[发明专利]一种合成海洋天然气水合物样品的实验装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采领域，尤其涉及的是一种合成海洋天然气水合物样品的生成实验装置及实验方法。

背景技术

天然气水合物(NaturalGasHydrates，NGH)是在一定条件下由轻烃、CO₂及H₂S等小分子气体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质(因遇火可以燃烧，俗称可燃冰)，是一种非化学计量型晶体化合物，或称笼形水合物、气体水合物。自然界中存在的NGH中天然气的主要成分为甲烷(>90％)，所以又常称为甲烷水合物(MethaneHydrates)。理论上，一个饱和的甲烷水合物分子结构内，甲烷与水的克分子比为1:6，在标准状况下，甲烷气与甲烷水合物的体积比为164:1，也就是说单位体积的甲烷水合物分解可产生164单位体积的甲烷气体，因而是一种重要的潜在未来资源。

地球上的NGH蕴藏量十分丰富，大约27％的陆地(大部分分布在冻结岩层)和90％的海域都含有NGH，陆地上的NGH存在于200—2000m深处，海底之下沉积物中的NGH埋深为500—800m。其中海洋区域的NGH资源量占水合物总资源量的99％。资源调查显示，我国南海、东海陆坡－冲绳海、青藏高原冻土带都蕴藏着NGH。因此，研究出天然气水合物有效、快速、经济的开采方法，为大规模开采天然气水合物提供实验基础和依据，是缓解与日俱增的能源压力的有效途径。

天然气水合物可以以多种方式存在于自然界中，基于天然气水合物的特点，它与常规传统型能源的开发不同。表现在水合物在洋底埋藏是固体，在开采过程中分子构造发生变化，从固体变为气体。而天然气水合物矿藏在全世界的成藏条件不同，其存在方式也不相同。主要表现在：1、多孔介质的不同，由于地质条件引起的地下岩石及海底沉积物的条件不同；2、温度压力等环境条件不同，是由于自然界条件不同，其中最明显的差别是海底水合物和冻土带水合物的环境条件不同；3、气、水和水合物饱和度不同，在不同的地区水合物藏的自由气，自由水及水合物的存在状态是决定水合物是否能开采，开采出是否具有经济价值的最重要因素；4、水合物赋存形态学不同，目前较为普遍的海洋水合物赋存形态分为：块状、层状、脉状、颗粒状和分散状。

目前世界上的天然气水合物开采研究主要处于实验室模拟和数值模拟的阶段。对于实验室模拟来说，合成与自然界条件相同，物性形态相似的水合物样品是目前的重中之重。目前世界上的天然气水合物开采实验模拟装置有很多，一般主要包括：高压反应釜，注液系统，注气系统，出口控制系统以及数据采集系统。但是水合物生成方法往往过于简单，通常是在石英砂中通过气液混合合成水合物，还没有一种合成真实条件中的海洋天然气水合物样品的实验装置及实验方法。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的之一在于提供一种海洋天然气水合物样品的生成实验装置。该实验装置可以经济、有效、并准确的获得特定的各种饱和度条件、各种地质条件以及各种赋存形态条件下的水合物样品，从而使天然气水合物模拟实验条件更接近自然界条件，实验结果更具有可信度，为使现实中开采天然气水合物提供实验基础和依据。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种合成海洋天然气水合物样品的实验装置，所述实验装置包括：

反应釜，所述反应釜包括带有密封容置空间的反应釜本体以及安装于反应釜本体中的内套，所述反应釜本体包括侧壁、上壁和下壁，其中，内套、上壁和下壁围成用于放置样品的样品腔，内套、侧壁以及上壁和下壁之间围成围压腔；

轴压活塞，所述轴压活塞包括伸入样品腔中的活塞本体以及连接部，所述连接部的下端固定连接于活塞本体上，其上端延伸至上壁的外侧，所述活塞本体、内套和上壁之间围成不与样品腔连通的轴压腔；

釜外夹套，所述釜外夹套包围反应釜，所述釜外夹套和反应釜之间围成浴腔，通过温度控制系统改变浴腔内的温度以调节反应釜内的操作环境温度；

注入系统，用于向样品腔内注气和注液；

轴压控制系统，用于向轴压腔内注水或从轴压腔内抽水，以改变轴压腔的腔内压力；

围压控制系统，用于向围压腔内注水或从围压腔内抽水，以改变围压腔的腔内压力；

产出系统，用于从样品腔内采集产出物。