽管人工制备了含水合物岩样，但由水合物是在地层沉积环境中经历漫长的时期形成的，沉积环境复杂，而室内制备是快速合成，合成条件也与实际地层相差较大。如申请号为CN201110353136.7的发明专利公布的水合物沉积物原位生成与分解及其渗透率测量一体化装置，虽然可完成水合物沉积物的原位合成及测试，但水合物制备时先进行加压制备岩样骨架再输入甲烷气和水在岩样孔隙中生成水合物，这与部分水合物以地层骨架的形式存在的实际条件不符，同时也难以精确控制水合物饱和度的实现；该发明制备水合物时是在过冷度极大的情况下使甲烷和水合物快速结晶生成水合物，而实际地层中则是在接近相平衡条件的压力和温度下缓慢生成的水合物，而过冷度越大，会影响水合物晶体的组织形貌和结晶类型，使人造水合物试样的晶格为机械胶结，而不是实际地层的晶格胶结形态，这些会导致制备的含水合物岩样的物理力学特性与实际储层相差较大。

为满足天然气水合物资源钻探和开发的要求，准确获得与实际地层物理力学特性最为相近的水合物人造岩样，亟须研制出能真实反映水合物地层物理力学特性的水合物人造岩样制备方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种两步法制备天然气水合物岩样的实验装置及方法，以获得与实际地层物理力学特性更加接近的水合物岩样制备方法，为天然气水合物资源的钻探和开发提供实验支撑。

本发明提到的一种两步法制备天然气水合物岩样的实验装置，冷库1内安装反应釜2、甲烷气瓶3、气体流量计6、回收气囊15、围压泵17、计算机数据采集系统21、第一放空阀14、第二放空阀19，冷库1可实现-20℃~室温的温度控制，

所述甲烷气瓶3经减压阀4后通过第一高压管线11与反应釜2相连，用来给试样中水合物的生成提供甲烷；

围压泵17通过第二高压管线16与反应釜2相连，用来给反应釜2中的试样施加围压；

第一放空阀14安装在第三高压管线12上，并通过第三高压管线12与反应釜2相连，用来对反应釜2中的甲烷进行放空；