[发明专利]确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法

说明书

本发明属于海水环境下的天然气水合物生成效率模拟技术领域，公开了一种确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法，基于海底天然气水合物形成的主要条件：温度、压力、气源，通过设置海底甲烷渗漏原位的温度压力值，以及一定范围的海底甲烷渗漏速率，在实验室反应釜中模拟计算海水中天然气水合物的生成效率；设定不同的三种参数的组合来研究温度、压力、气体供给对天然气水合物生成效率的影响；通过测量天然气水合物生成前后海水pH值与盐度的变化来研究天然气水合物的生成对海水环境造成的影响。本发明通过设定合理的相似性系数，模拟天然气水合物采集大棚的海底环境，预测了不同甲烷通量和温度、压力条件下天然气水合物的生成效率。

技术领域

本发明属于海水环境下的天然气水合物生成效率模拟技术领域，尤其涉及一种确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法。

背景技术

目前，天然气水合物是由甲烷等烃类气体与水在高压、低温条件下形成的类冰状的结晶物质，按照成藏机制的不同，海洋沉积环境中的天然气水合物系统分为扩散型和渗漏型两类。扩散型水合物含量和天然气通量通常较低；渗漏型水合物与流体运移通道密切相关，后者为天然气水合物的形成提供了气源。如果流体运移通道向上延伸至海底，还会造成海底甲烷渗漏特征。海底甲烷渗漏现象在全球海底广泛存在，其通常在地层中与断层、气烟囱或水合物稳定区边界等相关，在海底表现为麻坑、泥火山、碳酸盐岩结壳以及化学合成生物群落等。甲烷沿断层、气烟囱、底辟构造等流体运移通道向上运移至海底，以喷涌或渗漏的方式注入海水中，部分气体甚至可进入大气，影响环境和气候；另外，海域沉积物浅层的天然气水合物系统不稳定，水合物分解释放的甲烷气体等流体，也可提供海底渗漏/排放，进入海水甚至大气中。

目前，多数天然气水合物原位生成实验是在不同类型的沉积物中开展，较少有针对水合物在海水中生成过程的研究。本发明提出实验室模拟深海海底天然气水合物生成效率的实验方法，这是一种针对海底天然气水合物采集大棚可行性的前期实验室模拟研究方法。虽然针对海底甲烷渗漏的海洋科学考察活动显示，在海底甲烷渗漏上方倒置的试管中能够快速形成天然气水合物(见图2)，但没有具体测量天然气水合物的合成效率等参数。另外，也不能定量评价不同参数，如温度、压力、甲烷渗漏通量等，对天然气水合物生成效率的影响。另外，海水中水合物的生成是否会对海水的盐度、pH值等造成影响，也需要研究。

近年来，海底甲烷渗漏因其环境和气候影响受到国内外学者的广泛关注。但大多研究针对的是海底甲烷渗漏通量的评价方法，及其与地质历史时期全球变暖事件的关系。目前，关于“针对分布广泛的海底甲烷渗漏特征，人类可以做些什么”，很少有人研究。针对海底甲烷渗漏这一特征，发明人前期提出了“海底天然气水合物采集大棚”这一新型的海底天然气水合物采集方法，是一种成本低、可操作性强的海底天然气水合物采集方法。该方法以稳定底架和升降柱作为大棚底部，利用可拆卸的顶部单元对天然气水合物进行收集，通过海上平台对已经收集完毕的大棚顶部单元进行回收以及天然气水合物的后期处理，最后实现对海底渗漏甲烷进行无污染收集的目的。但针对天然气水合物采集大棚的实际生成效率，影响因素以及是否会引起海水酸化等问题认识不足。因此，有必要在海底实际建设天然气水合物生产大棚之前，进行实验室模拟，通过设定不同的海底甲烷渗漏条件，如甲烷渗漏速度范围、温度、压力等，来进行实验室海水中水合物生成效率的模拟研究，测试水合物生成的速度和甲烷采收率，分析不同的温度、压力和渗漏速率参数对水合物生成效率的影响。另外，通过实验前后测量海水pH值和盐度，研究水合物大棚中生成的水合物是否产生海水酸化影响。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)多数天然气水合物原位生成实验是在不同类型的沉积物中开展，较少有针对水合物在海水中生成过程的研究。

(2)目前，关于“针对分布广泛的海底甲烷渗漏特征，人类可以做些什么”，很少有人研究。

(3)针对天然气水合物采集大棚的实际生成效率，影响因素以及是否会引起海水酸化等问题认识不足。