[发明专利]一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法和装置

权利要求书

1.一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

测量待测煤样的孔隙度；

将所述待测煤样、水和瓦斯气体混合形成待测煤体系，并对所述待测煤体系进行瓦斯水合固化试验，以使所述水和所述瓦斯气体发生水合反应得到瓦斯水合物；

在第一时间节点采集所述瓦斯水合物在不同饱和度时的所述待测煤体系的介电常数、压强和温度；其中，所述第一时间节点为所述水合反映过程中的多个时间节点；

根据所述孔隙度、所述待测煤体系的压强和温度，确定经水合反应后的所述待测煤体系的第一含水量；其中，所述第一含水量为经水合反应后剩余的水占所述待测煤样的孔隙的体积比；

针对所述瓦斯水合物的不同饱和度，构建所述待测煤体系的介电常数与经水合反应后的所述待测煤体系的第一含水量的映射关系；

采集包括目标煤样的目标煤体系的介电常数、所述目标煤样的体积和目标煤样的孔隙度；

根据所述目标煤体系的介电常数、所述映射关系、所述目标煤样的体积和所述目标煤样的孔隙度，确定所述目标煤体系的瓦斯水合物饱和度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一含水量通过所述待测煤样的孔隙度、所述待测煤样的体积和所述待测煤体系中的水的体积确定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待测煤体系中的水的体积通过如下公式确定：

式中，为所述瓦斯气体的摩尔质量，Δn为所述水合反应消耗的瓦斯气体的摩尔量，n为水合指数，表示水的摩尔质量，ρ为水的密度，V₁为所述待测煤体系中未发生水合反应时水的体积，V₂为所述待测煤体系中的水的体积。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述消耗的瓦斯气体的摩尔量通过如下公式确定：

pV＝ΔnZRT

式中，p为所述压强，T为所述温度，V为所述瓦斯气体的体积，R为摩尔气体常数，Z为压缩因子。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标煤体系的介电常数、所述映射关系、所述目标煤样的体积和所述目标煤样的孔隙度，确定所述目标煤体系的瓦斯水合物饱和度，包括：

根据所述目标煤体系的介电常数和所述映射关系，确定所述目标煤体系的第一含水量；

根据所述目标煤体系的第一含水量、所述目标煤样的孔隙度和所述目标煤样的体积，确定所述目标煤体系的瓦斯水合物饱和度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介电常数通过时域反射技术采集。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述构建所述待测煤体系的介电常数与经水合反应后的所述待测煤体系的第一含水量的映射关系之后，还包括：

利用所述映射关系计算所述待测煤体系的在第二时间节点的第二含水量；其中，所述第二时间节点为所述第一时间节点以外的时间节点；

根据同一所述第二时间节点的所述孔隙度、所述待测煤体系的压强和温度，确定所述待测煤体系的第三含水量；

根据所述第二含水量和所述第三含水量，以校验所述映射关系。

8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的方法的装置，其特征在于，包括反应单元、传感器单元、数据采集处理单元、温度控制单元、供气单元；

所述反应单元包括反应腔和温控腔，所述反应腔在所述温控腔的内部，所述反应腔用于为所述煤体系中的水合反应提供空间，所述温控腔中填充有防冻液；

所述传感器单元与所述反应腔连接，所述传感器单元用于测试所述反应腔内的煤体系中的介电常数、压强和温度；

所述数据采集处理单元与所述传感器单元连接，用于接收传感器单元采集的数据并对数据进行处理；

所述温度控制单元与所述温控腔连接，所述温度控制单元通过控制所述防冻液来控制反应腔的温度；

所述供气单元与所述反应腔连接，所述供气单元用于为所述反应腔内提供瓦斯气体，并且通过控制通入所述反应腔内的瓦斯气体的多少来控制反应腔内的压强。