[發明專利]一種天然氣水合物試樣制作方法

無效

• 申請號: 201410230284.3
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN103983491A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 蔣宇靜;公彬;王剛;黃娜
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及了一種試驗樣品的制作方法，尤其涉及一種天然氣水合物試樣的制作方法。

背景技術

天然氣水合物是由水和天然氣在高壓和低溫條件下形成的類冰的、非化學計量的、籠形結晶化合物。天然氣水合物是一種潔凈的能源，被譽稱為21世紀新能源。其中，甲烷的能源密度（在標準狀況下每單位巖石體積中的甲烷體積）很大，是煤和黑色頁巖的10倍，天然氣的2.5倍。

天然氣水合物在自然界廣泛分布在大陸、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內陸湖的深水環境。天然氣水合物的形成條件：低溫，溫度一般低于10℃；高壓，壓力一般高于10MPa；充足的天然氣（烴類，以甲烷為主）氣體來源；有利的水合物賦存空間。天然氣水合物形成的氣體來源主要是：存在于深部的有機質受熱解作用所產生的氣體并向上運移；微生物降解沉積物中有機質而產生的氣體；火山作用產生的氣體；大氣溶解。根據對以上條件的分析和探測，天然氣水合物主要分布于高緯度陸地（凍土帶)和海底。據統計，90％海域均含有天然氣水合物，分布于各大洋邊緣海域的陸坡、陸隆以及盆地與部分內陸海，在特殊環境中，則可以在海底表面富集。天然氣水合物作為21世紀的新能源，對人類發展具有重要的意義，為此，開展模擬水合物的生成等天然氣水合物基礎研究是十分必要的。

原狀水合物沉積物巖芯獲取的成本高，難度大，而實驗室內人工合成天然氣水合物具有很多的優點，如參數可以控制，成本低等，因此目前天然氣水合物相關的力學特性試驗的試樣主要是通過實驗室內人工合成的天然氣水合物沉積試樣。現有的制作天然氣水合物試樣多采用反應釜中加入水和沙子，再通入氣體，通過控制溫度和壓力來生成水合物試樣，或者是將純甲烷水合物粉末和沙子在低溫環境中混合，在壓力成型機器中做成型。傳統的水合物試樣制作方法無法真實模擬海底天然氣水合物的生成，而且不能控制水合物的孔隙比、飽和度。

發明內容

本發明的目的是克服現有天然氣水合物試樣制作中的不足，提供了一種能夠控制孔隙比的天然氣水合物試樣制作方法。

本發明采用如下技術方案：

1.?一種天然氣水合物試樣制作方法：步驟如下：

1）、按照標準巖石試樣的大小制作相應的模具；

2）、篩選符合粒徑要求的沙子；

3）、將冰塊粉碎成符合粒徑要求的冰粉；

4）、將步驟2和步驟3中的沙子和冰粉充分攪拌均勻；

5）、將步驟4配置好的冰沙混合物裝入步驟1的模具中，壓鑄成型；

6）、在一定的壓力和溫度的環境中，在步驟5制作好的坯樣的上下兩個端面通實驗氣體，同時，控制溫度使步驟5制作好的坯樣中的冰粉融化；

7）待氣體在坯樣中充分溶解，降低溫度，生成水合物，完成試樣的制作。

2.本發明所述的一種天然氣水合物試樣制作方法，其特征在于：步驟5中所述的坯樣的孔隙比可根據需要控制。

3.?本發明所述的一種天然氣水合物試樣制作方法，其特征在于：步驟6所述的實驗氣體包括：甲烷、乙烷、二氧化碳、氮氣等可形成水合物的氣體。

附圖說明

圖1是本發明制作天然氣水合物試樣流程示意圖；

圖2是本發明天然氣水合物試樣制作成型后示意圖；

圖中各標記如下：1活塞桿、2外部缸體、3（超）導磁體溫度控制器、4拼合卡扣、5套筒、6圍壓注油孔、7底座、8底部注氣孔、9圍壓回油孔、10密封環、11下滲流板、12試樣、13上滲流板、14上部注氣接口、15上部壓力砧。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步詳細說明：

1.?一種天然氣水合物試樣制作方法：步驟如下：

1）、按照標準巖石試樣的尺寸制作相應的模具；

2）、篩選符合粒徑要求的沙子；

3）、將冰塊粉碎成符合粒徑要求的冰粉；

4）、將步驟2和步驟3中的沙子和冰粉充分攪拌均勻；

5）、根據實驗需要計算孔隙比。

?-土中孔隙體積

?—土粒體積

首先，計算得出冰粉與沙粒混合物的孔隙比?；假設混合物的初始高度為?，受壓后的混合物的高度為?，則?，為壓力?作用下混合物的壓縮量。根據土力學中孔隙比的定義以及混合物體積不會變化，且令，同時混合物受壓前后橫截面積不變，從而得到：

所以得到實驗所需的孔隙比：或在已知實驗所需孔隙比條件下混合物所需要壓縮的高度?；