【技术实现步骤摘要】
201610125996
【技术保护点】
一种天然气水合物合成与分解实验方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对入口标准容积室体积V1、出口标准容积室体积V2、高压反应釜与入口标准容积室之间管线死体积V1s、高压反应釜与出口标准容积室之间管线死体积V2s进行标定；(2)向高压反应釜内填满砂粒，逐层夯实，密封反应釜并检查反应釜的密封性；(3)向反应釜内多孔介质饱和配好的模拟海水溶液，测定反应釜内多孔介质的孔隙度及渗透率；(4)向反应釜内注入天然气，打开反应釜出口阀门，将反应釜内多孔介质中的部分模拟海水排出，关闭反应釜出口阀门，建立初始P‑V‑T平衡状态；(5)向高压反应釜内逐次充入高压天然气，直至充入天然气后高压反应釜内压力不再发生变化时，停止充入天然气；期间，采集高压反应釜内温度及压力；每次充气过程，通过P‑V‑T平衡状态方程计算充入气体体积；最后统计充入气体体积总量，完全天然气水合物合成；(6)待形成的天然气水合物稳定一定时间后，向反应釜内注入模拟海水以赶走反应釜内多余的自由天然气，此过程可计量被赶出的天然气体积及注入的模拟海水保留在反应釜内的体积；(7)打开出口阀门，通过出口标准容积室分阶段使天然气水合物分解；通过出口标准...
【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物合成与分解实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对入口标准容积室体积V1、出口标准容积室体积V2、高压反应釜与入口标准容积室
之间管线死体积V1s、高压反应釜与出口标准容积室之间管线死体积V2s进行标定；
(2)向高压反应釜内填满砂粒，逐层夯实，密封反应釜并检查反应釜的密封性；
(3)向反应釜内多孔介质饱和配好的模拟海水溶液，测定反应釜内多孔介质的孔隙度
及渗透率；
(4)向反应釜内注入天然气，打开反应釜出口阀门，将反应釜内多孔介质中的部分模拟
海水排出，关闭反应釜出口阀门，建立初始P-V-T平衡状态；
(5)向高压反应釜内逐次充入高压天然气，直至充入天然气后高压反应釜内压力不再
发生变化时，停止充入天然气；期间，采集高压反应釜内温度及压力；每次充气过程，通过P-
V-T平衡状态方程计算充入气体体积；最后统计充入气体体积总量，完全天然气水合物合
成；
(6)待形成的天然气水合物稳定一定时间后，向反应釜内注入模拟海水以赶走反应釜
内多余的自由天然气，此过程可计量被赶出的天然气体积及注入的模拟海水保留在反应釜
内的体积；
(7)打开出口阀门，通过出口标准容积室分阶段使天然气水合物分解；通过出口标准容
积室计量每个阶段水合物分解出的天然气体积，再通过总气量计量容器计量水合物分解出
的天然气总体积；整个过程采集高压反应釜内温度及压力。
2.根据权利要求1所述的天然气水合物合成与分解实验方法，其特征在于：采用P-V-T
平衡状态方程对入口标准容积室体积V1、出口标准容积室体积V2、高压反应釜与入口标准容
积室之间管线死体积V1S、高压反应釜与出口标准容积室之间管线死体积V2S的标定，标准容
积室、出口标准容积室、高压反应釜与入口标准容积室之间管线、高压反应釜与出口标准容
积室之间管线均置于低温水浴系统中，标定前，开启低温水浴系统，并恒温到实验温度；
所述入口标准容积室V1及高压反应釜与入口标准容积室之间管线死体积V1S的标定：高
压反应釜内装入实心不锈钢模块，打开第一阀门(1)和第二阀门(2)，充入一定压力的气体，
关闭第二阀门(2)，打开第一阀门(1)释放入口标准容积室内气体，记录初始稳定状态压力
为P入1,a；关闭第一阀门(1)，打开第二阀门(2)，记录稳定状态压力为P入1,b；此时建立P-V-T平
衡状态方程：
打开第一阀门(1)和第二阀门(2)，放空系统内气体，再次充入一定压力的气体，关闭第
二阀门(2)，打开第一阀门(1)释放入口标准容积室内气体，记录稳定状态压力为P入2,a；往标
准容积闭室内装入已知体积V2的模块，关第一阀门(1)，打开第二阀门(2)，记录稳定状态压
力为P入2,b；此时建立P-V-T平衡状态方程：
