CN110980734A - 一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置及方法，实验装置包括高压反应釜、压力控制系统和数据采集系统；高压反应釜用于模拟水合物成藏的海底地层环境，压力控制系统用于控制高压反应釜内的压力和气体流动，数据采集系统用于采集实验过程中各感应元件的感应信号，获得具体的实验参数。本发明的实验装置及方法能够真实模拟二氧化碳在海底沉积物中的扩散以及水合物形成等一维动力学过程，能够为综合考察水合物法海底封存二氧化碳的动力学机理提供了大量的测量参数，同时实验装置结构紧凑，实验方法科学合理，对于丰富气体水合物动力学研究方法和推进水合物法二氧化碳海底封存技术的应用具有重要意义。

Description

一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及二氧化碳海底封存技术领域，具体涉及一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置及方法，能够真实模拟二氧化碳在海底沉积物中的扩散以及水合物形成等一维动力学过程，以了解二氧化碳在海底地层封存过程中的一般规律和运移机理。

背景技术

水合物法二氧化碳海底封存技术是一种新型的二氧化碳封存技术。该技术通过将二氧化碳注入海底地层中，通过高压二氧化碳与地层中的海水形成二氧化碳水合物的方式将二氧化碳稳定的封存于海底地层。相比于其它二氧化碳封存技术，利用气体水合物封存二氧化碳技术具有诸多特点。首先，二氧化碳水合物的储气密度大。通常情况下1体积的水合物可以存储90-130体积标准状态下的二氧化碳。相比于压缩气体的方式，水合物储气密度更大且更加高效。第二，二氧化碳水合物赋存的热力学条件相对于液态二氧化碳的存储更加温和，有利于长期保持稳定。在海底沉积物中，温度和压力基本保持不变，二氧化碳一旦形成气体水合物后则可以实现长期封存。二氧化碳水合物通常在300-500米深的海底即可形成，同时以气体水合物的形式封存二氧化碳的有效时间至少为10万年。因此，这种封存方式不仅可以解决沿海经济发达地区采用陆上封存可能带来的土地占用问题并且降低了二氧化碳输运所带来的成本。第三，二氧化碳水合物的形成不需要复杂的形成条件。在低温高压的海底地层环境中二氧化碳可自发的与地层中的自由水分子结合形成二氧化碳水合物，不需要其它的反应助剂，有利于简化二氧化碳封存方法，降低二氧化碳封存所需能耗。

水合物法封存二氧化碳技术的在我国东部沿海地区的推广具有诸多优势。首先，我国碳排放密集区域主要集中在粤港澳大湾区、长三角经济带等经济发达的东部沿海。这些地区拥有广阔的沿海大陆架，为水合物法二氧化碳海底封存技术充足的地质条件。其次，我国东部沿海地区土地资源相对紧缺，同时面临较为严格的环境保护的压力，能够满足二氧化碳地质和地表封存所需的地质条件的区域较少，同时还需要负担较高的路上输运成本，因此不利于二氧化碳地质和地表封存技术的应用。而水合物法二氧化碳海底封存技术不会对地下淡水资源和地质结构等进行破坏，相反，形成的二氧化碳水合物相比于自由水流动性大大降低，能够增强二氧化碳封存点的地质结构强度，同时海上输运不占用陆上交通资源，能够极大的节省陆上输运成本。第三，水合物法二氧化碳海底封存对海底地质结构的强化作用，能够预防天然气水合物开采所可能造成的潜在地质灾害。因此，可以利用二氧化碳水合物的形成来弥补海底能源开采所可能造成的地质结构强度降低。

水合物法封存二氧化碳的相关研究目前依然处于起步阶段。尽管二氧化碳水合物被证明可以在理论条件下的地质环境中生成，但是水合物在特定环境中的形成与分解动力学特性尚不清晰。例如，温度和压力对水合物生成速率的影响，水合物在注入二氧化碳后的形成时间与形成位置，沉积物中孔隙率和含水率对于阻碍二氧化碳生成与扩散的效果等。上述研究对于确定二氧化碳的注入方式、有效封存量、安全性以及封存时间都具有十分重要的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明分析了海底地层环境的主要特点，并考虑了实际的实验测量技术，提供一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置及方法，能够真实模拟二氧化碳在海底沉积物中的扩散以及水合物形成等一维动力学过程，以了解二氧化碳在海底地层封存过程中的一般规律和运移机理。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置，包括高压反应釜、压力控制系统和数据采集系统；

