[发明专利]一种天然气水合物合成与分解实验方法及实验系统

说明书

本发明提供一种天然气水合物合成与分解实验方法及实验系统，包含的入口标准容积室和出口标准容积室，能优化天然气水合物的合成和分解，其入口标准容积室的使用不仅可以用于分阶段给高压反应釜内的多孔介质供给天然气，还能用于精确计算天然气水合物合成过程中天然气的消耗量，出口标准容积室的使用不仅能使天然气水合物的分解分阶段进行，解决常用的分解方法中天然气水合物分解时温度骤降导致管线结冰堵塞的问题，还能用于计量天然气水合物分解过程释放的天然气量。

技术领域

本发明属于天然气水合物实验领域，特别涉及一种天然气水合物合成与分解实验方法及实验系统。

背景技术

天然气水合物作为一种清洁、高效和储量丰富的新型潜在能源，已被许多国家给予高度关注并进行重点研究。20世纪90年代以来，随着世界各国发现的天然气水合物矿藏的增多和人们对天然气水合物认识的进一步加深，天然气水合物的研究在世界范围内迅速扩大。其研究重点也转向了实用开发阶段，这一阶段，天然气水合物研究无论是方法还是深度都前进了一大步。近20年来在天然气水合物的基础研究方面取得了较大的进展，涉及天然气水合物的物理化学特性、形成分解热力学和动力学、产出条件、分布规律、形成机理、勘探技术及环境影响等方面。而现有技术进行水合物沉积物现场取心尚不够成熟，因此各国学者对天然气水合物的基础研究主要是通过室内试验制备模拟水合物沉积物来实现。

在现有技术中，天然气水合物的实验合成与分解主要有两种方法，一是在水溶液中进行，二是在多孔介质中进行，而在多孔介质中进行天然气水合物的合成和分解实验研究更接近实际水合物矿藏的情况，可以为今后天然气水合物藏的开采提供可靠依据。已公布的天然气水合物的合成与分解实验方法技术专利中，对沉积物中天然气水合物饱和度的检测计算的方法有电学方法、超声检测方法和时域反射技术等，但这些测试方法设计复杂、成本较高，也不能精确的计算天然气水合物饱和度。其中电阻法是基于溶液中离子含量的变化而引起导电率变化，而甲烷在水溶液中很难电离，离子变化太少，因此难以测定。超声检测方法和时域反射技术必须建立在准确的已知计算模型上，才能对天然气水合物饱和度进行计算，而目前关于水合物饱和度与声速和介电常数的关系已有一些模型，一类为简单的经验公式，此类模型缺乏严密的理论依据；另一类为建立在复杂物理模型上的理论和方程等，这些模型理论推导严密，但涉及计算的参数较多，且很难确定实际情况下各参数的值。另外，根据已有实验表明，同一地区由不同模型计算的水合物饱和度结果差别很大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供天然气水合物合成与分解实验方法及实验系统，不仅能够在最大程度上合成天然气水合物、实时监测天然气水合物合成与分解过程，还能在天然气水合物合成与分解过程中通过简单的物理方法精确计算天然气水合物饱和度。

为实现上述目的，本发明采用方案如下：

一种天然气水合物合成与分解实验方法，包括以下步骤：

(1)对入口标准容积室体积V₁、出口标准容积室体积V₂、高压反应釜与入口标准容积室之间管线死体积V_1s、高压反应釜与出口标准容积室之间管线死体积V_2s进行标定；

(2)向高压反应釜内填满砂粒，逐层夯实，密封反应釜并检查反应釜的密封性；

(3)向反应釜内多孔介质饱和配好的模拟海水溶液，测定反应釜内多孔介质的孔隙度及渗透率；

(4)向反应釜内注入天然气，打开反应釜出口阀门，将反应釜内多孔介质中的部分模拟海水排出，关闭反应釜出口阀门，建立初始P-V-T平衡状态；

(5)向高压反应釜内逐次充入高压天然气，直至充入天然气后高压反应釜内压力不再发生变化时，停止充入天然气；期间，采集高压反应釜内温度及压力；每次充气过程，通过P-V-T平衡状态方程计算充入气体体积；最后统计充入气体体积总量，完全天然气水合物合成；