(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 202210954857.1 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 中国石油大 学 （北京） 地址 102249 北京市昌平区府学路18号 (72)发明人 王晓辉　陈光进　孙长宇　徐孝杰　 朱然　 (74)专利代理 机构 北京同立钧成知识产权代理 有限公司 1 1205 专利代理师 骞敏　黄健 (51)Int.Cl. G01N 1/28(2006.01) G01N 29/024(2006.01) G01N 25/20(2006.01) G01N 27/06(2006.01) (54)发明名称 一种气体水合物制备及其物性参数原位检 测的装置和方法 (57)摘要 本发明提供了一种气体水合物制备及其物 性参数原位检测的装置和方法。 该装置包括气体 水合物制备单元、 压力调节单元、 过滤单元、 物性 参数检测单元； 所述气体水合物制备单元在高度 方向上具有 N个相互连接的管段， N≥2； 气体水合 物制备单元设置有物料的输入口和输出口， 且输 入口和输出口与气体水合物制备单元的腔体连 通； 压力调节单元与气体水合物制备单元连接， 物性参数检测单元设置于气体水合物制备单元 的周壁或底壁， 过滤单元至少部分位于输出口 处。 该装置结构简单， 可实现纯气体水合物和含 水合物沉积物物性参数的准确测量， 有望于作为 重要的检测装 备应用于天然气水合物勘探、 开发 及油气输送管线水合物防治等相关领域。 权利要求书1页 说明书8页 附图1页 CN 115468824 A 2022.12.13 CN 115468824 A 1.一种气体水合物制备及其物性参数原位检测的装置， 其特征在于， 包括气体水合物 制备单元、 压力调节单元、 过滤单元、 物性参数检测单元； 所述气体水合物制备单元在高度 方向上具有N个相互连接的管段， N≥2； 所述气 体水合物制备单元设置有物料的输入口和输 出口， 且所述输入口和所述输出口与所述气体水合物制备 单元的腔体连通； 所述压力调节单元与气体水合物制备单元连接， 所述物性参数检测单元设置于所述气 体水合物制备 单元的周壁或底壁， 所述过 滤单元至少部分位于所述输出口处。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述气体水合物制备单元为 圆柱型的高压 釜， 所述高压釜的高径比大于10:1。 3.根据权利要求1或2所述的装置， 其特征在于， 在高度 方向上， 所述气体水合物制备单 元自上向下依次包括第一管 段和第二管 段； 所述第一管 段的材质为金属材 料； 所述第二管 段的材质为金属或可视化材 料。 4.根据权利要求1 ‑3任一项所述的装置， 其特征在于， 所述物性参数检测单元包括导热 系数检测单 元、 声波速度检测单 元以及电阻率检测单 元中的至少一个。 5.根据权利要求1 ‑4任一项所述的装置， 其特征在于， 所述压力调节单元包括移动活 塞， 所述移动活塞置于所述气体水合物制备单元 的腔体内， 且所述移动活塞将所述腔体分 为反应腔和压力调节腔， 所述压力调节腔位于所述反应腔的上部 。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述的装置， 其特征在于， 所述过滤单元设置于所述输出口 的内壁， 所述过 滤单元选自过 滤网或金属过 滤烧结板 。 7.根据权利要求6所述的装置， 其特 征在于， 所述过 滤单元的滤孔 直径小于10 μm。 8.一种气体水合物制备及其物性参数原位检测的方法， 其特征在于， 所述方法采用权 利要求1‑7任一项所述的装置进行气体水合物制备及其物性参数 的原位检测， 包括以下步 骤： 1)原料经输入口进入气体水合物制备 单元的腔体； 2)通过控制压力调节单 元调节所述腔体内的压力， 制备气体水合物； 3)通过控制压力调节单元使所述腔体内的反应体系经过滤单元进行气体水合物与气 液相的过 滤处理， 使滤出的气液相经输出口排出 所述气体水合物制备 单元； 4)通过物性 参数检测单 元检测所述气体水合物的物性 参数。