一種天然氣水合物沉積物含氣率測定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及天然氣水合物物性研究裝置，具體涉及一種天然氣水合物沉積物 含氣率測定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣水合物(NGH)是一種非化學計量數(shù)的籠型化合物，由水分子形成籠型結(jié)構(gòu) 與"捕獲"的氣體分子在高壓低溫的條件下生成。水分子通過氫鍵連接在一起，形成不穩(wěn)定 帶有空腔的籠狀結(jié)構(gòu)。然后小(客體)分子占據(jù)這些空腔并與水分子產(chǎn)生較弱的范德華作用 力。這個過程使籠型結(jié)構(gòu)形成熱力學穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，天然氣水合物廣泛分布于陸 地永久凍土區(qū)和大陸邊緣的海底深層砂礫中。2011年全球甲烷水合物儲量預(yù)測數(shù)據(jù)為： 0.82 X 1013~2.10 X 1015m3，儲量巨大是極具前景的下一代能源資源。
[0003] 不同地區(qū)水合物藏有其自身的特點，在對水合物進行開采時需要先對水合物資源 進行評價。自二十世紀80年代，有許多學者對全球天然氣水合物所含甲烷資源量進行過估 算。一般是計算出滿足水合物形成條件的沉積物的體積，再計算出其中所含天然氣水合物 以及甲烷量，其中天然氣水合物含氣率是天然氣水合物資源評價的一個重要參數(shù)。
[0004] 現(xiàn)階段的天然氣水合物含氣率(VP)都是通過先測定沉積物中水合物飽和度(SH)然 后再測定水合物儲氣量(S)得到，其中：
[0005] Vp = ShXS
[0006] 水合物飽和度一般通過間接法測定得到，如利用地震波速的空間變化、利用空隙 水中的氯離子(cr)濃度異?；蜓跬凰?δ18〇)異常來估算天然氣水合物在沉積物中的飽 和度。而水合物儲氣量估算一般有兩種方式，一種是直接采用甲烷水合物的理論儲氣量，或 者是理論儲氣量乘以一個校正因子得到；另一種是在實驗室先模擬海底水合物儲層的水、 氣、溫、壓條件來合成天然氣水合物，然后測定實驗室合成的水合物的儲氣量，以實驗室測 定的這個儲氣量認為是實際儲氣量。從以上描述可以看出目前在水合物資源評價中含氣率 的測定大多是采用間接法計算得到。
[0007] 采用間接法測量天然氣水合物含氣率時過程繁瑣，需要用到地球物理、地球化學 等方法測量過程較為復(fù)雜，在計算含氣率過程中還需要一些經(jīng)驗參數(shù)，準確性還有待提高。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 本實用新型提供了一種簡單、直接測量天然氣水合物含氣率的方法及裝置，以克 服間接法測量天然氣水合物含氣率過程復(fù)雜、準確性不高的不足。
[0009] 本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0010] -種天然氣水合物沉積物含氣率測定方法，將保壓取芯的水合物沉積物樣品直接 放入樣品罐，用鋼針刺破保壓套管，對水合物沉積物直接加熱分解，測量水合物沉積物分解 出的氣體體積;最后，向樣品罐注滿水，根據(jù)樣品罐的體積與注入水的體積差，從而得到水 合物沉積物樣品的體積；由水合物沉積物樣品分解出氣體的體積和水合物沉積物樣品的體 積從而得到樣品的含氣率。
[0011] 上述方法中，所述直接加熱分解的加熱方式采用水浴加熱、空氣浴加熱或者電熱 套加熱。
[0012] 上述方法中，所述測量水合物沉積物分解出的氣體體積，直接采用氣體流量計測 量。
[0013] 上述方法中，所述測量水合物沉積物樣品的體積，采用手搖栗向已知體積的樣品 罐注入水，根據(jù)樣品罐的體積以及注入水的體積從而得到水合物沉積物樣品的體積。
[0014] 上述方法包括如下步驟：
[0015] (1)操作前標定樣品罐的體積Vo,鋼針的體積V1;將恒溫水槽升溫至298~303K;
[0016] (2)打開樣品罐，將樣品迅速放入樣品支架，固定樣品；關(guān)閉樣品罐，插入鋼針使鋼 針針頭至樣品頂端，然后記錄此時氣體流量計的示數(shù)V2 ;
[0017] (3)用鋼針刺破裝樣品的保壓套管，然后迅速蓋上螺帽，保持恒溫水槽溫度恒定直 至氣體流量計的示數(shù)不再變化，記錄此時示數(shù)V3 ;