所述的高压反应釜包括具有圆柱形内腔体的反应釜筒体和安装在反应釜筒体上下两端的端盖；内腔体的上下两端均设置有活塞，端盖与活塞之间构成液压腔，两个液压腔均通过管道与恒压泵相连；还包括与活塞相连的呈中空结构的活塞杆，活塞杆的另一端伸出端盖，活塞中部设置有通孔，上端的活塞和活塞杆构成高压反应釜的进气口，下端的活塞和活塞杆构成高压反应釜的排气口；

所述的反应釜筒体外部包裹有水浴夹套，所述的反应釜筒体侧壁沿轴线方向设置有多组温度、压力、电阻率测点，其上安装有压力传感器、电阻式温度计和电阻率探针；所述的高压反应釜的进气口与出气口之间设置有压差传感器；所述的反应釜筒体两端设置有与活塞杆相连的位移传感器；

所述的压力控制系统包括高压气瓶、减压阀、气体缓冲罐、气液分离器、干燥器、背压阀、微调阀、气体流量计和真空泵；气体缓冲罐上安装有压力传感器和温度传感器；高压气瓶经减压阀与气体缓冲罐入口相连，气体缓冲罐出口经减压阀与高压反应釜进气口相连；高压反应釜排气口末端分成两条气路，一路经针阀直接排出，另一路经气液分离器与干燥器入口相连，干燥器出口分为两路，一路与真空泵相连，另一路经背压阀、微调阀和气体流量计相连；

所述的数据采集系统包括数据采集仪，用于采集高压反应釜中各测点的压力、温度和电阻率、采集高压反应釜两端的活塞位移、采集高压反应釜进气口和排气口的差压、采集排气管路中的气体流量、采集气体缓冲罐的温度和压力。

作为本发明的一种改进，所述的安装在反应釜筒体侧壁的压力传感器通过高压管路与高压反应釜的内腔体连通，所述的气体缓冲罐的出口通过管道与高压管路连通，构成吹扫管路。可防止沉积物中的水流入高压反应釜与压力传感器连接的高压管路后形成水合物并堵塞管路造成压力传感器测量数据失效，从而保证压力传感器的精确测量。

作为本发明的一种改进，所述的高压反应釜的中部垂直于高压反应釜轴线的方向上设置有旋转轴，旋转轴与驱动机构相连，以带动高压反应釜沿旋转轴360°旋转。可模拟海底底层中二氧化碳向不同方向上的扩散过程。

作为本发明的一种改进，所述的高压反应釜的内腔体的长径比介于6.8-8.9之间。能够较好的模拟气体在一维方向上的扩散过程，同时考虑到温度计和电阻传感器探针对气体扩散作用的影响。

一种水合物法海底封存二氧化碳的实验方法，基于上述的实验装置实现，包括以下步骤：

制备砂样：筛选出合适粒径的天然砂，将天然砂清洗干净放在干燥箱中烘干，然后取出天然砂，向其中注入蒸馏水并充分搅拌混合；

填充高压反应釜：拆掉高压反应釜上的电阻温度计、电阻率探针以及进气端的活塞，向高压反应釜分多次添加制备好的砂样，每次添加砂样后应用锤头反复夯实，当添加完全部砂样后，用进气端的活塞密封高压反应釜并开启恒压泵，推动活塞将砂样进一步压实，最后插入电阻温度计和电阻率探针；

进气前准备：开启低温恒温槽，向高压反应釜外部的水浴夹套内注入循环冷却液，使高压反应釜内部温度降至水合物生成温度，将高压反应釜倒置，通过真空泵对高压反应釜内部抽真空，随后将高压反应釜静置并每隔6个小时将高压反应釜转动90°，持续一周时间，使砂样中的自由水均匀分布；

实验测量：向高压反应釜内注入二氧化碳，使高压反应釜内的压力超过二氧化碳水合物所需的最低压力，开始水合物的生成，此过程中，每隔15分钟，将高压反应釜与气体流量计相连接的阀门打开，并调节背压阀和微调阀，使排出的二氧化碳流量稳定，记录高压反应釜两端的差压值，同时记录高压反应釜内各测点的温度、压力和电阻率的数值；

实验结束：当实验进行24小时后，气体缓冲罐中的温度和压力在不进行气体渗透率测量时不再发生显著改变，认为二氧化碳水合物形成已经结束，记录此时活塞杆的位移值，反向拆除实验装置，实验结束。

