[发明专利]块状天然气水合物样品制备与分解系统

说明书

本发明公开一种块状天然气水合物样品制备与分解系统，包括水合物合成与压制子系统、水合物破碎分解与计量子系统、保压转移球阀等，保压转移球阀设置在水合物合成与压制子系统和水合物破碎分解与计量子系统之间，通过保压转移球阀连接两个子系统，实现水合物样品合成与破碎分解两个系统的一体化，最大保障样品质量，减小实验干扰因素，在具备合成块状水合物样品能力的基础上，控制水合物块体的密实程度，同时实现样品保压转移和旋转破碎，最终实现获取不同破碎流化工艺下水合物分解产气特征等功能，采用分体式设计，更加科学合理，可有效避免水合物块体因降压产生膨胀或分解；为渗漏型水合物资源开采工艺研发和产能预测等工作提供有效数据支撑。

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物实验模拟与分析测试领域，具体涉及一种块状天然气水合物样品制备与分解系统，能够模拟合成呈厚层状、脉状、结核状等产状赋存水合物，并开展块状水合物破碎流化分解动力学特征实验。

背景技术

近年来以甲烷为主要成分的天然气水合物(简称水合物)作为一种资源量巨大的新型能源受到了世界各国的关注(Collett等，2015；Boswell等，2019)。截止目前，中国和日本等国家分别开展了四次海域天然气水合物试开采，逐步验证了水合物资源的开发可行性。但是，目前实施的天然气水合物试开采均以扩散型水合物矿体为目标进行工程方案设计和开采工艺研发，对产状以团块状为主的渗漏型水合物开采技术研发仍处于摸索阶段。

海底含烃类成分的流体沿断层或构造薄弱带等渗漏通道运移至浅表层适当的温压环境后，可形成肉眼可见的块状水合物，呈结核状、透镜状或层状等形态。其中，赋存于泥火山、泥底劈或麻坑等特殊地质体的浅表层水合物埋藏浅、饱和度高，具有较强的开采潜力(龚建明等，2018；刘杰等，2016)。在水合物储层资源潜力与开采难度金字塔模型中(Boswell等，2006)，块状水合物占据重要位置。由于其成藏模式和分布特征与孔隙充填型水合物明显不同，原位分解采气方法适应性普遍较差。因此，需要借助模拟实验等技术手段，快速准确的获得一批用于块状水合物开采的物性参数，为研发该类型水合物开发工艺提供有效支撑。

现有技术中，已公布的水合物样品制备方案主要分为两个类别，除了针对沉积物中均匀合成扩散型水合物样品(授权号CN103528865B等)以外，块状水合物(渗漏型水合物)样品制备主要有四类，分别是：(1)基于喷淋，鼓泡供气的水合物合成(公告号CN107875991A,授权号CN110305706B)；(2)压缩气循环制冷的水合物合成(公告号CN103992829A)；(3)仅控制温度压力环境进行水合物自然合成(公告号CN110501195A,CN102125815A)；(4)基于土工离心机模拟地层压力的水合物合成(公告号111583770A)。

但是，上述水合物样品制备方案存在以下缺陷：

(1)难以模拟自然界中海底块状水合物因成藏条件差异而产生的物性差异：

现有的块状水合物模拟合成装置，主要是气体和液体混合后，在合适的温度、压力环境中自发形成水合物晶体。水合物结晶生长是非化学计量过程，具有明显随机性。即使条件完全相同的两次实验，所获得的水合物转化率仍可能产生明显差异。并且在该类装置中合成的水合物块体不受其他外力作用，水合物颗粒间的密实程度等不一，与自然条件下受地层挤压改造后的状态有明显差异。

(2)现有块状水合物模拟装置均未设计样品合成后的处理与保压转移功能：

由于天然气和水很难实现100％转化为水合物，因此开展分解实验前如能将多余的液体排出合成模型，对于下一步定量讨论水合物分解产气产水规律很有必要。此外，块状水合物样品压制合成与破碎分解涉及的工艺较为复杂，单一高压实验装置难以同时实现制样和分解两个过程，已有实验装置未充分考虑上述因素，也未见相似设计方法。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的缺陷，提出一种块状水合物样品制备与分解系统，能够同时实现样品保压转移和旋转破碎。