[发明专利]模拟三维条件下气体水合物成藏过程的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟三维条件下气体水合物特别是天然气水合物成藏 过程的方法及装置，属于资源领域。

背景技术

天然气水合物是由天然气和水在低温高压条件下形成的似冰状的白色 固体物质，广泛分布于海洋陆棚及斜坡的沉积物中和陆地永久冻土带。因 其天然气组分多以甲烷为主，故又称甲烷水合物。根据科学家初步预测， 全球天然气水合物所含天然气中的有机碳为石油、天然气和煤等化石燃料 所含有机碳总量的2倍，总资源量约为(1.8～2.1)×10¹⁶m³。我国海域和专属 经济区有着广阔的天然气水合物资源前景，初步估算表明，我国南海陆坡 和海槽沉积物中的水合物可以满足我国今后数百年的能源需求。天然气水 合物的资源勘探与评价必须建立在对水合物成藏机理和分布规律认识的基 础上。

有学者认为自然界水合物存在扩散型和渗漏型二类(参见文献[1]： Cathles L M，Chen D F.A compositional kinetic model of hydrate crystallization and dissolution.J.Geophys.Res.，2004，109，B08102；文献[2]： 樊栓狮，刘锋，陈多福.海洋天然气水合物的形成机理探讨.天然气地球科 学，2004，15(5)，524-530)。其中，渗漏型水合物埋藏浅，在海底有出露。而自 然界中的天然气水合物大多为扩散型，以甲烷为主的烃类气体由微生物或 热作用生成后，在合适温压条件下就地形成水合物，或通过向上运移的饱和 水释放出气体形成水合物，或通过游离的气体向上运移形成水合物；即， 有如下三种海洋沉积物中水合物形成模式：

(1)通过生物成因甲烷形成水合物：在水合物稳定区，生物成因甲烷生 成后，在合适的温压条件下，与沉积物孔隙里的水结合，形成水合物，填 充在孔隙中；

(2)通过向上运移的水释放出气体形成水合物(水运移)：在海底深层， 以甲烷为主的气体溶解在海水里并达到饱和状态；在外界的影响下，深层 流体向上迁移，在此过程中，压力的降低使得气体在海水里的溶解度降低， 气体从海水里析出，析出的气体到达水合物稳定区，就会形成水合物；

(3)通过游离的气体向上运移形成水合物(气运移)：在海底，沉积物 里或地表深层释放出许多气体，因为游离气体的密度比水和沉积物的密度 小，在水合物稳定区，游离气体将向上运移；向上运移的气体有可能被不 能透过的沉积层封盖，这些封盖层能够为游离气体提供空穴，然后这些气体 在空穴里生成水合物。

目前水合物形成的研究主要针对于主体相系统，一般是从冰和气体的 混合物合成水合物，或从搅拌的液态水和自由气中合成水合物，但不能代 表海洋环境条件。对于含沉积物体系，由于沉积物无法搅拌，目前沉积物 中水合物的生成过程的室内模拟实验中，大多通过气体与含水沉积物静态 接触，缓慢生成水合物。这样生成水合物不仅速度慢，而且水合物主要是 在气体和沉积物的交界处生成，与自然界的水合物形成模式存在较大差别。 王玉彬等(文献[3]：王玉彬，樊栓狮，关进安，梁德青，冯自平.海底渗漏 系统水合物生成过程实验模拟.天然气地球科学，2007，18，596-600)根据天 然气水合物渗漏系统的形成特征，建立了海底渗漏系统水合物生成过程实 验模拟装置，其中以CO₂水合物为例，主要通过鼓泡方法进气，在砂层内、 砂层下部及砂层上部的水相中均有水合物生成，以模拟在海水中裸露的水 合物。而对于占大多数的以扩散型为主的天然气水合物的模拟还很少报道。 对于真实的海底几百至几千米的水深下地层中(实验压力可达几十MPa)， 以甲烷为主的天然气水合物的形成过程，不仅需要模拟水合物形成的气运 移和水运移两种形式，同时需要模拟水合物从成核诱导、水合物逐渐形成、 水合物成藏、直至圈闭的整个过程，当前的研究还缺乏有效的实验模拟手 段。目前国内外有关天然气水合物成藏机理的研究还很不充分。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种模拟气体水合物特别是天然气水合物 成藏过程的方法，主要是模拟三维条件下气体水合物的自然形成过程。

本发明的另一目的在于提供一种模拟气体水合物特别是天然气水合物 成藏过程的装置，用于模拟三维条件下气体水合物的形成过程。