与现有技术对比，本发明的优点在于：

1、采用高长径比和双活塞配合，能够很好地实现对二氧化碳等在海底沉积物中的扩散以及水合物形成等一维动力学过程的测量。

2、位于高压反应釜两端的活塞杆与固定在高压反应釜侧壁上的位移传感器相连，当水合物形成导致沉积物体积膨胀时，沉积物将会推动活塞杆向高压反应釜两端移动，进而可以测量出水合物生成量与沉积物膨胀体积之间的关系。

3、高压反应釜可以沿旋转轴360°旋转，可以模拟气体在海底地层中向上、向下以及水平方向上的扩散过程。

4、高压反应釜与压力传感器连接的高压管路设有高压气体吹扫管路，可避免沉积物中的水流入高压管路后形成水合物、以堵塞管路造成压力传感器测量数据失效的问题。

5、高压气体在进入气体流量计前须依次进入气液分离器、干燥器、背压阀和微调阀，以防止高压气体中混入的水分、粉砂以及压力剧烈波动对气体流量计的影响，提高对沉积物中的气体渗透率的测量精度。

附图说明

图1为本发明实验装置的工作原理图；

图2为本发明实验装置的结构示意图；

图3为高压反应釜的俯视图；

附图标记含义：1--反应釜筒体；2-端盖；3-活塞；4-液压腔；5-活塞杆；6-压力传感器；7-电阻式温度计；8-电阻率探针；9-气液分离器；10-干燥器；11-背压阀；12-微调阀；13-气体流量计；14-差压传感器；15-恒压泵；16-气体缓冲罐；17-减压阀；18-高压气瓶；19-数据采集仪；20-真空泵；21-针阀；22-位移传感器；23-手动旋转台。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置，包括高压反应釜、压力控制系统和数据采集系统。高压反应釜用于模拟水合物成藏的海底地层环境，压力控制系统用于控制高压反应釜内的压力和气体流动，数据采集系统用于采集实验过程中各感应元件的感应信号，获得具体的实验参数。

在高压地层环境中，沉积物的始终处于较高的地层压力下，同时二氧化碳注入地层后会由于自身浮力作用，在向上、向下以及水平方向上的扩散速度存在差异，当在沉积物中与水分子形成二氧化碳水合物晶体后，由于结晶引起的沉积物体积膨胀以及气体在沉积物中渗透率降低都是二氧化碳海底封存所需要关注的因素。基于以上考虑，本申请的高压反应釜采用高长径比和双活塞配合等手段，以更加真实地模拟二氧化碳在海底沉积物中的扩散以及水合物形成等一维动力学过程。

如图2所示，高压反应釜包括具有圆柱形内腔体的反应釜筒体1和安装在反应釜筒体1上下两端的端盖2。高压反应釜的材质为不锈钢316L，内腔体直径为56mm，长径比介于6.8-8.9之间，能够较好的模拟气体在一维方向上的扩散过程。同时，反应釜筒体1外部包裹水浴夹套，可通过配套的低温恒温槽注入循环冷却液，控制高压反应釜的温度。

为模拟海底地层的力学环境，反应釜筒体1的两端均设置有液压推进的活塞3，用以向沉积物施加恒定的轴向压力。本实施例中，端盖2与活塞3之间构成液压腔4，活塞3之间构成水合物生成空间，可以提高反应釜结构的紧凑性。两个液压腔4均通过管道与恒压泵15相连。为了实现高压反应釜的进排气，设置了2个呈中空结构的活塞杆5，同时，活塞3中心也开设有通孔，活塞杆5一端与活塞3相连，另一端伸出端盖与压力控制系统相连，上端的活塞3和活塞杆5构成高压反应釜的进气口，下端的活塞3和活塞杆5构成高压反应釜的排气口。

需要指出的是，由于高压反应釜的长径比较高，单向活塞的推进不足以将轴压传递至另一端，因此，高压反应釜的两端均设置有液压推进活塞。同时，在向高压反应釜内装填沉积物时，为保证高压反应釜内沉积物的均一性，填入的沉积物须分多次向高压反应釜中添加并用锤头反复夯实沉积物，使沉积物在手动填充后即保持较为紧密的堆积状态，防止加入轴向压力后，填充的沉积物出现两端紧密中间疏松的情况。

