[發明專利]海洋非成巖水合物固態流化開采分解特征測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201811052314.0
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109115984A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 郭平;陳一健;邱奕龍;劉煌;魏納;楊恒;汪周華;王雪松;詹思源
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了海洋非成巖水合物固態流化開采分解特征測試裝置及方法。該裝置由甲烷氣源1、空壓機3、平流泵4、氣體中間容器7、溶液中間容器8、高壓反應釜12、回壓控制器16、氣體流量計17、計算機18、溫壓監測儀19、恒溫氣浴箱20組成。該方法包括：（1）在高壓反應釜內添加石英砂；（2）甲烷氣源泵入到氣體中間容器，實驗溶液注入溶液中間容器；（3）調節至實驗溫度，將溶液中間容器、氣體中間容器的流體泵入高壓反應釜，打開攪拌電機，開始合成實驗；（4）向反應釜內補充溶液；（5）打開出口閥，開始分解實驗，記錄分解特征參數產氣速率、累計產氣量。本發明原理可靠、操作簡便，能夠準確評價不同操作條件下水合物顆粒的分解特征。

技術領域

本發明涉及一種海洋非成巖水合物固態流化開采過程中分解特征實驗測試裝置及方法，屬于天然氣水合物實驗領域。

背景技術

天然氣水合物被認為是最具潛力的“未來能源”之一，因其具有儲量規模大、資源分布廣、能量密度高等特點。天然氣水合物的分解產物是以甲烷為主的天然氣，燃燒產物為CO₂和水，屬于清潔能源。在我國的南海海域蘊藏著儲量巨大的海洋天然氣水合物資源，因其具有埋深淺、無致密蓋層、礦藏疏松、膠結程度低、易于碎化的特點，被定義為非成巖水合物。與以往研究的成巖水合物不同，海洋非成巖水合物在使用常規開采方法時存在著分解氣體易泄露、難收集等不可控、不環保的問題，因此在2014年周守為院士提出了針對海洋淺層非成巖水合物的綠色開采技術——固態流化法。與常規方法相比，整個采掘過程是在海底天然氣水合物礦區進行，未改變天然氣水合物的溫度、壓力條件，類似于構建了一個由海底管道、泵送系統組成的人工封閉區域，實現了在密閉輸送管線范圍內可控有序分解，避免了天然氣水合物原位分解可能帶來的工程地質災害和溫室效應。

海洋非成巖水合物固態流化開采技術主要包括四個環節：(1)水合物儲層被機械破碎成小顆粒；(2)水合物/沉積物混合顆粒與高壓海水混合成漿液體系；(3)漿液體系被傳送到海平面操作平臺進行水合物快速分解或漿液體系在海底特殊裝置中實現水合物快速分解再將氣體傳送到海平面作業平臺；(4)沉積顆粒的回填。可以看出在(1)、(2)兩個階段應該盡量確保水合物的穩定性，而在第(3)階段要實現水合物的快速分解。因此，掌握水合物-沉積物/海水混合漿液中水合物的分解特征對確定海洋非成巖水合物固態流化開采技術各個階段的操作參數非常重要。這就需要設計一套能模擬海水中懸浮水合物顆粒分解特征的實驗裝置，能夠研究非成巖水合物在管道內流動過程中受到不同的壓力、溫度、海水礦化度、海洋沉積物和破碎攪拌等條件下的分解特征。目前，已報道的沉積水合物分解實驗采用完全填砂模式，也沒有破碎攪拌裝置，無法代表固態流化開采過程中非成巖水合物在管道內被破碎并流動分解的特點。因此，設計新的分解動力學實驗裝置與實驗方法，系統研究固態流化開采過程中海洋非成巖水合物的分解規律和影響因素，對促進海洋非成巖水合物固態流化開采技術的應用，以及對我國天然氣水合物資源的高效開發與利用均具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供海洋非成巖水合物固態流化開采分解特征測試裝置，該裝置可有效模擬非成巖水合物固態流化開采過程中水合物-沉積物/水混合漿液中水合物顆粒在不同操作條件下的分解狀態，并能對分解規律和影響因素進行評價。

本發明的另一目的還在于提供利用上述裝置對海洋非成巖水合物固態流化開采分解特征進行測試的方法，該方法原理可靠、簡單實用、操作簡便，能夠準確評價不同操作條件下混合漿液中水合物顆粒的分解特征，為海洋非成巖水合物固態流化開采過程不同環境的操作條件的確定提供基礎參數，促進該項技術的實際應用。

為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。

海洋非成巖水合物固態流化開采分解特征實驗裝置由穩壓供氣系統、水合物合成與分解系統、液體補償系統、壓力溫度控制系統、出口計量系統、數據采集系統共六個部分組成。

所述穩壓供氣系統由甲烷氣源、空氣壓縮機、氣體中間容器三個主要設備構成。該系統主要為實驗提供高壓甲烷氣體(≤30MPa)，可以根據實驗需求調節氣體壓力。