确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法与流程

技术特征：
1.一种确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法，其特征在于，所述确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法包括以下步骤：步骤一，调研海底天然气水合物稳定区及海底甲烷渗漏地区的参数信息，并设置实验参数；步骤二，设计实验方案；所述实验方案包括方案一、方案二和方案三；步骤三，安装实验装置的高压反应釜以及保温层等主箱体部分；安装海水储存箱和注入管道，准备好海水后测量实验前海水的ph值与盐度，将海水注入高压反应釜后，移除海水注入管道，海水水面不超过铁丝网37的深度；步骤四，安装进/出气口、水温传感器和压力传感器，并在连接冷却机和围压泵后，密封高压反应釜；安装循环供气管道以及供气瓶、增压泵以及气体回收瓶相关部件；步骤五，根据步骤二的方案一，开启冷却机，使冷媒在冷却层和冷却机内循环，通过温度传感器监测舱内温度达到设定值；开启围压泵，改变舱内压力，通过压力传感器监测舱内压力，并通过调整围压泵将压力调整至目标数值；步骤六，开启甲烷气瓶，使甲烷气进入气体管道；打开气体转向开关使甲烷气进入增压泵进气口；打开增压泵进气口开关使气体进入增压泵后，打开增压泵出气口开关，使增压后气体进入气体管道；步骤七，打开气体缓冲瓶开关，使气体进入气体缓冲瓶，通过监测流量计，初步测量气体流速；调整气体入气口开关，根据设定值改变不同气体流速；气体进入高压反应釜后，在高压反应釜内进行水合物生成反应；步骤八，反应的剩余气体通过气体出口管道流出，进入回收管道；通过出气管道流量计监测气体逸出量，从而研究水合物形成对甲烷的消耗量；气体进入回收管道后，打开气体回收瓶开关；步骤九，收集达到定量后打开空气压缩机，最后通过气体单项开关，重新进入进气管道，形成循环供气；通过水温传感器、压力传感器以及流量计，持续监测温度、压力、气体流速以及甲烷逸出情况；步骤十，实验持续进行至出气口流量计读数为零且压力传感器显示异常高压时，实验停止，生成的水合物已经将铁丝网完全封堵住，气体无法进入上部排出高压反应釜；步骤十一，将实验主箱体打开取出生成的水合物进行测量分析，测量主箱体中剩余的海水ph值与盐度；步骤十二，重新进行步骤二，按照方案二设定的参数重新开始实验，通过调整水温冷却机对水温参数进行更改，分析对水合物生成效率的影响；步骤十三，重新进行步骤二，按照方案三设定的参数重新开始实验，通过调整围压泵对压力参数进行更改，分析对水合物生成效率的影响。2.如权利要求1所述的确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法，其特征在于，步骤一中，所述参数信息，包括温度、压力和渗漏速率。3.如权利要求1所述的确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法，其特征在于，步骤一中，所述实验参数，包括：实验初定甲烷渗漏速率的范围是10～300ml/s，压力变化范围为5～7mpa，温度范围为1～5℃；根据具体工区的测量数据，甲烷通量的数量级都在不同工区呈现明显不同，甚至同一
地点在不同时间也呈现出明显变化。4.如权利要求1所述的确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法，其特征在于，步骤二中，所述实验方案，包括：方案一：设定压力为6mpa，温度为2℃，设定甲烷气渗漏速度分别为10ml/s、100ml/s和300ml/s；方案二：设定甲烷气渗漏速度为100ml/s，压力6mpa不变，温度分别为1℃、3℃和5℃；方案三：设定甲烷气渗漏为100ml/s，温度2℃不变，设定压力分为别5mpa、6mpa和7mpa。5.一种应用如权利要求1～4任意一项所述的确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法的确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟装置，其特征在于，所述确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟装置，包括：甲烷气瓶，用于进行实验装置的甲烷气源供应；气瓶压力计，用于显示气瓶气压；气瓶开关，用于控制气体输出从而进入气体管道；气体管道，用于连接主箱体和其他装置；管道转接口，用于将气体管道里的甲烷气改道进增压泵；增压泵入气口开关，用于控制气体流入增压泵；增压泵入气口，用于将气体通过入口进入增压泵；增压泵，用于增加气体压力；增压泵出气口开关，用于将增压后的气体通过出气口重新进入气体管道；缓冲气瓶，用于将增压后气体流入气体缓冲瓶；流量计，用于在气体进入入气口前观测气体流量；入气口监测开关，用于监测气体流量的同时控制气体流入；入气口，用于将气体通过入气口进入高压反应釜；钢架，是高压反应釜外围钢架；围压层，用于通过围压泵改变箱体外围压力；保温层，用于利用保温材料对内部箱体保温；冷却层，用于通过冷却机降低冷却液，从而改变高压反应釜内水体温度；高压反应釜，密闭箱体，用于保证舱内还原海底温度、压力条件；气体出口，用于将剩余甲烷气逸出出口；气体出口开关，用于控制气体流出至气体管道；气体回收瓶开关，用于控制气体进入回收瓶；甲烷回收瓶，用于回收剩余甲烷气；空气压缩机，用于对回收甲烷气加压，使剩余气体可以进行再利用；单项开关，用于控制气体流入进气管道并且阻止气体反向流入；压力输出口1，用于控制高压反应釜外围围压；围压泵，即增压泵，用于改变高压反应釜内以及外围围压；压力输出口2，用于控制高压反应釜内部压力；压力传感器，用于监测高压反应釜内部水体压力；海水注入管，用于将海水通过注入管流入高压反应釜；