压力控制系统包括高压气瓶18、减压阀17、气体缓冲罐16、气液分离器9、干燥器10、背压阀11、微调阀12、气体流量计13、真空泵20、已经配套的管道和针阀21。气体缓冲罐16上安装有压力传感器和温度传感器。高压气瓶18经减压阀17与气体缓冲罐16的入口相连，气体缓冲罐16的出口经减压阀17与高压反应釜的进气口相连。高压反应釜的排气口末端分成两条气路，一路经针阀21直接排出，另一路经气液分离器9与干燥器10的入口相连，干燥器10的出口分为两路，一路与真空泵20相连，另一路经背压阀11、微调阀12和气体流量计13相连。

本实施例中，为保护高压反应釜排气端气体流量计13的运行，排出的高压气体在进入气体流量计13前须依次进入气液分离器9、干燥器10、背压阀11和微调阀12，以防止高压气体中混入的水分、粉砂以及压力剧烈波动对气体流量计13的影响。同时，在测量沉积物的气体渗透率时，应缓慢开启高压反应釜排气端的背压阀11，当气体流量计13的排气速率或者反应釜两端差压趋于稳定后，记录对应的反应釜两端差压或者排气速率，保证在水合物形成过程中对沉积物中的气体渗透率的测量准确性。

为探明二氧化碳在沉积物中形成水合物的过程，在高压反应釜的轴线方向上设置了5个温度测点和5个电阻率测点，分别安装电阻式温度计7和电阻率探针8。由于高压反应釜进气口与气体缓冲罐16相连，因此，根据气体缓冲罐16的气体压力变化可以计算出二氧化碳水合物的生成量。当沉积物中的自由水与高压二氧化碳形成水合物后，二氧化碳水合物的形成导致的放热过程会引起温度的升高，同时，水合物的电阻率远远大于自由水的电阻率，因此，结合气体缓冲罐16的气体压力变化可以推断沿高压反应釜轴线方向上的不同点位水合物的生成量。

另外，为防止活塞3向沉积物施加轴向压力时电阻温度计7和电阻率探针8受力弯曲或者断裂，电阻温度计7和电阻率探针8须在活塞向沉积物施加轴向压力并达到稳定后，再插入沉积物中。

为探明二氧化碳水合物的形成对气体扩散速率的影响，高压反应釜的进气口和排气口设置有差压传感器14，配合高压反应釜排气端设置的气体流量计13，可以测量水合物在沉积物中的形成过程中沉积物的气体渗透率的变化。同时，高压反应釜沿轴线方向设置了5个压力测点，通过高压管路与压力传感器6相连通，能够更加细致的反映相邻位点间的差压变化以及水合物形成对各个测点处压力的影响。

图3示出了同一层的压力传感器6、电阻式温度计7和电阻率探针8的安装位置，其沿反应釜筒体1径向间隔分布。

为探明二氧化碳水合物的形成对沉积物体积的影响，位于高压反应釜两端的活塞杆5与固定在反应釜筒体1侧壁上的位移传感器22相连。当水合物形成导致沉积物体积膨胀时，沉积物将会推动活塞杆5向高压反应釜两端移动，进而可以测量出水合物生成量与沉积物膨胀体积之间的关系。

为模拟海底地层中二氧化碳向不同方向上的扩散过程，高压反应釜的中部垂直于高压反应釜轴线的方向上设置有旋转轴。高压反应釜可以沿旋转轴360°旋转，用来模拟气体在海底底层中向上、向下以及水平方向上的扩散过程。旋转轴与手动旋转台23相连，当然也可以采用其他的驱动机构。

为保护高压反应釜侧壁面的压力传感器6的精确测量，防止沉积物中的水流入高压反应釜与压力传感器6连接的高压管路后形成水合物并堵塞管路造成压力传感器6测量数据失效，气体缓冲罐16的出口通过管道与该高压管路连通，构成高压气体吹扫管路，用于吹扫管路中的自由水和形成的水合物颗粒。如此，高压气瓶18中的高压气体经过减压阀17进入气体缓冲罐16，气体缓冲罐16的气体可通过减压阀17由中空的活塞杆5进入高压反应釜的内腔体，也可通过高压反应釜与压力传感器6连接的高压管路，以气体吹扫的方式进入高压反应釜的内腔体。

数据采集系统包括数据采集仪19，用于采集高压反应釜中五组测点的压力、温度、电阻率、活塞位移和高压反应釜进气和排气端口的差压，采集排气管路中的气体流量、采集气体缓冲罐的温度和压力。

下面以二氧化碳在5℃，3MPa条件下在，粒径为0.3-0.45mm，水饱合度为30％的天然砂中，模拟二氧化碳在向上扩散时形成二氧化碳水合物的过程为例，进一步描述水合物法海底封存二氧化碳的实验方法：

