[發(fā)明專利]一種天然氣水合物鉆井液中水氣動態(tài)分離裝置及方法

有效

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• 申請日: 2017-07-29
• 公開（公告）號: CN107462688B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龐守吉;祝有海;黃霞;王明君;王平康;高相宇;張帥;肖睿
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心;北京唯思德科技有限公司
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

公開一種天然氣水合物鉆井液中水氣動態(tài)分離裝置，其能夠伴隨鉆探工作動態(tài)分離水體(鉆井液)中溶解性甲烷，實現(xiàn)與大氣中甲烷的對比檢測，準(zhǔn)確測定天然氣水合物分解對大氣和水體的響應(yīng)。其包括：深潛泵、分流裝置、流量計、水氣平衡器、排水箱、冷凝器、氣體檢測分析儀；深潛泵放入完鉆鉆井內(nèi)，打開深潛泵，讓水進入水氣平衡器，通過流量計調(diào)節(jié)分流裝置的閥門，分離后產(chǎn)生的水體排進排水箱，分離出的氣體經(jīng)冷凝器后進入氣體檢測分析儀。還提供了一種天然氣水合物鉆井液中水氣動態(tài)分離方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天然氣水合物研究的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種天然氣水合物鉆井液中水氣動態(tài)分離裝置及方法。

背景技術(shù)

天然氣水合物(Natural Gas Hydrate)是在低溫高壓下由水與小客體氣體分子組成的類冰、非化學(xué)計量、籠形固體化合物，俗稱“可燃冰”，因其中的氣體成分主要為甲烷，故又稱甲烷水合物(Methane Hydrate)。天然氣水合物能量密度高，在理想狀況下，1m³的天然氣水合物可分解出164m³的甲烷氣體和0.8m³的水。而地球上天然氣水合物蘊藏量十分豐富，天然氣體水合物廣泛分布于多年凍土區(qū)、大陸架邊緣的深海沉積物和深湖泊沉積物中，估計全球天然氣水合物中的碳儲量為2×10¹⁶m³，相當(dāng)于全球已探明常規(guī)化石燃料總碳量的兩倍以上。上世紀(jì)90年代以來，世界上發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家紛紛制訂各自的開發(fā)研究計劃，對天然氣水合物進行全面的、系統(tǒng)的調(diào)查和研究。

天然氣水合物的地球化學(xué)研究對于認識天然氣水合物的物質(zhì)組成、物化性質(zhì)及其來源、產(chǎn)出條件、形成機制，分布規(guī)律、環(huán)境效應(yīng)、資源量評價等具有重要的意義，是天然氣水合物探測的最重要的手段之一。國際上對天然氣水合物的地球化學(xué)研究表明，在天然氣水合物富集區(qū)，由于水合物形成或分解過程中釋放的流體和微滲逸烴可在其上覆海底沉積物及其孔隙水以及底層海水中形成烴類異常和其他地球化學(xué)異常效應(yīng)，這些異?？捎糜谥甘咎烊粴馑衔锏拇嬖凇Ｄ壳?，天然氣水合物地層孔隙水中Cl^-質(zhì)量濃度異常和SO₄^2-質(zhì)量濃度梯度已成為兩項重要的地球化學(xué)指標(biāo)，而水體中溶解性甲烷濃度的含量則更直觀的指示了天然氣水合物的存在和分解變化。

天然氣水合物溶解發(fā)生在天然氣水合物本身穩(wěn)定但未飽和的水體中，溶解過程與NaCl、CaSO₄·2H₂O在水中溶解相似，主要由于外因(如存在水)不穩(wěn)定引起，相反過程是天然氣水合物在過飽和時析出。水合物溶解度隨溫度增加而增大，隨鹽度和壓力增加而減小，溫度對溶解的影響比壓力對溶解的影響敏感。水合物分解成水和甲烷氣是水合物自身不穩(wěn)定引起的，分解過程與冰融化過程相似，可以發(fā)生在沉積物中或水體中，與水是否存在無關(guān)，但水存在會加快水合物分解速度。水合物分解受溫度、壓力和甲烷含量影響，相反過程是甲烷氣和水結(jié)晶成水合物。甲烷氣在上升穿越水體的過程中，在氣泡和水合物界面處會出現(xiàn)短暫的水合物再形成現(xiàn)象。水合物溶解和分解是兩個不同的過程，控制水合物溶解的動力學(xué)因素是物質(zhì)轉(zhuǎn)換，而控制水合物分解的則是熱轉(zhuǎn)換。由于熱轉(zhuǎn)換速率大于物質(zhì)轉(zhuǎn)換速率，因此水合物分解過程比溶解過程要快得多。

伴隨天然氣水合物勘探開發(fā)過程，水體中溶解性甲烷濃度的含量對地層中天然氣水合物存在狀態(tài)的指示愈發(fā)重要。一方面，可對天然氣水合物含量進行評估；另一方面，可對天然氣水合物產(chǎn)生的甲烷進行實時監(jiān)測，以免對環(huán)境造成災(zāi)害性影響。目前，對凍土區(qū)固結(jié)巖層內(nèi)天然氣水合物開采過程中，地層水中天然氣水合物含量變化的監(jiān)測已引起廣大學(xué)者的重視，但監(jiān)測方法卻寥寥無幾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種天然氣水合物鉆井液中水氣動態(tài)分離裝置，其能夠伴隨鉆探工作動態(tài)分離水體(鉆井液)中溶解性甲烷，實現(xiàn)與大氣中甲烷的對比檢測，準(zhǔn)確測定天然氣水合物分解對大氣和水體的響應(yīng)。