(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210927638.4 (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221000 江苏省徐州市南郊翟山 (72)发明人 骆汀汀　徐锦瀚　蒋昊睿　李翱　 张舒宁　金慧敏　张宸毅　杨维好　 韩涛　 (74)专利代理 机构 北京睿智保诚专利代理事务 所(普通合伙) 11732 专利代理师 孙盟盟 (51)Int.Cl. G01N 1/28(2006.01) G01N 1/38(2006.01) (54)发明名称 一种含弱胶结型天然气水合物沉积物快速 制备方法及装置 (57)摘要 本发明涉及天然气水合物研究领域,公开了 一种含弱胶结型天然气水合物沉积物快速制备 方法及装置， 包括以下步骤， S1： 水合剂配制； S2： 溶解天然气； S3： 制备水 ‑天然气均匀混合流体； S4： 制备泥质粉砂试样； S5： 模拟 储层地表 应力状 态； S6： 置 换； S7： 生成弱胶结型 天然气水合物； 还 包括高强度通气空心轴、 碳纤维导电极板套管、 叶片底座、 叶片连接导气孔、 导线一、 电场发生 器、 导线二、 天然气管线、 反应釜、 带孔旋转叶片 和环形电极板。 本发明采用物理方法与化学方法 结合， 通过向水中添加水合剂不改变甲烷分子的 化学性质并控制配制混合流体时的温度压力条 件， 显著提高甲烷在水中的溶解度， 增大甲烷与 水的接触面积， 从而加快含弱胶结型天然气水合 物沉积物制备。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115290410 A 2022.11.04 CN 115290410 A 1.一种含弱胶结 型天然气水合物沉积物快速制备 方法， 其特 征在于： 包括以下步骤， S1： 水合剂配制： 在混合设备中、 将温度控制在相平衡以内， 向水中加入四丁基溴化铵 作为热力学促进剂； S2： 溶解天然气： 将压力控制在相平衡以内， 向水和水合剂混合溶液中通入天然气， 同 时间歇搅拌半个小时； 搅拌装置为导电空心旋转轴， 为保证其强度与导电性， 采用碳纤维材 质， 末端搅拌叶片为多孔高强度材料， 可以将天然气分散成小气泡、 微气泡， 以此增加天然 气与水的接触面积从而增 加其溶解 率； S3： 制备水 ‑天然气均匀混合流体： 在上述压力和温度下， 通过导电旋转轴(10)和环形 电极板(12)产生电场强度、 电场频率在合适范围内的圆柱状对称脉冲电场， 在压力容器内 将天然气和水合剂充分 混合； S4： 制备泥质粉砂试样： 按孔隙率和饱和度设定指标制备 标准尺寸的泥质粉砂试样； S5： 模拟储层地表应力状态： 利用岩心转移装置将试样安装在GCTS水合物三轴实验台 内， 岩心转移装置连接口与三轴装置主机底座密封对接， 通过调节柱塞泵、 针阀、 球阀来维 持岩心的孔隙压力 及围压； 通过控制丝杠向上运动实现岩心的转移， 之后施加轴压、 围压并 用氮气提供孔隙气压以模拟水合物储层的地应力状态； S6： 置换： 用压力容器内制备好的水 ‑天然气均匀混合 流体置换 试样中的氮气； S7： 生成天然气水合物： 将充分置换后的试样降温到水合物相平衡温度以下， 生成弱胶 结型天然气水合物。 2.根据权利要求1所述的一种含弱胶结型天然气水合物沉积物快速制备方法， 其特征 在于： 所述步骤S 3中在压力容器内， 采用超级化学分散和强力物理分散的方法， 按比例将水 与天然气在 超临界温度与超临界压力条件下进行充分混合， 从而 预制出特定天然气含量的 水‑天然气均匀混合 流体。 3.根据权利要求1所述的一种含弱胶结型天然气水合物沉积物快速制备方法， 其特征 在于： 所述 步骤S1中四丁基溴化铵采用0.3mo l％的浓度。 4.根据权利要求1所述的一种含弱胶结型天然气水合物沉积物快速制备方法， 其特征 在于： 所述 步骤S2中搅拌速度为3 00r/min。 5.一种含弱胶结型天然气水合物沉积物快速制备装置， 包括反应釜(9)， 其特征在于： 所述反应釜(9)内转动连接有导电旋转轴(10)， 所述反应釜(9)内固定连接有环形电极板 (12)， 且环形电极板(12)位于 反应釜(9)下端， 所述导电旋转轴(10)圆周面转动连接有导线 二(7)， 所述导线二(7)远离导电旋转轴(10)的一端固定连接有电场发生器(6)， 所述环形电 极板(12)内固定连接有导线一(5)， 所述导线一(5)远离环形电极板(12)的一端与电场发生 器(6)固定连接， 所述导电旋转轴(10)包括高强度通气空心轴(1)、 碳纤维导电极板套管 (2)、 叶片底座(3)和叶片连接导气孔(4)， 所述高强度通气空心轴(1)圆周面固定连接碳纤 维导电极板套管(2)， 所述碳纤维导电极板套 管(2)圆周面固定连接叶片底 座(3)， 所述叶片 底座(3)圆周面开设有叶片连接导气孔(4)， 所述叶片连接导气孔(4)贯穿碳纤维导电极板 套管(2)和高强度通气空心轴(1)， 所述叶片连接导气孔(4 )内固定连接有带孔旋转叶片 (11)， 所述带孔旋转叶片(11)与叶片连接导气孔(4)连通； 所述高强度通气空心轴(1)上端 转动连接有天然气管线(8)， 所述天然气管线(8)远离高强度通气空心轴(1)的一端固定连 接有天然气源一(13)， 所述反应釜(9)通过天然气管线(8)与天然气源二(14)和天然气源三权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115290410 A 2(15)固定连接 。 6.根据权利要求5所述的一种含弱胶结型天然气水合物沉积物快速制备装置， 其特征 在于： 所述带孔旋转叶片(1 1)采用碳纤维和石墨纤维材 料。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115290410 A 3