单项开关，用于控制海水流入；海水储存箱，用于储存调配后或实地取水的海水；水温传感器，用于监测水温；冷却机，用于降低水温至目标温度；冷却机控制器，用于控制冷却机，监测温度并设置目标温度；控温入口，用于将水通过入口进入冷却机；控温出口，用于将冷却后的水通过出口进入冷却层；铁丝网，设计为40目的筛网，形成的天然气水合物附着在铁丝网上，注入的海水水面不超过铁丝网深度。6.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：基于海底天然气水合物形成的主要条件：温度、压力、气源，通过设置海底甲烷渗漏原位的温度压力值，以及一定范围的海底甲烷渗漏速率，在实验室反应釜中模拟计算海水中天然气水合物的生成效率；设定不同的三种参数的组合来分析温度、压力、气体供给对天然气水合物生成效率的影响；通过测量天然气水合物生成前后海水ph值与盐度的变化来确定天然气水合物的生成对海水环境造成的影响；通过设定合理的相似性系数，在较小误差的情况下，模拟天然气水合物采集大棚的海底环境，对天然气水合物的生成效率进行监测；利用冷却机、压力泵和流量计对环境的温度、压力以及气源流速进行监测和设定，调整相关参数，从而对温度、压力、气源流速对水合物生成效率的影响进行分析；对比实验前后海水ph值和盐度，水合物生成是否产生海水酸化影响及盐度变化；实验中监测进气量和出气量用以计算水合物形成量，实验后根据水合物计算形成量与实际形成量计算水合物生成效率；水合物生成效率是指在不同参数条件下，反应釜中从实验开始到实验结束的水合物生成时间，以及生成水合物的甲烷量占总甲烷渗漏量的比例；忽略甲烷在海水中的溶解量，即：渗漏甲烷通量＝排出甲烷量 形成水合物的甲烷量。7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：基于海底天然气水合物形成的主要条件：温度、压力、气源，通过设置海底甲烷渗漏原位的温度压力值，以及一定范围的海底甲烷渗漏速率，在实验室反应釜中模拟计算海水中天然气水合物的生成效率；设定不同的三种参数的组合来分析温度、压力、气体供给对天然气水合物生成效率的影响；通过测量天然气水合物生成前后海水ph值与盐度的变化来确定天然气水合物的生成对海水环境造成的影响；通过设定合理的相似性系数，模拟天然气水合物采集大棚的海底环境，对天然气水合物的生成效率进行监测；利用冷却机、压力泵和流量计对环境的温度、压力以及气源流速进行监测和设定，调整相关参数，从而对温度、压力、气源流速对水合物生成效率的影响进行分析；对比实验前后海水ph值和盐度，水合物生成是否产生海水酸化影响及盐度变化；实验中监测进气量和出气量用以计算水合物形成量，实验后根据水合物计算形成量与实际形成量计算水合物生成效率；
水合物生成效率是指在不同参数条件下，反应釜中从实验开始到实验结束的水合物生成时间，以及生成水合物的甲烷量占总甲烷渗漏量的比例；忽略甲烷在海水中的溶解量，即：渗漏甲烷通量＝排出甲烷量 形成水合物的甲烷量。8.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求5所述的确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟装置。9.一种如权利要求1～4任意一项所述的确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法在多数天然气水合物原位生成实验中的应用。

技术总结
本发明属于海水环境下的天然气水合物生成效率模拟技术领域，公开了一种确定深海海底天然气水合物生成效率的实验室模拟方法，基于海底天然气水合物形成的主要条件：温度、压力、气源，通过设置海底甲烷渗漏原位的温度压力值，以及一定范围的海底甲烷渗漏速率，在实验室反应釜中模拟计算海水中天然气水合物的生成效率；设定不同的三种参数的组合来研究温度、压力、气体供给对天然气水合物生成效率的影响；通过测量天然气水合物生成前后海水pH值与盐度的变化来研究天然气水合物的生成对海水环境造成的影响。本发明通过设定合理的相似性系数，模拟天然气水合物采集大棚的海底环境，预测了不同甲烷通量和温度、压力条件下天然气水合物的生成效率。然气水合物的生成效率。然气水合物的生成效率。


技术研发人员：杨金秀 卢明月 夏萦 邓少贵 陈勇 魏周拓 卢双舫 王民
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2021.07.23
技术公布日：2021/10/23