[发明专利]一种实验与数值模拟过程中水合物饱和度的计算分析方法

权利要求书

1.一种实验与数值模拟过程中水合物饱和度的计算分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、水合物合成饱和度计算：

A1、在体积为V_reactor的反应釜中填满一定粒径的石英砂，所述石英砂的密度设为ρ_sand，并记录此时石英砂的使用量M_sand；

则反应釜在填满石英砂后的孔隙空间体积为：

A2、向填满石英砂的反应釜中注入甲烷气，并基于温控系统调节反应釜的温度至室温，记录反应釜温度、压力稳定时对应的温度条件T_init和压力条件P_init；

所注入的甲烷气的摩尔量为：

其中，R＝0.08314L·bar/(mol.K)，Z_init为注入甲烷气体后反应釜稳定时甲烷在T_init与P_init条件下的压缩因子；

A3、往反应釜中注入体积为V_water的蒸馏水，待反应釜温度和压力条件稳定时，基于温控系统降低反应釜的温度；此期间，反应釜内水合物不断形成，不同反应时刻对应的温度、压力测量值分别为T_t和P_t；

(1)基于气体压缩因子计算模型求解在压力P_t，温度T_t条件下对应的甲烷相对摩尔体积V_rt与气体压缩系数Z_t、并得到对应的气体逸度φ_CH4；

(2)将甲烷在液相中化学势参数化，并求得系统不同时刻P_t、T_t条件下的甲烷溶解度S；

(3)进而求得任意t时刻P_t、T_t条件下系统甲烷气的消耗量x，以及此时对应水合物、气体与水的体积饱和度，具体采用以下方式：

其中ρ_water、ρ_hydrate为水与水合物密度，M_water、M_hydrate分别为水和水合物的摩尔质量，进而求得任意t时刻P_t、T_t条件下系统甲烷气的消耗量x，此时对应水合物、气体与水的体积饱和度分别为：

S_gas＝1-S_hydrate-S_water；

步骤B、水合物分解饱和度计算：

B1、在特定条件下使水合物分解，并记录分解反应时的分解水量、分解气体压力和温度以及反应釜的温度和压力：

待水合物合成过程结束时，得到最终生成水合物量x_end以及水合物饱和度S_hydrateend，然后以一定分解条件使水合物发生分解，并通过体积分别为V₁与V₂的储水罐和储气罐分别收集分解后的水与气体，实时记录反应生成水量W_t、储气罐气体压力P_gas与温度T_gas，同时记录水合物分解过程中反应釜内温度T_treac与压力P_treac；

B2、在任意时刻t时，基于测得反应釜内的温度T_treac、压力P_treac以及储气罐温度T_gas、压力P_gas，分别求得该条件下反应釜内与储气罐内的压缩因子Z_reac、Z_dist，以及对应甲烷溶解度S_reac、S_dist，此时储水罐中除产出水外还有部分分解气，该部分分解气体积为：

则气体分解产出总摩尔量为；

标准状态下该气体体积为：

V_stpgas＝22.7n_gas

基于公式：

并根据所测得反应釜与储气罐内温度、压力条件及产物量可求得任意时刻水合物分解量x_mol，此时水合物分解率为：

反应釜内此时水合物、水与气体体积饱和度为：

S_gasd＝1-S_hydrated-S_waterd。