一种天然气水合物快速合成方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种天然气水合物快速合成方法及设备，该合成方法包括以下步骤：确定待开发研究储层的物质构成及物性特征，并预备好对应的储层沉积物骨架组成材料和天然气水合物合成材料；将预备好的组成材料加入反应装置内，并按设定要求进行初步处理形成储层沉积物骨架；将用于合成反应的合成材料按照设定要求加入反应装置内，并调整反应装置内各项参数；静置一段时间，反应装置内的合成材料快速进行合成反应并生成天然气水合物；待反应完成，反应装置内快速合成的天然气水合物赋存在储层沉积物骨架中形成模拟天然气水合物储层。本发明专利技术合成效率高。明合成效率高。明合成效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物快速合成方法及设备


[0001]本专利技术涉及天然气水合物合成
，具体地涉及一种天然气水合物快速合成方法及设备。

技术介绍

[0002]天然气水合物是由较小分子量的气体分子，主要以甲烷为主，在高压低温条件下与水分子形成的类似于冰的笼形晶体化合物。其储量大、能量密度高、燃烧清洁，被认为是21世纪理想的清洁能源。我国南海天然气水合物储量丰富，储层沉积物主要为未成岩的泥质粉砂或粉砂质泥。常规取心会破坏天然气水合物稳定赋存条件，保压保温取心比较困难，储层物性认识不清，极大制约天然气水合物开发规律研究。天然气水合物宏观上其赋存形式包括分散状，块状，脉状等，微观上根据水合物与沉积物接触关系可以分为孔隙充填型，骨架支撑型，胶结型等。不同赋存类型，不同饱和度天然气水合物储层物性存在差异。实现非成岩沉积物中天然气水合物高效合成，制备接近地层真实情况的试样，是开展天然气水合物储层基础物性、开发规律研究的基础。
[0003]含天然气水合物试样人工合成目前主要有以下几种方法：第一种，将水和沉积物先混合压制成试样，向试样中注入天然气，改变温度压力条件下，合成天然气水合物；第二种，先将沉积物压制成试样，向试样中注入溶解有天然气的液体，改变温度和压力条件，制备天然气水合物；第三种，将沉积物同预制的含天然气水合物的碎冰混合，压制后控制温度压力条件，形成水合物试件。此外有用四氢呋喃代替天然气合成水合物，四氢呋喃水合物与天然气水合物物性较为相似，更容易制备。目前天然气水合物合成存在的问题包括，合成速率慢，大尺寸天然气水合物试件制备时间长；先合成的天然气水合物可能会堵塞孔隙气液运移通道，导致天然气水合物分布不均；天然气在水中溶解度较低，难以合成高饱和度天然气水合物；较少考虑天然气水合物饱和度影响，饱和度计算缺乏高效方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种合成效率高的天然气水合物快速合成方法及设备。
[0005]本专利技术公开的一种天然气水合物快速合成方法及设备采用的技术方案是:
[0006]为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种天然气水合物快速合成方法，所述合成方法包括以下步骤：
[0007]确定待开发研究储层的物质构成及物性特征，并预备好对应的组成材料和合成材料；
[0008]将预备好的组成材料加入反应装置内，并按设定要求进行处理形成储层沉积物骨架；
[0009]将用于合成反应的合成材料按照设定要求加入反应装置内，并调整反应装置内各项参数；
[0010]静置一段时间，反应装置内的合成材料快速进行合成反应并生成天然气水合物；
[0011]待反应完成，反应装置内快速合成的天然气水合物赋存在储层沉积物骨架中形成模拟天然气水合物储层。
[0012]作为优选方案，所述步骤确定待开发研究储层的物质构成及物性特征，并预备好对应的组成材料和合成材料具体包括：
[0013]确定储层沉积物骨架的设定外观体积，确定构成模拟天然气水合物储层的组成材料和合成材料的类型、比例和密度，确定模拟天然气水合物储层的设定孔隙度，确定模拟天然气水合物储层赋存的天然气水合物的饱和度；
