CN113204050B - 不同埋深水合物藏的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水合物藏的制备，特别是不同埋深水合物藏的制备方法。包括以下步骤：水合物体系A的制备；水合物体系B的制备；重复上述步骤，根据注入的去离子水量的不同，依次形成一系列温度压力不同、但其他储藏特征相近的系列水合物藏，从而形成了埋深不同、但与水合物相平衡曲线平行的水合物藏。利用现有的注入系统、水合物合成系统、温控系统即可完成实现该方法步骤，并且通过该方法可以制备一系列其他参数相近仅埋深不同的水合物藏，且上述一系列水合物藏的温压曲线与水合物相平衡曲线平行。

Description

不同埋深水合物藏的制备方法
技术领域
本发明涉及水合物藏的制备，特别是不同埋深水合物藏的制备方法。
背景技术
水合物作为一种新型固体矿产资源，由于其资源量丰富、且燃烧后产物无污染，被认为是理想的新型绿色替代能源之一。我国于2017年5月和2019年10月先后在南海海域实施了两次水合物试采，成功实现了水合物从“探索性试采”向“试验性试采”的阶段性跨越，为水合物产业化进程迈出关键一步。同时，试验性试采中日均2.87万立方米的产气速率，也为水合物商业化产能开发提出了更高的要求。
水合物广泛地分布于海底与陆地冻土带，在储层中以沉积格架的形式稳定存在，但当遇到较大地质构造运动时，若扰动条件有限，水合物藏仍处于相平衡稳定条件边界，此时，水合物是否会发生分解？分解模式又是如何？对于不同埋深的水合物藏，在此种扰动下发生分解的程度是否存在差异？关于这些问题尚不得而知。事实上，探究不同埋深水合物藏在相平衡条件下的分解模式对预防地层失稳、海底滑坡等地质灾害具有重要的科学价值与现实研究意义。
了解不同埋深水合物藏处于相平衡条件下的分解模式，首先涉及到不同埋深水合物藏体系的制备。目前实验室内水合物体系的制备方法多样，例如专利号为CN201910767263.8、名称为“多类型天然气水合物岩心制备方法”的发明专利和专利号为CN201510831133.8、名称为“一种合成海洋天然气水合物样品的实验装置和方法”的发明专利主要关注形成不同类型的水合物藏，专利号为CN200920277953.7、名称为“一种天然气水合物生成与分解测试装置”的实用新型专利和申请号为CN201910488648.0、名称为“三轴应力下多饱和度水合物合成、分解试验装置及方法”的发明专利申请主要关注形成不同水合物量/孔渗特征的水合物藏。然而对于不同埋深条件下对应的不同水合物赋存温压条件的水合物藏，尤其是一系列与相平衡曲线平行且其他特征均相似的水合物类型的制备方法尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种不同埋深水合物藏的制备方法，通过该方法可以制备一系列其他参数相近仅埋深不同的水合物藏，且这类水合物藏的温压曲线与水合物相平衡曲线平行。
本发明的技术方案是：一种不同埋深水合物藏的制备方法，包括以下步骤：
S1.水合物体系A的制备，包括以下具体步骤:
S1.1.在已清洗过且干燥的已知容积V的反应釜内填满密度已知的沉积物并压实，记录填入沉积物的重量M，盖上釜盖，利用甲烷气进行数次吹扫后，再持续注入纯甲烷气，通过气体流量计控制进入反应釜的甲烷气含量为VCH4，系统内注入的甲烷气体物质量nCH4＝VCH4/22.4，关闭注入系统，将系统温度设定为室温，并待系统稳定，其中VCH4的单位为mL，nCH4的单位为mol；
S1.2.再次打开注入系统，向反应釜内注入去离子水，去离子水的注入量为Vw1，关闭注入系统并待系统稳定后，将反应釜的温度降至0.5℃，待水合物合成和系统最终稳定后，记录此时系统的平均温度Thd1与压力Phd1，其中Thd1的单位为℃，Phd1的单位为MPa；
去离子水注入量Vw1为
Figure BDA0003040667620000021
并且待水合物合成后，该注入量保证系统压力条件Phd1＞Pe1，其中Pe1为系统平均温度Thd1条件下对应的水合物相平衡压力，其计算公式为：
ln(Pe)＝a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4+a5T5, (1)
其中，T＝Thd1+273.15，T的单位K，a0～a5取值条件如下：
Figure BDA0003040667620000022
Figure BDA0003040667620000023
S1.3.通过公式(1),反向求得系统稳定压力Phd1条件下对应的平衡温度Te1，以1/4～2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至(Te1-Tt)，其中，Tt为指定值，且Tt<Te1，此时形成的水合物体系A的最终平均温度为Tend1＝Te1-Tt，压力为Phd1；
S2.水合物体系B的制备，包括以下具体步骤:
S2.1.重复S1.1，沉积物注入量M和甲烷气注入量VCH4与S1.1中的注入量完全相同；