[0018] (4)使用手搖栗向樣品罐注入水溶液，直至水溶液剛好灌滿樣品罐記錄此時注入 水的體積V 4;樣品罐是否被灌滿通過樣品罐與截止閥連接的聚四氟乙烯管觀察。
[0019] (5)打開樣品罐然后取出保壓套管，將保壓套管內(nèi)的污泥清洗干凈、烘干，測量保 壓套管體積V 5;
[0020] (6)樣品含氣率VP的計算：
[0022] -種天然氣水合物沉積物含氣率測定裝置，包括手搖栗、進液漏斗、鋼針、水合物 樣品、樣品支架、樣品罐、恒溫水槽、氣體流量計和儲氣袋；
[0023] 所述手搖栗與樣品罐、氣體流量計、儲氣袋順次連接;所述鋼針、水合物樣品和樣 品支架設(shè)置于樣品罐內(nèi)部;所述進液漏斗與手搖栗連接;所述恒溫水槽設(shè)置于所述樣品罐 外部。
[0024] 上述裝置中，所述鋼針設(shè)置于所述樣品罐的封蓋上;所述樣品支架設(shè)置于所述樣 品罐的內(nèi)底面;所述水合物樣品設(shè)置于所述樣品支架上。
[0025] 上述裝置中，還包括螺帽、橡膠墊、雙頭空心螺栓和螺母;所述鋼針通過橡膠墊、雙 頭空心螺栓和螺母固定于樣品罐上;所述螺帽設(shè)置于雙頭空心螺栓上;所述螺母通過焊接 固定于樣品罐的封蓋上表面;所述橡膠墊設(shè)置于螺母內(nèi)。
[0026]上述裝置中，還包括第一截止閥、單向閥、第二截止閥和第三截止閥；所述第一截 止閥設(shè)置于手搖栗和進液漏斗之間的管道上;所述單向閥設(shè)置于手搖栗和樣品罐之間的管 道上;所述第二截止閥設(shè)置于樣品罐與氣體流量計之間的連接管道上;所述第三截止閥設(shè) 置于氣體流量計與儲氣袋之間的連接管道上。
[0027]進一步地，所述的樣品罐是實驗前已標定體積的樣品罐。
[0028]進一步地，本實用新型所用鋼針是具有不同長度類型且已標定體積的鋼針。
[0029] 進一步地，本實用新型所用向樣品罐注入水是采用手搖栗向樣品罐注入。
[0030] 進一步地，所述的水合物沉積物分解出的氣體體積是采用氣體流量計測量，氣體 流量計的讀數(shù)為標注狀態(tài)下的氣體體積。
[0031 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：
[0032] 1、本實用新型可直接測量天然氣水合物沉積物的含氣率，方便快捷。
[0033] 2、由于本實用新型是將海底保壓取芯的水合物沉積物樣品直接分解，故測試所得 到的數(shù)據(jù)更加符合客觀實際。
[0034] 3、本實用新型測試過程簡單、易操作，由于是通過直接測量樣品體積以及樣品分 解出氣體的體積，故含氣率的測量、計算過程不涉及地球物理、地球化學等參數(shù)的求取。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本實用新型一種天然氣水合物沉積物含氣率測定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖2是鋼針刺破保壓套管進入水合物沉積物巖芯的剖視結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖3是圖2中A結(jié)構(gòu)的裝配圖。
[0038] 圖中所示為:手搖栗1、第一截止閥2、進液漏斗3、單向閥4、螺帽5、鋼針6、水合物樣 品7、樣品支架8、樣品罐9、恒溫水槽10、第二截止閥11、氣體流量計12、第三截止閥13、儲氣 袋14、橡膠墊15、雙頭空心螺栓16、螺母17。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本實用新型的內(nèi)容作進一步詳細說明。
[0040] 如圖1所示一種天然氣水合物沉積物含氣率測定裝置，包括手搖栗1、進液漏斗3、 鋼針6、水合物樣品7、樣品支架8、樣品罐9、恒溫水槽(10 )、氣體流量計12和儲氣袋14;
[0041] 所述手搖栗1與樣品罐9、氣體流量計12、儲氣袋14順次連接;所述鋼針6、水合物樣 品7和樣品支架8設(shè)置于樣品罐9內(nèi)部;所述進液漏斗3與手搖栗1連接;所述恒溫水槽10設(shè)置 于所述樣品罐9外部。
[0042] 所述鋼針6設(shè)置于所述樣品罐9的封蓋上;所述樣品支架8設(shè)置于所述樣品罐9的內(nèi) 底面;所述水合物樣品7設(shè)置于所述樣品支架8上。
[0043] 還包括螺帽5、橡膠墊15、雙頭空心螺栓16和螺母17;所述鋼針6通過橡膠墊15、雙 頭空心螺栓16和螺母17固定于樣品罐9上;所