[0014]根据上述条件计算出合成反应所需沉积物总用量、液体总用量、以及气体总用量。
[0015]作为优选方案，所述步骤将预备好的组成材料加入反应装置内，并按设定要求进行处理形成储层沉积物骨架具体包括：
[0016]将预备好的组成材料均分，再将均分后的组成材料分多次平铺于反应装置内形成储层沉积物骨架；
[0017]其中，每次加入组成材料后均施加适应的压力进行均匀压缩，待所有组成材料全部加入完毕进行整体压缩，最终形成储层沉积物骨架且储层沉积物骨架的外观体积达到设定要求。
[0018]作为优选方案，所述步骤将用于合成反应的合成材料按照设定要求加入反应装置内，并调整反应装置内各项参数具体包括：
[0019]通过排出装置抽取反应装置内的滞留气体，使得反应装置内部处于真空状态；
[0020]通过注液装置从反应装置的上方注入液体，当注入液体达到设定要求时，切换注液方向，从反应装置的下方注入液体直至注液量满足液体总用量；
[0021]通过注气装置向反应装置的上方注入气体，当注入气体达到设定要求时，切换注气方向，从反应装置的下方注入气体直至反应装置内压力达到设定压力则停止注气；
[0022]通过温控装置调整反应装置内的温度至设定温度。
[0023]作为优选方案，所述步骤静置一段时间，反应装置内的合成材料快速进行合成反应并生成天然气水合物还包括：
[0024]判断反应装置在合成反应过程中的内部压强，若内部压强下降至不再变化时，则通过注气装置继续注入气体，重复操作直至气体总用量全部反应完毕。
[0025]为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种天然气水合物快速合成设备，上述合成方法基于所述合成设备运行，所述合成设备包括反应装置、温控装置、排出装置、轴压装置、注液装置和注气装置。
[0026]反应装置，所述反应装置用于储层沉积物骨架的制备和放置、以及用于提供天然气水合物合成反应的环境。
[0027]温控装置，所述温控装置用于调整所述反应装置内部的温度。
[0028]排出装置，所述排出装置用于促使所述反应装置内部处于真空状态。
[0029]轴压装置，所述轴压装置用于压缩储层沉积物骨架、以及提供合成反应所需地层应力。
[0030]注液装置，所述注液装置用于提供合成反应所需的液体。
[0031]注气装置，所述注气装置用于提供合成反应所需的气体。
[0032]作为优选方案，所述反应装置包括有由顶板、底板、以及位于所述顶板和所述底板
之间的腔体构成的密闭反应腔，所述顶板可上下移动，所述顶板下方、所述底板上方均设置有半透膜，所述密闭反应腔的上方设置有第一进气口、第一进液口，所述密闭反应腔的下方设置有第二进气口、第二进液口和第一排出口。
[0033]所述温控装置包括有由罩体和底座构成的密闭调温腔，所述罩体安装于所述底座上，所述底板固定在所述底座上，所述罩体上设置有用于第一进气口、第一进液口穿过的通道，所述底座上设置有用于第二进气口、第二进液口和第一排出口穿过的通道。
[0034]所述排出装置包括有真空泵和排出阀，所述排出阀的一端通过管路连通所述第一排出口，所述排出阀的另一端通过管路连通所述真空泵。
[0035]所述轴压装置包括液压泵和轴压压头，所述轴压压头位于所述反应腔的顶板上方，所述液压泵与所述轴压压头之间驱动连接。
[0036]所述注液装置包括液罐、注液泵、注液总阀门、液体流量计、第一上注液阀门、第二上注液阀门、第一下注液阀门、第二下注液阀门，所述液罐用于存储天然气水合物合成反应所需液体，所述注液泵用于液体的泵出，所述注液泵的一端通过管路连通所述液罐，所述注液泵的另一端通过管路连通所述注液总阀门的一端，所述液体流量计的一端通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物快速合成方法，其特征在于，所述合成方法包括以下步骤：确定待开发研究储层的物质构成及物性特征，并预备好对应的组成材料和合成材料；将预备好的组成材料加入反应装置内，并按设定要求进行处理形成储层沉积物骨架；将用于合成反应的合成材料按照设定要求加入反应装置内，并调整反应装置内各项参数；静置一段时间，反应装置内的合成材料快速进行合成反应并生成天然气水合物；待反应完成，反应装置内快速合成的天然气水合物赋存在储层沉积物骨架中形成模拟天然气水合物储层。