S2.2.重复S1.2，平稳注入的去离子水量为Vw2，Vw2>Vw1，将反应釜的温度降温至0.5℃，待水合物合成和系统最终稳定后，记录系统的平均温度Thd2与压力Phd2；
S2.3.利用公式(1)与Phd2值，计算出水合物体系B在系统稳定压力Phd2下对应的平衡温度Te2，利用温控系统以1/4～2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至(Te2-Tt)，其Tt值与步骤S1.3中的Tt值相同，此时形成水合物体系B的最终平均温度为Tend2，压力为Phd2；
S3.重复上述步骤，根据注入的去离子水量的不同，依次形成一系列温度压力不同、但其他储藏特征相近的系列水合物藏，从而形成了埋深不同、但与水合物相平衡曲线平行的水合物藏。
本发明中，所述用于该制备方法的不同埋深水合物藏制备系统包括注入系统、水合物合成系统和温控系统，注入系统包括甲烷注入装置和去离子水注入装置，甲烷注入装置包括气体流量计，水合物合成系统包括反应釜。
在注入去离子水的过程中，若第一次注入的去离子水量Vwi不满足
Figure BDA0003040667620000031
重复数次注入去离子水，直至去离子水的累积注入量满足
Figure BDA0003040667620000032
且待水合物合成后，其注入量保证系统压力条件Phdi＞Pei，其中i代表不同的水合物体系。
本发明的有益效果是：
利用现有的注入系统、水合物合成系统、温控系统即可完成实现该方法步骤，并且通过该方法可以制备一系列其他参数相近仅埋深不同的水合物藏，且上述一系列水合物藏的温压曲线与水合物相平衡曲线平行。
附图说明
图1是与水合物相平衡曲线平行的系列水合物藏示意图；
图2是不同埋深水合物藏制备系统。
图中：1注入系统；2水合物合成系统；3温控系统。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
本发明所述的不同埋深水合物藏的制备方法主要用于制备一系列其他参数相近仅埋深不同的水合物藏，在常规的注水系统、水合物合成系统与温控系统下即能开展，该方法包括以下步骤。
第一步，水合物体系A的制备，包括以下具体步骤。
如图2所示，用于该制备方法的不同埋深水合物藏制备系统包括注入系统1、水合物合成系统2和温控系统3，注入系统1包括甲烷注入装置和去离子水注入装置，甲烷注入装置包括气体流量计，通过气体流量计控制进入水合物合成系统的甲烷气量。水合物合成系统2包括反应釜，在反应釜内，通过温控系统3控制水合物合成系统2的温度，使甲烷气、去离子水和沉积物合成水合物。
首先，在已清洗过且干燥的已知容积V(单位mL)的反应釜内填满密度已知的沉积物并压实，沉积物的密度为ρ(单位g/mL)，记录填入沉积物的重量M(单位g)，盖上釜盖，利用甲烷气进行多次吹扫后，再持续注入纯甲烷气，通过气体流量计控制进入反应釜的甲烷气含量为VCH4(单位mL)，此时系统内注入的甲烷气体物质量nCH4＝VCH4/22.4(单位mol)，关闭反应釜注入系统，打开温控系统3，将温度设定为室温，并待系统稳定。
接下来，待系统稳定后，再次打开注入系统，平稳地向反应釜内注入去离子水，去离子水的注入量为Vw1(单位mL)，关闭阀门并待系统稳定后，通过温控系统3将反应釜的温度降至0.5℃，待水合物合成和系统最终稳定后，记录此时系统的平均温度Thd1(单位℃)与压力Phd1(单位MPa)，系统的平均温度为反应釜内多点温度的平均值。
在上述步骤中，去离子水注入量Vw1的衡量标准为
Figure BDA0003040667620000041
并且待水合物合成后，系统压力条件Phd1＞Pe1，其中Pe1为系统平均温度Thd1条件下对应的水合物相平衡压力，其计算公式为：
ln(Pe)＝a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4+a5T5, (1)
其中，T＝Thd1+273.15，T的单位K；a0～a5取值条件如下：
Figure BDA0003040667620000042
Figure BDA0003040667620000043
在注入去离子水的过程中，若第一次注入的等离子体水量Vw1不满足条件，可重复多次注入，直至累积注入量完全满足
Figure BDA0003040667620000044
并且待水合物合成后，系统压力条件Phd1＞Pe1。
然后，再通过公式(1)反向求得系统稳定压力Phd1条件下对应的平衡温度Te1，利用温控系统3以1/4～2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至(Te1-Tt)，其中，Tt为指定值，且Tt<Te1，此时形成的水合物体系A的最终平均温度为Tend1＝Te1-Tt，压力为Phd1。
第二步，水合物体系B的制备，其中水合物体系B与水合物体系A的孔隙度、水合物浓度等其他条件相似，但埋深不同，也就是说水合物体系A和水合物体系B的对应的体系稳定温压不同，包括以下具体步骤。