如此反复操作多次，更换装入标准容积室内的模块体积；由此可得多个恒温状态下的
P-V-T平衡状态方程：
其中，i＝1，2，3，…，n，且V1＝0；Z入n,a和Z入n,b分别为压力为P入n,a和P入n,b条件下天然气的
压缩因子；
由多个恒温状态下的P-V-T平衡状态方程可计算出入口标准容积室V1及高压反应釜与
入口标准容积室之间管线死体积V1S；
出口标准容积室V2及高压反应釜与出口标准容积室之间管线死体积V2S的标定：标定步
骤同上；
其中，i＝1，2，3，…，n，且V1＝0；Z出n,a和Z出n,b分别为压力为P出n,a和P出n,b条件下天然气的
压缩因子；
由多个恒温状态下的P-V-T平衡状态方程可计算出入口标准容积室V2及高压反应釜与
入口标准容积室之间管线死体积V2S。
3.根据权利要求1所述的天然气水合物合成与分解实验方法，其特征在于，天然气水合
物合成方法的具体步骤为：
a)向高压反应釜内填满砂粒，逐层夯实形成饼状多孔介质，其高径比为1:6；密封反应
釜并检查反应釜的密封性；
b)关闭第三阀门(3)，连接抽真空系统，对高压反应釜抽真空，排出反应釜、管线、入口
标准容积室内的空气；配制模拟海水，使用海水计量输入泵向反应釜内多孔介质中饱和配
好的模拟海水溶液，测定反应釜内多孔介质的孔隙度及渗透率；
c)连接高压天然气瓶，向反应釜内充入4～10MPa的天然气；关闭第一阀门(1)、第二阀
门(2)，打开第三阀门(3)，赶出反应釜内多孔介质中部分饱和模拟海水；为了使天然气水合
物形成过程中天然气在多孔介质中有足够的通道运移并与模拟海水充分接触，且多孔介质
中的模拟海水完全用于形成天然气水合物后体积不会超过多孔介质的孔隙体积，根据实验
和理论计算得到，至少要赶出多孔介质孔隙体积25％的模拟海水溶液，此时即使多孔介质
中的模拟海水完全形成天然气水合物发生体积膨胀后，多孔介质中有一部分孔隙为天然气
所充填；排出的模拟海水质量可用安装有氯化钙计量杯的精密电子天平计量；根据排出的
模拟海水质量，可算出饼状多孔介质中天然气所占的孔隙体积；关闭第三阀门(3)，待体系
稳定后，根据P-V-T平衡状态方程可算出体系中的天然气体积；
记多孔介质中天然气所占的孔隙体积为Ve1，温度为T，压力为P1,a，已知该压力条件下天
然气压缩因子为Z1,a，建立P-V-T平衡状态方程：
P1,a(Ve1+V1s)＝Z1,an1,aRT(5)
由此可算出天然气在标准状态下的体积VgⅠ：
Vg 1 = P 1 , a ( Ve 1 + V s ) Z 0 T 0 Z 1 , a TP 0 ]]>其中P0，T0，Z0分别为标态下的压力、温度和天然气压缩因子；
d)开启低温水浴系统，降低实验温度至1℃左右并恒温；根据温压采集系统可知，反应
釜内压力逐渐降低，压力降低到一定值后将不再变化，此时体系达到稳定状态，记录反应体
系温度为T，压力为P1,b；由于天然气水合物的生成，原来多孔介质中由天然气占据的孔隙体
积将被膨胀的天然气水合物占据一部分，平衡后多孔介质中由天然气占据的孔隙体积记为
Ve2，由此可列出稳定状态下的P-V-T平衡状态方程：
P1,b(Ve2+V1s)＝Z1,bn1,bRT(7)
打开第一阀门(1)，向入口标准容积室充入一定压力的天然气，关闭第一阀门(1)；待入
口标准容积室中天然气稳定后，记录天然气温度为T，压力为P3；此时入口标准容积室内天
然气的P-V-T平衡状态方程为：
P3V1＝Z3n3RT(8)
打开第二阀门(2)，使入口标准容积室中的天然气膨胀进入高压反应釜，其膨胀将达到
快速平衡，记录整个体系温度为T，压力为P2,a，由等温膨胀过程可得：
P2,a(Ve2+V1s+V1)＝Z2,a(n1,b+n3)RT(9)
由式(9)可推导出多孔介质中天然气占据的孔隙体积记为Ve2：
Ve 2 = ...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，周灿灿，戢宇强，武延亮，陈一健，卢一凡，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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