2.如权利要求1所述的天然气水合物快速合成方法，其特征在于，所述步骤确定待开发研究储层的物质构成及物性特征，并预备好对应的组成材料和合成材料具体包括：确定储层沉积物骨架的设定外观体积，确定构成模拟天然气水合物储层的组成材料和合成材料的类型、比例和密度，确定模拟天然气水合物储层的设定孔隙度，确定模拟天然气水合物储层赋存的天然气水合物的饱和度；根据上述条件计算出合成反应所需沉积物总用量、液体总用量、以及气体总用量。3.如权利要求2所述的天然气水合物快速合成方法，其特征在于，所述步骤将预备好的组成材料加入反应装置内，并按设定要求进行处理形成储层沉积物骨架，具体包括：将预备好的组成材料均分，再将均分后的组成材料分多次平铺于反应装置内形成储层沉积物骨架；其中，每次加入组成材料后均施加适应的压力进行均匀压缩，待所有组成材料全部加入完毕进行整体压缩，最终形成储层沉积物骨架且储层沉积物骨架的外观体积达到设定要求。4.如权利要求3所述的天然气水合物快速合成方法，其特征在于，所述步骤将用于合成反应的合成材料按照设定要求加入反应装置内，并调整反应装置内各项参数具体包括：通过排出装置抽取反应装置内的滞留气体，使得反应装置内部处于真空状态；通过注液装置从反应装置的上方注入液体，当注入液体达到设定要求时，切换注液方向，从反应装置的下方注入液体直至注液量满足液体总用量；通过注气装置向反应装置的上方注入气体，当注入气体达到设定要求时，切换注气方向，从反应装置的下方注入气体直至反应装置内压力达到设定压力则停止注气；通过温控装置调整反应装置内的温度至设定温度。5.如权利要求4所述的天然气水合物快速合成方法，其特征在于，所述步骤静置一段时间，反应装置内的合成材料快速进行合成反应并生成天然气水合物还包括：判断反应装置在合成反应过程中的内部压强，若内部压强下降至不再变化时，则通过注气装置继续注入气体，重复操作直至气体总用量全部反应完毕。6.一种天然气水合物快速合成设备，其特征在于，上述权利要求1至5所述的任一项天然气水合物快速合成方法基于所述合成设备运行，所述合成设备包括反应装置(10)、温控装置(20)、排出装置(30)、轴压装置(40)、注液装置(50)和注气装置(60)；反应装置(10)，所述反应装置(10)用于储层沉积物骨架的制备和放置、以及用于提供天然气水合物合成反应的环境；温控装置(20)，所述温控装置(20)用于调整所述反应装置(10)内部的温度；
排出装置(30)，所述排出装置(30)用于促使所述反应装置(10)内部处于真空状态；轴压装置(40)，所述轴压装置(40)用于压缩储层沉积物骨架、以及提供合成反应所需地层应力；注液装置(50)，所述注液装置(50)用于提供合成反应所需的液体；注气装置(60)，所述注气装置(60)用于提供合成反应所需的气体。7.如权利要求6所述的天然气水合物快速合成设备，其特征在于，所述反应装置(10)包括有由顶板(11)、底板(12)、以及位于所述顶板(11)和所述底板(12)之间的腔体(13)构成的密闭反应腔，所述顶板(11)可上下移动，所述顶板(11)下方、所述底板(12)上方均设置有半透膜(14)，所述密闭反应腔的上方设置有第一进气口(15)、第一进液口(16)，所述密闭反应腔的下方设置有第二进气口(17)、第二进液口(18)和第一排出口(19)；所述温控装置(20)包括有由罩体(21)和底座(22)构成的密闭调温腔，所述罩体(21)安装于所述底座(22)上，所述底板(12)固定在所述底座(22)上，所述罩体(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佳维，谢文卫，于彦江，寇贝贝，申凯翔，张渴为，于浩雨，黄芳飞，孙明远，罗志远，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：