重复水合物体系A制备步骤中的第一步，且保证相关操作一致，沉积物注入量M和甲烷气注入量VCH4与水合物体系A制备步骤第一步中的注入量完全相同。
重复水合物体系A制备步骤中的第二步，但不同的是，平稳注入的去离子水量为Vw1+Vw2，将反应釜的温度同样降温至0.5℃，待水合物合成；待系统最终稳定后，记录系统的平均温度Thd2与压力Phd2；
利用公式(1)与Phd2值，计算出水合物体系B在系统稳定压力Phd2下对应的平衡温度Te2，同样利用温控系统以1/4～2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至(Te2-Tt)，此时形成水合物体系B的最终平均温度为Tend2＝Te2-Tt，压力为Phd2。
接下来，重复以上步骤，即可依次形成一系列温度压力不同、但其他储藏特征值相近的系列水合物藏，本实施例中，通过重复上述步骤，完成了水合物体系C、水合物体系D、水合物体系E的制备。并且，在上述步骤中，保证Tt温度值相同，可以使形成的多个水合物体系为一系列埋深不同、但与水合物相平衡曲线平行的水合物藏，如图1所示，因水合物体系与相平衡曲线平行，对这类水合物藏分解时扰动幅度也较为相近。
以上对本发明所提供的不同埋深水合物藏的制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种不同埋深水合物藏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.水合物体系A的制备，包括以下具体步骤:
S1.1.在已清洗过且干燥的已知容积V的反应釜内填满密度已知的沉积物并压实，记录填入沉积物的重量M，盖上釜盖，利用甲烷气进行数次吹扫后，再持续注入纯甲烷气，通过气体流量计控制进入反应釜的甲烷气含量为VCH4，系统内注入的甲烷气体物质量nCH4＝VCH4/22.4，关闭注入系统，将系统温度设定为室温，并待系统稳定，其中VCH4的单位为mL，nCH4的单位为mol；
S1.2.再次打开注入系统，向反应釜内注入去离子水，去离子水的注入量为Vw1，关闭注入系统并待系统稳定后，将反应釜的温度降至0.5℃，待水合物合成和系统最终稳定后，记录此时系统的平均温度Thd1与压力Phd1，其中Vw1的单位为mL，Thd1的单位为℃，Phd1的单位为MPa；
去离子水注入量Vw1为Vwl/18≥6nCH4，并且待水合物合成后，该注入量保证系统压力条件Phd1＞Pe1，其中Pe1为系统平均温度Thd1条件下对应的水合物相平衡压力，其计算公式为：
ln(Pe)＝a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4+a5T5, (1)
其中，T＝Thd1+273.15，T的单位K，a0～a5取值条件如下：
Figure FDA0003395648860000011
Figure FDA0003395648860000012
S1.3.通过公式(1),反向求得系统稳定压力Phd1条件下对应的平衡温度Te1，以1/4～2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至Te1-Tt，其中，Tt为指定值，且Tt<Te1，此时形成的水合物体系A的最终平均温度为Tend1＝Te1-Tt，压力为Phd1；
S2.水合物体系B的制备，包括以下具体步骤:
S2.1.重复S1.1，沉积物注入量和甲烷气注入量与S1.1中的注入量完全相同；
S2.2.重复S1.2，平稳注入的去离子水量为Vw2，Vw2>Vw1，将反应釜的温度降温至0.5℃，待水合物合成和系统最终稳定后，记录系统的平均温度Thd2与压力Phd2；
S2.3.利用公式(1)与Phd2值，计算出水合物体系B在系统稳定压力Phd2下对应的平衡温度Te2，利用温控系统以1/4～2℃/小时的速率将系统温度缓慢升温至Te2-Tt，其Tt值与步骤S1.3中的Tt值相同，此时形成水合物体系B的最终平均温度为Tend2＝Te2-Tt，压力为Phd2；
S3.重复上述步骤，根据注入的去离子水量的不同，依次形成一系列温度压力不同、但其他储藏特征相近的系列水合物藏，从而形成了埋深不同、但与水合物相平衡曲线平行的水合物藏。
2.根据权利要求1所述的不同埋深水合物藏的制备方法，其特征在于，所述用于该制备方法的不同埋深水合物藏制备系统包括注入系统、水合物合成系统和温控系统，注入系统包括甲烷注入装置和去离子水注入装置，甲烷注入装置包括气体流量计，水合物合成系统包括反应釜。
3.根据权利要求1所述的不同埋深水合物藏的制备方法，其特征在于，在注入去离子水的过程中，若第一次注入的去离子水量不满足Vwi/18≥6nCH4，重复数次注入去离子水，直至去离子水的累积注入量满足Vwi/18≥6nCH4，且待水合物合成后，其注入量保证系统压力条件Phdi＞Pei，其中i代表不同的水合物体系。
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