[發明專利]塊狀天然氣水合物樣品制備與分解系統

有效

• 申請號: 202110371397.5
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113092272B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 陳強;吳能友;孫建業;李彥龍;劉昌嶺
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N1/28;G01N1/44
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 王丹丹

本發明公開一種塊狀天然氣水合物樣品制備與分解系統，包括水合物合成與壓制子系統、水合物破碎分解與計量子系統、保壓轉移球閥等，保壓轉移球閥設置在水合物合成與壓制子系統和水合物破碎分解與計量子系統之間，通過保壓轉移球閥連接兩個子系統，實現水合物樣品合成與破碎分解兩個系統的一體化，最大保障樣品質量，減小實驗干擾因素，在具備合成塊狀水合物樣品能力的基礎上，控制水合物塊體的密實程度，同時實現樣品保壓轉移和旋轉破碎，最終實現獲取不同破碎流化工藝下水合物分解產氣特征等功能，采用分體式設計，更加科學合理，可有效避免水合物塊體因降壓產生膨脹或分解；為滲漏型水合物資源開采工藝研發和產能預測等工作提供有效數據支撐。

技術領域

本發明屬于海洋天然氣水合物實驗模擬與分析測試領域，具體涉及一種塊狀天然氣水合物樣品制備與分解系統，能夠模擬合成呈厚層狀、脈狀、結核狀等產狀賦存水合物，并開展塊狀水合物破碎流化分解動力學特征實驗。

背景技術

近年來以甲烷為主要成分的天然氣水合物(簡稱水合物)作為一種資源量巨大的新型能源受到了世界各國的關注(Collett等，2015；Boswell等，2019)。截止目前，中國和日本等國家分別開展了四次海域天然氣水合物試開采，逐步驗證了水合物資源的開發可行性。但是，目前實施的天然氣水合物試開采均以擴散型水合物礦體為目標進行工程方案設計和開采工藝研發，對產狀以團塊狀為主的滲漏型水合物開采技術研發仍處于摸索階段。

海底含烴類成分的流體沿斷層或構造薄弱帶等滲漏通道運移至淺表層適當的溫壓環境后，可形成肉眼可見的塊狀水合物，呈結核狀、透鏡狀或層狀等形態。其中，賦存于泥火山、泥底劈或麻坑等特殊地質體的淺表層水合物埋藏淺、飽和度高，具有較強的開采潛力(龔建明等，2018；劉杰等，2016)。在水合物儲層資源潛力與開采難度金字塔模型中(Boswell等，2006)，塊狀水合物占據重要位置。由于其成藏模式和分布特征與孔隙充填型水合物明顯不同，原位分解采氣方法適應性普遍較差。因此，需要借助模擬實驗等技術手段，快速準確的獲得一批用于塊狀水合物開采的物性參數，為研發該類型水合物開發工藝提供有效支撐。

現有技術中，已公布的水合物樣品制備方案主要分為兩個類別，除了針對沉積物中均勻合成擴散型水合物樣品(授權號CN103528865B等)以外，塊狀水合物(滲漏型水合物)樣品制備主要有四類，分別是：(1)基于噴淋，鼓泡供氣的水合物合成(公告號CN107875991A,授權號CN110305706B)；(2)壓縮氣循環制冷的水合物合成(公告號CN103992829A)；(3)僅控制溫度壓力環境進行水合物自然合成(公告號CN110501195A,CN102125815A)；(4)基于土工離心機模擬地層壓力的水合物合成(公告號111583770A)。

但是，上述水合物樣品制備方案存在以下缺陷：

(1)難以模擬自然界中海底塊狀水合物因成藏條件差異而產生的物性差異：

現有的塊狀水合物模擬合成裝置，主要是氣體和液體混合后，在合適的溫度、壓力環境中自發形成水合物晶體。水合物結晶生長是非化學計量過程，具有明顯隨機性。即使條件完全相同的兩次實驗，所獲得的水合物轉化率仍可能產生明顯差異。并且在該類裝置中合成的水合物塊體不受其他外力作用，水合物顆粒間的密實程度等不一，與自然條件下受地層擠壓改造后的狀態有明顯差異。

(2)現有塊狀水合物模擬裝置均未設計樣品合成后的處理與保壓轉移功能：

由于天然氣和水很難實現100％轉化為水合物，因此開展分解實驗前如能將多余的液體排出合成模型，對于下一步定量討論水合物分解產氣產水規律很有必要。此外，塊狀水合物樣品壓制合成與破碎分解涉及的工藝較為復雜，單一高壓實驗裝置難以同時實現制樣和分解兩個過程，已有實驗裝置未充分考慮上述因素，也未見相似設計方法。

發明內容

本發明為解決現有技術中存在的缺陷，提出一種塊狀水合物樣品制備與分解系統，能夠同時實現樣品保壓轉移和旋轉破碎。