[发明专利]用于沉积层中水合物驱替形成各向异性的研究装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研究的研究装置及方法。

背景技术

CO₂海洋封存技术是减少大气CO₂的主要措施之一，它通过管道将捕获富集的CO₂直接注入海洋水柱体或海底沉积物中，CO₂以液态或固态水合物的形式封存。其中海底沉积层内CO₂封存是将CO₂注储于海底多孔床层内，液态的CO₂在沉积层孔隙中溶解、扩散，在物理、化学和矿化作用下大量聚集在沉积层盖层之下，从而形成一个圈闭空间。由于和人类生存空间有海水层的间隔，相对于一般的内陆地质封存方式具有更高的安全性。如果发生海底地质灾害、地壳运动导致储层裂隙，CO₂将沿着裂隙向上运移、泄漏(水合物也可能分解成CO₂)。当CO₂再次渗流进入水合物稳定区域，水合物又在储层内形成和不断长大，使得沉积层孔隙度和渗透率急剧减小，从而封闭CO₂的泄漏通道。即使还有部分CO₂渗透过水合物盖层继续运移、上升扩散到海洋中，也会由于CO₂与海水密度差异，形成CO₂的“湖泊型”海洋封存。

由此可见，海底沉积层为CO₂的捕集提供了永久储库，重力作用、水合物覆盖层及其它地质化学作用的多重俘获机理可以防止CO₂发生大量逸出。近年来有不少学者提出CO₂置换开采海底天然气水合物，不但CO₂水合物的生成热可用于分解天然气水合物，而且CO₂水合物有助于稳固亏空的储层，防止因水合物开采造成海底滑坡等自然灾害^[5]。CO₂置换开采方法具有经济和环境上的双重意义，与传统的水合物开采方法相比具有明显的优势。

无论CO₂海底封存还是置换开采天然气水合物，其本质都是多孔介质中CO₂-孔隙水驱替形成水合物并伴有热扩散效应的CO₂渗流过程。CO₂与孔隙水两相竞争驱替、溶解、运移，并在温度、压力、盐度和孔隙毛细管压力共同约束下形成水合物并继续向周围渗流；CO₂水合物形成又会降低地层孔隙度和渗透率，从而影响CO₂在海底沉积层中的运移。同时，CO₂水合物形成过程中释放大量相变潜热(约65kJ/mol)，而地层多孔骨架、水合物和孔隙流体(CO₂、海水)具有不同的热力学性质(如比热容和导热系数)，这些热量在非均相中的热扩散效应不能忽略。因此，深入研究沉积层中水合物驱替形成和CO₂运移过程，对CO₂海底封存、天然气水合物置换开采以及评估水合物藏失稳分解都具有重要的意义。从目前报道的文献来看，有关沉积物中CO₂水合物研究主要集中在CO₂-孔隙水静置模式(这里的“静置模式”是指CO₂与孔隙水处于宏观静止状态)形成水合物热力学、动力学实验或数值模拟，缺乏对海底沉积层中液态CO₂-孔隙水两相竞争驱替模式形成水合物动力学和热扩散效应研究。因此，获得结论或者模型尚无法直接应用。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供的一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研究的研究装置及方法，以获取模拟海底二氧化碳水合物的形成分布规律与相关参数。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研究的研究装置，其包括用于控制研究装置运行的控制中心，其中，研究装置还包括一盘式反应釜，盘式反应釜内布置有多个传感器，盘式反应釜通过对应管路分别与第一平流泵、第二平流泵相连通，第一平流泵通过相应管路与存储罐相连通，第二平流泵选择性与第一气瓶、存储罐相连通；通过存储罐将气体、液体或气液混合物导入盘式反应釜内进行分析。

所述的研究装置，其中，上述第一平流泵通过第一管路与存储罐下部相连通，第一平流泵通过第二管路与盘式反应釜的总进管相连通，第一管路与第二管路之间设置有第一连接管路；