[发明专利]基于土工离心机的海洋渗漏型天然气水合物成藏模拟实验装置及方法

说明书

本发明公开一种基于土工离心机的海洋渗漏型天然气水合物成藏模拟实验装置及方法，所述实验装置包括土工离心机、挂篮总成和旋臂搭载设备总成；挂篮总成通过挂篮连接轴与土工离心机旋臂的一端铰接，其包括含天然气水合物土体样品及其固定构件、高压仓、水浴夹套等，旋臂搭载设备总成固定设置在土工离心机旋臂上，用以实现对水合物成藏的温度控制、气源提供及数据采集。该装置及方法在实验室内利用离心机高速旋转产生的离心加速度模拟重力场以提高浮力大小，在不改变气体通量的前提下实现浮力控制的气体渗漏条件下天然气水合物成藏过程的快速高效模拟，巧妙回避现有的气体微通量供给技术限制，使渗漏型天然气水合物成藏过程更接近于自然界现场实际情况。

技术领域

本发明属于天然气水合物成藏实验模拟技术领域，具体涉及一种基于土工离心机的海洋渗漏型天然气水合物成藏模拟实验装置及方法。

背景技术

天然气水合物是由天然气和水在较高的压力和较低的温度条件下形成的一种笼型结晶固体化合物，它广泛分布于自然界中的陆地冻土地层和近海陆坡储层中。按照成藏机制的不同，海洋沉积环境中的天然气水合物系统分为扩散型和渗漏型两类。与扩散型天然气水合物相比，渗漏型天然气水合物具有埋藏浅和储量大的特点，具有更大的开采和利用价值，近年来获得了国内外学者专家更多的关注。

渗漏型天然气水合物成藏的必要条件之一是深部天然气源源不断向上渗漏并穿过天然气水合物温度压力适宜沉积层，深部天然气向上渗漏的驱动力包括静水超压梯度和气水密度差导致的浮力。在自然界中，海洋静水超压梯度通常非常小，深部天然气向上渗漏过程受气水密度差导致的浮力控制，气体渗漏通量通常非常小，比如美国水合物海岭南部海域的气体通量仅为5.4×10^-10m³m^-2s^-1，世界上其它海域的气体通量还更小。在实验室内，考虑到时间成本和技术限制，海洋渗漏型天然气水合物成藏模拟实验所采用的气体通量通常很大，即使可以选择不同气体通量的实验装置，比如申请号为“201010617478.0”，专利名称为“一种模拟渗漏型天然气水合物形成/分解的高压实验系统”的发明专利所公开的技术方案，可选用的最小气体通量也远远大于自然界中真实的气体通量值，此时的气体渗漏受气体出入口压差控制，即受静水超压梯度控制，这与自然界中的真实情况不符，模拟的海洋渗漏型天然气水合物成藏过程代表性较差。

因此，研制一种新的技术方案，以在实验室内实现浮力控制的气体渗漏条件下天然气水合物成藏过程的快速高效模拟，对于天然气水合物成藏室内实验模拟技术的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有的室内模拟实验装置及方法难以实现浮力控制的气体渗漏条件下天然气水合物成藏过程的快速高效模拟，导致模拟的海洋渗漏型天然气水合物成藏过程代表性较差的问题，提出一种基于土工离心机的海洋渗漏型天然气水合物成藏模拟实验装置及方法，巧妙回避现有的气体微通量供给技术限制，达到实验室内模拟海洋渗漏型天然气水合物成藏过程更具代表性的目的。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于土工离心机的海洋渗漏型天然气水合物成藏模拟实验装置，包括土工离心机、挂篮总成和旋臂搭载设备总成；所述挂篮总成通过挂篮连接轴与土工离心机的旋臂的一端铰接，所述挂篮总成为水合物成藏模拟场所，土工离心机为水合物成藏提供至少几十倍重力加速度的离心加速度场；所述旋臂搭载设备总成固定设置在土工离心机的旋臂上，旋臂搭载设备总成通过管路线缆与挂篮总成相连，用以实现对水合物成藏的温度控制、气源提供及数据采集；