[发明专利]一种成岩类天然气水合物的制备装置及制备方法

说明书

本发明提供一种成岩类天然气水合物的制备装置及方法，涉及到天然气水合物的制备领域，装置包括水槽、天然气气瓶、真空泵、冷水存储罐、液压机和天然气水合物合成装置，所述水槽、预冷系统、注水泵与高压雾化器顺次相连，天然气气瓶、预冷系统、气体增压泵、高压雾化器顺次相连，高压雾化器设置于合成反应器内。本发明可实现定制地层天然气水合物的合成，为实验测试数据以及后续天然气水合物的开采技术的发展提供了技术支撑。

技术领域

本发明涉及到天然气水合物的制备技术领域，特别是一种成岩类天然气水合物的制备装置及制备方法。

背景技术

天然气水合物(Natural Gas Hydrate/Gas Hydrate)，外观似冰或者致密似雪的白色结晶固体有机化合物，化学式CH₄·xH₂O。即可燃冰，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压(＞10MPa)低温(＜10℃)条件下形成的类冰状的结晶物质，它是一种天然气与水的非化学计量笼形物。1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。在高压下，甲烷气水包合物在18℃的温度下仍能维持稳定。一般的甲烷气水化合物组成为1摩尔的甲烷及每5.75摩尔的水，然而这个比例取决于多少的甲烷分子“嵌入”水晶格各种不同的包覆结构中。据观测的密度大约在0.9cmsup³。一升的甲烷气水包合物固体，在标准状况下，平均包含168升的甲烷气体。

天然气水合物的生成对水质没有特殊要求，含有一定量的杂质的水更容易生成天然气水合物。天然气水合物的形成必须满足三个条件：(1)有形成天然气水合物的物质基础，即水、小分子烃类物质；(2)需要满足一定温度(＜10℃)和压力(＞10MPa)的条件；(3)存在结晶中心，使水合物具有生长发展的基础。

根据上述天然气水合物的形成条件，因为在水中存在杂质的时候天然气水合物更容易形成，则考虑在形成天然气水合物的过程中加入适量的杂质，即一定量的砂砾，制作成成岩类天然气水合物。

天然气水合物具有能量高、密度大、性能稳定、环境污染小、制备技术简单、存储安全等特点，因此天然气水合物的合成和制备具有很高的研究意义。

在实验阶段，取天然形成的天然气水合物难度较大并且费用较高，故可以选用人造天然气水合物作为实验材料较为实用方便，且经济成本大大降低。针对上述问题，已经开发出了一些专利技术用于天然气水合物的合成工艺。例如，中国发明专利“块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法”CN108192684A，设计出了一种可以一边生成一边取出的人造天然气水合物的装置，还例如发明专利“一种水合物快速合成装置”CN106010698，利用喷淋装置联合鼓泡法快速合成天然气水合物。日本专利JP2005263825A与美国专利US8354565B1，均将水与天然气混合后，经高压泵由射流器喷射进入反应器中，直接或在搅拌器搅拌装置下生成天然气水合物。中国专利“一种喷雾强化水合物连续制备装置”CN200951393Y，利用雾化器从反应器顶部喷嘴雾化水，已生成天然气水合物。

1、上述天然气水合物无法真实模拟地层中生成的天然水合物的状态，并且现有装置在形成产品过程中，成品率较低，无法进行产业批量制造，所以亟需对其进行改进。

2、上述大多数生成的天然气水合物无法形成成型的天然气水合物，进而无法在实验室内进行实验应用，无法放入实验室的岩心夹持器内，模拟地层条件进行气驱替换或者化学驱替换天然气水合物中的甲烷，从而模拟真实自然条件进行天然气水合物的开采，可得到相应需要的实验数据，进一步制定在自然条件下开采天然气水合物的方案。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，针对天然气水合物的形成条件，提出了一种能够自主设定压力、温度模拟不同地质条件下天然气水合物，为实验研究提供数据支持。

本发明采用如下技术方案：