[發明專利]一種快速合成天然氣水合物樣品的方法

有效

• 申請號: 201710366669.6
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN108931404B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 孫長青;王屹;趙克斌;吳傳芝;楊俊;高俊陽;李小森;張郁;陳銀節
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;方莉

本發明涉及一種快速合成天然氣水合物樣品的方法，該方法首先使用冰粉制作系統在低溫環境下制作合適粒徑的冰粉，將冰粉按照目標賦存形態與賦存環境進行匹配，并填充到反應釜的樣品腔中。通過向反應釜內通入水合物形成氣，并調整反應溫度與壓力，使冰粉與水合物形成氣逐步合成水合物樣品。當水合物樣品合成速率明顯下降時，將反應溫度提高至冰點以上、水合物的相平衡溫度以下，促使冰融化為水，提高水合物合成速率。然后再將反應溫度降低至冰點以下。如此反復降溫升溫過程，直至冰粉完全轉化為天然氣水合物樣品，并形成預期的水合物樣品形態。

技術領域

本發明屬于天然氣水合物勘探開發與水合物利用技術領域，具體涉及一種快速合成天然氣水合物樣品的方法。

背景技術

天然氣水合物已成為油氣工業界長期以來的研究熱點，其研究方向涵蓋了水合物資源潛力、水合物利用潛力、水合物防治與水合物對環境的潛在影響等諸多方面。上述研究中往往需要考察水合物形成與分解過程的微觀變化，從而實現對相關技術的改進與完善。但自然界天然氣水合物樣品特別是高純度水合物樣品不易獲取，水合物研究中所需樣品往往采用人工合成樣品。通過實驗模擬合成天然氣水合物樣品，不僅可考察水合物形成控制因素，而且可用于水合物分解模擬研究，為水合物相關技術改進與完善提供便利條件。

天然氣水合物模擬研究現階段開展得比較多。專利文獻US9255234提出了一種以冰漿合成水合物的裝置，包括冰漿生成單元、冰漿運送管路、水合物生成單元、水合物漿運送管路以及水合物漿分解單元等部件。以裝置各組成部件的功能為主，反應介質為冰漿與氣體，形成的是水合物漿，不是自然界水合物的常見形態，且未涉及加速反應技術。專利文獻CN105259003A(一種合成海洋天然氣水合物樣品的實驗裝置和方法)，在水合物合成方法部分，公開了一種基于真實海底沉積物樣品物性特征的多孔介質中水合物的合成技術，采用冰粉與甲烷氣體合成水合物，可以合成各種預定形態的水合物樣品。但反應介質局限于自然條件下的多孔介質，反應氣體局限于甲烷；更重要的是反應過程中未使用任何加速反應技術，致使反應速度很慢。論文文獻“甲烷水合物在冰粉石英砂混合物中的生成過程”研究了不同壓力與特定溫度條件下，特定粒度的石英砂與冰粉顆?；旌辖橘|中甲烷水合物的形成過程，考察了壓力對反應體系中甲烷水合物形成速度的影響。研究中所用反應介質局限于多孔介質，參與反應的氣體局限于甲烷，且沒有采用促進水合物合成速度的方法。

目前天然氣水合物的實驗模擬研究多以甲烷氣體與水為反應物，氣-液體系中合成的水合物形態不易控制，難以合成預定形態水合物。水合物合成研究中以冰粉替代水作為反應物，可以較好地達到控制水合物形態的目的。但冰粉在轉化為水合物的過程中，隨著冰粉外層水合物的形成，氣體向冰晶格中的傳質變得越來越困難，由冰直接形成水合物的速度會變得極其緩慢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種快速合成天然氣水合物樣品的方法，該方法用冰粉取代水作為水合物樣品合成的反應物，實現對預期合成的水合物樣品形態的控制；同時采用反復升溫降溫的方法，反復地將被水合物樣品包裹的剩余冰粉溶解為水，加快水合物樣品的生成速率。

為此本發明提供了一種快速合成天然氣水合物樣品的方法，其包括以下步驟：

A，將冰粉以目標水合物合成形態填入反應釜的樣品腔中，然后在低于冰點的恒定反應溫度下，將水合物形成氣注入反應釜至釜內壓力高于生成水合物樣品所需的壓力，使所述水合物形成氣與冰粉持續合成水合物樣品；

B，當釜內壓力的降低速率低于0.2MPa/天時，將反應溫度提高并恒定在冰點以上、水合物樣品的相平衡溫度以下，使剩余冰粉融化為水，所述水與水合物形成氣繼續合成水合物樣品；

C，將反應溫度降低并恒定在冰點以下，使剩余的水轉化為冰粉；所述冰粉與水合物形成氣進一步合成水合物樣品；

D，重復步驟B-C，直至冰粉完全轉化為水合物樣品。