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 步骤3)之后还包括： 通过控制压力调节单 元对所述气体水合物进行压缩处 理。 10.根据权利要求8 或9所述的方法， 其特征在于， 所述气体水合物包括纯气体水合物和 含气体水合物的沉积物。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115468824 A 2一种气体水合物制备及其物性参数原位检测的装 置和方法 技术领域 [0001]本发明属于天然气水合物勘探、 开发和相关的应用技术领域， 涉及一种气体水合 物制备及其物性 参数原位检测的装置和方法。 背景技术 [0002]天然气水合物是一种由天然气分子和水分子在低温高压环境下形成的类冰状固 态晶体化合物。 它在空气中能点燃， 俗称可燃冰。 据初步估算， 全球天然气水合物的碳当量 相当于所有常规 化石能源(煤、 石油、 天然气)的两倍， 总资源量 为2×1016m3 CH4(STP)。 [0003]鉴于天然气水合物具有重要的经济价值， 世界上许多国家都将天然气水合物开发 列入国家重点 发展战略， 中、 美、 日、 加、 英等国均相继投入资金进 行可燃冰资源调查和开采 技术研究。 天然气水合物储层是一个比常规油气层更为复杂的系统， 要利用天然气水合物 资源， 就必须充分了解水合物储层特性。 首要科学问题是水合物与水合物储层之间的相互 作用关系， 即沉积物特性对水合物形成、 分布和孔隙流体流动的影响规律， 这对天然气水合 物的勘探、 储量估算和开采方法的制定等方面具有重要的指导 意义。 [0004]天然气水合物的勘探方法主要通过观测到的异常特征和测井得到的标志来判断 水合物的分布位置， 最常用的地球物理探测法为电阻率测井和地震方法。 由于水合物具有 排盐效应， 导致纯水合物具有较高的电阻率， 从电阻率测井曲线可以看出含天然气水合物 区域的电阻率明显大于水饱和区域。 地震方法根据含水合物储层及其相 邻沉积层的声波速 度差异进行水合物识别、 推测水合物储层位置、 预测水合物饱和度。 相对其它孔隙流体， 纯 水合物具有较高的压缩波速度 Vp和剪切波速度Vs， 这就导致所测得的含水合物储层波速相 应提高， 进 而确定天然气水合物的赋存位置 。 [0005]天然气水合物的开发是通过降压、 注热、 注药剂等形式破坏储层中水合物的热力 学稳定性， 使其分解出天然气和水， 然后采用类似于 常规天然气开采的方法， 将释放出的天 然气开采至地面。 水合物分解过程是一个相变过程， 由固态水合物转变为气 体和水， 该过程 会吸收大量的热量， 导致储层温度降低。 为了强化天然气水合物的分解过程， 需要研究气 ‑ 液‑固在孔隙流动过程的传热规 律。 [0006]为此， 国内外科研单位设计、 搭建了一系列装置用于测定含水合物沉积物的表观 电阻率、 声波速度和总传热系数。 但表观物性参数不仅与操作条件(温度、 压力、 轴向应力 等)有关， 而且还与沉积物的类型、 水合物的形状和分布有关， 导致所测的表观物性参数不 具有普适性， 所建立的反演模型方程预测误差较大。 为了便于实际应用， 往往需要 所建的预 测方程、 反演模型具有更宽泛的适用范围， 普适性好。 在传热学中， 流体的总传热系数随着 操作条件变化而变化， 但流体的本征导热系 数是确定的， 基于管内外流体的本征导热性系 数、 管壁热阻和污垢 热阻等参数可以建立总传热系数方程， 该方程具有很高的普适性。 根据 上述建模思路， 分析含水合物沉积物的组成和含量， 结合含量和每一组分的本征物性参数 建立表观物性参数方程， 是解决上述问题的优选方案。 因此， 关键问题在于如何测得纯水合 物的导热系数、 电阻率和声波速度等物性参数， 这不仅是科学层面补充基础物 性参数， 也是说　明　书 1/8 页 3 CN 115468824 A 3