[发明专利]一种气体水合物气体饱和度的测量方法

说明书

本发明公开了一种气体水合物气体饱和度的测量方法，采用气体水合物中水分子的特征峰作为参考峰，对气体分子在水合物中特征峰的峰强积分进行无量纲化，即计算出气体在水合物中特征峰的峰强积分分别与水合物中水分子特征峰的峰强积分的比值，获得气体分子在水合物中特征峰的相对峰强积分；同时，借助宏观测量手段定量计算出水合物的气体饱和度，建立气体分子在水合物中特征峰的相对峰强积分对水合物中气体含量的函数，计算气体水合物气体饱和度。本发明解决了气体水合物研究领域长久以来无法对气体水合物气体饱和度进行快速精确测定的问题，对于天然气水合物气体饱和度快速定量测量、天然气水合物储层中气体储量评估等方面的研究具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及水合物物性测量领域，具体涉及一种气体水合物中气体饱和度的测量方法。

背景技术

气体水合物是水与小分子气体例如甲烷、二氧化碳、氮气等形成的非化学计量性的笼状晶体物质。作为一种新型清洁能源，自然存在天然气水合物广泛分布于具有高压低温条件下的海底大陆架或高原冻土层中。其在全世界范围内巨大的储量，使其成为一种重要的可替代能源而被全球各国所广泛重视。

自然界中广泛存在的气体水合物主要包含I型、II型和H型三种。水合物的晶体结构主要由水合物中气体组分和浓度所决定。同时，水合物中的气体饱和度也与其所处的环境密切相关，例如I型水合物的气体饱和度可以在75-99％之间改变。因此，如何确定水合物相中气体分子的浓度，对于分析水合物的晶体结构，计算水合物的储气密度以及评估水合物储层中的气体储量具有重要意义。

目前，水合物的气体饱和度测量主要通过将水合物样品快速分解后测量出的气体量和自由水含量来计算。该方法需要的样品量较大，同时，沉积物中的携带的自由水和吸附气体也会对水合物气体饱和度的测量带来较大的误差。共聚焦拉曼光谱仪是一种理想的测量装置，可以在不破坏水合物样品晶体结构的情况下获得水合物的光谱特征。水合物的拉曼光谱中，气体在水合物相中的拉曼特征峰峰强的积分面积与气体在水合物中的浓度成正比。但是，激光测点的位置偏差会对水合物的拉曼光谱的特征峰峰强带来显著偏差，因此，无法将气体在水合物相中的拉曼特征峰峰强的积分面积直接应用于水合物的气体饱和度的计算。利用好传统的测定方法和测量仪器并采用新型的测量思路来规避气体水合物物性测量上所存在的缺陷是测量水合物中气体饱和度的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量气体水合物中的气体饱和度的方法，该方法充分利用现有的实验测量的基本手段，联合共聚焦拉曼光谱仪、气相色谱仪对气体水合物中气体饱和度进行测定，测量结果具有较高的可信度和较好的一致性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种气体水合物中气体饱和度的测量方法，包括：

利用高压反应釜在设定的温度和压力条件下生成气体水合物，根据温度、压力和气体水合物生成前后气相组分，利用气体状态方程获得水合物生成所消耗的各组分气体含量，根据生成的气体水合物的晶体结构计算出水合物中各组分气体的饱和度；

从高压反应釜中取出少量气体水合物样品并在液氮温度下测量样品的拉曼光谱，获得水合物相中气体分子和水分子的特征峰及峰强积分，以水分子的特征峰作为参考峰，计算出气体分子特征峰的峰强积分与水分子特征峰的峰强积分的比值，得到气体分子在气体水合物中特征峰的相对峰强积分；

根据多次测量的水合物中各组分气体饱和度和特征峰的相对峰强积分，通过线性拟合建立不同组分气体的饱和度对特征峰的相对峰强积分的函数；

测量和计算水合物样品中的某气体组分特征峰的相对峰强积分，运用该气体的饱和度对特征峰的相对峰强积分的函数计算出该气体在水合物样品中的气体饱和度。

进一步地，通过共聚焦拉曼光谱仪对气体水合物中气体饱和度进行测定。