制备砂样：实验前先筛选出粒径为0.3-0.45mm的天然砂，将天然砂清洗干净放在干燥箱中70℃烘干10小时。取出1590g天然砂，向其中注入127g蒸馏水并充分搅拌混合。

填充高压反应釜：拆掉高压反应釜上的5组电阻温度计7和电阻率探针8以及进气端的活塞3，向高压反应釜分多次添加制备好的砂样，每次添加砂样后应用锤头反复夯实。当添加完全部砂样后，用进气端的活塞3密封高压反应釜并开启恒压泵15。恒压泵15驱动的10MPa液压进一步推动活塞3将砂样进一步压制。当活塞杆5不再向前推进时，插入高压反应釜上的5组电阻温度计7和电阻率探针8，高压反应釜内部得以全部密封。

进气前准备：开启低温恒温槽，向高压反应釜的水浴夹套内注入循环冷却液，使高压反应釜内部温度降至5℃。用手动旋转台23将高压反应釜倒置，打开高压反应釜排气口与真空泵20相连的阀门对高压反应釜内部抽真空。打开气体缓冲罐16与高压气瓶18间的阀门，向气体缓冲罐16内注入5MPa压力的二氧化碳，关闭高压反应釜排气口与真空泵20相连的阀门，开启高压反应釜与压力传感器6连接的高压管路上的阀门，用气体缓冲罐16中的高压气体对高压反应釜与压力传感器6连接的高压管路依次进行吹扫，之后再次用真空泵20对高压反应釜抽真空。随后关闭所有与高压反应釜连接的阀门，将高压反应釜静置并每隔6个小时用手动旋转台23将高压反应釜转动90°，持续一周时间，使砂样中的自由水均匀分布。

实验测量：向高压反应釜内先注入约1.2MPa的二氧化碳，待高压反应釜的温度压力达到稳定后，通过高压气瓶18将气体缓冲罐16压力加至约5MPa。用手动旋转台23将高压反应釜调整到倒置状态。当气体缓冲罐16中的温度和压力达到稳定时，开启数据采集系统，关闭高压气瓶18与气体缓冲罐16间的减压阀17并开启气体缓冲罐16与高压反应釜之间的减压阀17并设定出口压力为3MPa，此时高压反应釜内的压力超过二氧化碳水合物所需的最低压力，实验开始运行。在实验过程中，每隔15分钟，将高压反应釜与气体流量计13相连接的阀门打开，并调节背压阀11和微调阀12，使排出的二氧化碳流量稳定在10L/min，并记录高压反应釜两端的差压值，同时记录高压反应釜内各测点的温度、压力和电阻率的数值。

实验结束：当实验进行24小时后，气体缓冲罐16中的温度和压力在不进行气体渗透率测量时不再发生显著改变，认为二氧化碳水合物形成已经结束，记录此时活塞杆5的位移值。此时，用手动旋转台23将高压反应釜调整至正置位置，关闭数据采集系统，关闭气体缓冲罐16与高压反应釜之间的减压阀17，开启高压反应釜排气端口的针阀21，直接将高压反应釜内的气体直接排出。当高压反应釜内的压力达到常压并保持稳定后，关闭低温恒温槽和恒压泵15，使高压反应釜自然升温。缓慢拔出高压反应釜内部的电阻式温度计7和电阻率探针8，打开高压反应釜两端的活塞3，将高压反应釜内部的砂样挖出，并对高压反应釜内部腔体残留的砂样进行清洗和吹扫。待高压反应釜温度上升至室温且高压反应釜内腔体完全干燥后，将高压反应釜两端的活塞3安装回高压反应釜，实验结束。

容易理解的是，虽然本实施例以二氧化碳水合物为例进行说明，但是生成水合物的气体不限于二氧化碳，也可以是天然气等其他气体；同理，液体不限于蒸馏水，也可以是海水、盐水、或者包含其它添加剂的溶液；沉积物(砂样)可以是石英砂、玻璃砂、泥质粉砂和土壤等多孔介质。

本发明的实验装置，结合实际海底地层环境的主要特点，充分考虑并改进了以往对沉积物中气体水合物形成过程的测量过程中所存在的缺陷，并尽可能的实现了沉积物中气体水合物形成过程中多种参数的测量，能够为综合考察水合物法海底封存二氧化碳的动力学机理提供了大量的测量参数，同时实验装置结构紧凑，实验方法科学合理，对于丰富气体水合物动力学研究方法和推进水合物法二氧化碳海底封存技术的应用具有重要意义。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置，其特征在于：包括高压反应釜、压力控制系统和数据采集系统；

