[发明专利]一种模拟海底甲烷渗漏导致早期成岩作用的反应装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋油气地球化学勘查技术领域，尤其涉及模拟海底水合物赋存区甲烷渗漏的研究领域。

背景技术

天然气水合物是继页岩气、煤层气之后最有潜力的接替能源。天然气水合物作为一种全新的、潜力巨大的高效清洁能源，被认为是21世纪的替代能源。我国于2007年和2009年先后在南海海域和青藏高原祁连山冻土区取得天然气水合物实物样品，据预测天然气水合物储量是石油储量二倍多。2017年在我国在南海开展天然气水合物试采并取得突破性成功。

在天然气水合物有利区中，由于水合物的分解释放导致海底普遍存在的甲烷渗漏(冷泉活动),渗漏的甲烷可以穿透上覆岩层/沉积层缓慢地、持续地向海底表面渗漏，并且与沉积物孔隙水中的硫酸根离子、硝酸根离子以及铁、锰等氧化还原敏感元素在微生物的作用下发生氧化还原反应，其中最主要的一个反应就是硫酸根还原-甲烷厌氧氧化作用(AOM),生成的碳酸氢根与孔隙水中的钙、镁离子结合生成自生碳酸盐岩。通过甲烷渗漏发生的系列地球化学过程导致沉积物、孔隙水地球化学异常，这些异常正是我们识别下伏油气藏/天然气水合物地球化学勘查的理论基础。海底甲烷渗漏代表了深部油气/水合物从源区或储层向海底表面运移，属于冷泉活动。因此，海底甲烷渗漏过程复杂，并与海底浅表层沉积物和水发生系列复杂反应。尽管海底甲烷渗漏(冷泉活动)普遍存在，但是依然缺乏对海底甲烷渗漏机理和甲烷与孔隙水的阴阳离子在微生物作用下发生的系列反应及其产物和早期成岩作用的认识，从而直接影响到海洋油气/天然气水合物的地球化学识别和勘探效果。拟开展的模拟海底甲烷渗漏早期成岩作用反应系统是解决这一难题的有效技术手段之一。

目前有关天然气水合物分解引起的甲烷渗漏及其与孔隙水中阴阳离子在微生物作用下发生的系列地球化学反应及其产物和早期成岩作用的研究刚刚起步，鉴于甲烷渗漏(冷泉活动)的复杂性，在对南海冷泉活动区开展孔隙水和自生碳酸盐岩地球化学研究的基础上，辅以相关的室内模拟实验研究很有必要。国内与海底甲烷渗漏及其早期成岩作用的模拟实验系统不多，已有实验装置主要以模拟水合物生成分解为主，无法体现海底沉积层中的甲烷渗漏引起的系列地球化学反应和早期成岩作用，难以对水合物赋存区甲烷渗漏活动导致的早期成岩作用进行定性和定量化研究。

发明专利内容

本发明针对上述问题，提出了一种能够模拟海底甲烷渗漏的冷泉环境，并用于甲烷渗漏对早期成岩作用进行研究的实验装置及方法。

为实现上述目标，本发明提供如下技术方案：

一种模拟海底甲烷渗漏导致早期成岩作用的反应装置，包括反应系统；

与所述反应系统连接，为所述反应系统提供压强调节的气体增压子系统；

与所述反应系统连接，为所述反应系统提供反应溶液供给的反应溶液供液子系统；

还包括气液收集系统，所述气液收集系统连接于所述反应系统的出口端，所述气液收集系统与所述反应系统之间设置回压系统，所述回压系统为气液收集系统与所述反应系统之间提供压强差，控制反应后的气液收集。

所述气体增压子系统包括甲烷气源、空气压缩机、增压泵及气体储罐，所述甲烷气源、增压泵及气体储罐通过带有控制阀的管线依次连通，所述空气压缩机通过带有调压阀及控制阀的管线连通所述增压泵，所述气体储罐与所述反应系统通过带有调压阀、单向阀及若干控制阀的管线连接，所述气体储罐与所述反应系统之间设置有气体质量流量控制器。

所述反应溶液供液子系统包括带活塞液体容器及带活塞微生物容器，所述带活塞液体容器与所述带活塞微生物容器均为一端通过带控制阀的管线连接于恒速恒压泵，另一端通过带控制阀的管线连接于所述反应系统，所述恒速恒压泵连通装有蒸馏水的液体容器，用于给所述恒速恒压泵提供泵液。

所述反应系统包括放置在高低温恒温箱内的反应釜，所述反应釜上设置有上下前后相互对称的可视窗口，所述反应釜顶部设有气体取样口，所述反应釜侧面设置有若干液体取样口，所述若干液体取样口分布在不同高度上，所述反应釜侧面还设置有温度计及若干电导率传感器，所述气体增压子系统与所述反应溶液供液子系统分别通过带有控制阀的管线连通反应釜的上下两端。

所述反应釜顶部还设置有安全阀及气体储罐，所述气体储罐一端通过带控制阀的管线连通于所述反应釜的顶部，另一端通过带阀门的管线连通气体增压子系统。

所述反应釜为可视化哈氏合金反应釜。

所述收集系统包括气液分离器，所述气液分离器顶部通过带控制阀的管线连接气体流量计，所述气液分离器底部通过带控制阀的管线连接采出液计量系统。