所述的高压反应釜包括具有圆柱形内腔体的反应釜筒体和安装在反应釜筒体上下两端的端盖；内腔体的上下两端均设置有活塞，端盖与活塞之间构成液压腔，两个液压腔均通过管道与恒压泵相连；还包括与活塞相连的呈中空结构的活塞杆，活塞杆的另一端伸出端盖，活塞中部设置有通孔，上端的活塞和活塞杆构成高压反应釜的进气口，下端的活塞和活塞杆构成高压反应釜的排气口；

所述的反应釜筒体外部包裹有水浴夹套，所述的反应釜筒体侧壁沿轴线方向设置有多组温度、压力、电阻率测点，其上安装有压力传感器、电阻式温度计和电阻率探针；所述的高压反应釜的进气口与出气口之间设置有压差传感器；所述的反应釜筒体两端设置有与活塞杆相连的位移传感器；

所述的压力控制系统包括高压气瓶、减压阀、气体缓冲罐、气液分离器、干燥器、背压阀、微调阀、气体流量计和真空泵；气体缓冲罐上安装有压力传感器和温度传感器；高压气瓶经减压阀与气体缓冲罐入口相连，气体缓冲罐出口经减压阀与高压反应釜进气口相连；高压反应釜排气口末端分成两条气路，一路经针阀直接排出，另一路经气液分离器与干燥器入口相连，干燥器出口分为两路，一路与真空泵相连，另一路经背压阀、微调阀和气体流量计相连；

所述的数据采集系统包括数据采集仪，用于采集高压反应釜中各测点的压力、温度和电阻率、采集高压反应釜两端的活塞位移、采集高压反应釜进气口和排气口的差压、采集排气管路中的气体流量、采集气体缓冲罐的温度和压力。

2.根据权利要求1所述的一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置，其特征在于：所述的安装在反应釜筒体侧壁的压力传感器通过高压管路与高压反应釜的内腔体连通，所述的气体缓冲罐的出口通过管道与高压管路连通，构成吹扫管路。

3.根据权利要求1所述的一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置，其特征在于：所述的高压反应釜的中部垂直于高压反应釜轴线的方向上设置有旋转轴，旋转轴与驱动机构相连，以带动高压反应釜沿旋转轴360°旋转。

4.根据权利要求1所述的一种水合物法海底封存二氧化碳的实验装置，其特征在于：所述的高压反应釜的内腔体的长径比介于6.8-8.9之间。

5.一种水合物法海底封存二氧化碳的实验方法，基于权利要求1-3之一所述的实验装置实现，其特征在于：包括以下步骤：

制备砂样：筛选出合适粒径的天然砂，将天然砂清洗干净放在干燥箱中烘干，然后取出天然砂，向其中注入蒸馏水并充分搅拌混合；

填充高压反应釜：拆掉高压反应釜上的电阻温度计、电阻率探针以及进气端的活塞，向高压反应釜分多次添加制备好的砂样，每次添加砂样后应用锤头反复夯实，当添加完全部砂样后，用进气端的活塞密封高压反应釜并开启恒压泵，推动活塞将砂样进一步压实，最后插入电阻温度计和电阻率探针；

进气前准备：开启低温恒温槽，向高压反应釜外部的水浴夹套内注入循环冷却液，使高压反应釜内部温度降至水合物生成温度，将高压反应釜倒置，通过真空泵对高压反应釜内部抽真空，随后将高压反应釜静置并每隔6个小时将高压反应釜转动90°，持续一周时间，使砂样中的自由水均匀分布；

实验测量：向高压反应釜内注入二氧化碳，使高压反应釜内的压力超过二氧化碳水合物所需的最低压力，开始水合物的生成，此过程中，每隔15分钟，将高压反应釜与气体流量计相连接的阀门打开，并调节背压阀和微调阀，使排出的二氧化碳流量稳定，记录高压反应釜两端的差压值，同时记录高压反应釜内各测点的温度、压力和电阻率的数值；

实验结束：当实验进行24小时后，气体缓冲罐中的温度和压力在不进行气体渗透率测量时不再发生显著改变，认为二氧化碳水合物形成已经结束，记录此时活塞杆的位移值，反向拆除实验装置，实验结束。

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