用于沉积层中水合物驱替形成各向异性的研究装置及方法

摘要

本发明公开了一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研究的研究装置及方法，其包括用于控制研究装置运行的控制中心，其中，研究装置还包括一盘式反应釜，盘式反应釜内布置有多个传感器，盘式反应釜通过对应管路分别与第一平流泵、第二平流泵相连通，第一平流泵通过相应管路与存储罐相连通，第二平流泵选择性与第一气瓶、存储罐相连通；通过存储罐将气体、液体或气液混合物导入盘式反应釜内进行分析。通过相关传感器监测水合物反应过程中相应的变化，从而确定水合物诱导期、生成速率、饱和度以及水合物的各向异性分布状况，得到各个反应腔在轴向、径向和切向水合物反应分布和饱和度，以及水合物在沉积物中各向异性分布情况。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研究的研究装置及方法。

背景技术

CO₂海洋封存技术是减少大气CO₂的主要措施之一，它通过管道将捕获富集的CO₂直接 注入海洋水柱体或海底沉积物中，CO₂以液态或固态水合物的形式封存。其中海底沉积层内 CO₂封存是将CO₂注储于海底多孔床层内，液态的CO₂在沉积层孔隙中溶解、扩散，在物理、 化学和矿化作用下大量聚集在沉积层盖层之下，从而形成一个圈闭空间。由于和人类生存空 间有海水层的间隔，相对于一般的内陆地质封存方式具有更高的安全性。如果发生海底地质 灾害、地壳运动导致储层裂隙，CO₂将沿着裂隙向上运移、泄漏(水合物也可能分解成CO₂)。 当CO₂再次渗流进入水合物稳定区域，水合物又在储层内形成和不断长大，使得沉积层孔隙 度和渗透率急剧减小，从而封闭CO₂的泄漏通道。即使还有部分CO₂渗透过水合物盖层继续 运移、上升扩散到海洋中，也会由于CO₂与海水密度差异，形成CO₂的“湖泊型”海洋封存。

由此可见，海底沉积层为CO₂的捕集提供了永久储库，重力作用、水合物覆盖层及其它 地质化学作用的多重俘获机理可以防止CO₂发生大量逸出。近年来有不少学者提出CO₂置换 开采海底天然气水合物，不但CO₂水合物的生成热可用于分解天然气水合物，而且CO₂水合 物有助于稳固亏空的储层，防止因水合物开采造成海底滑坡等自然灾害^[5]。CO₂置换开采方 法具有经济和环境上的双重意义，与传统的水合物开采方法相比具有明显的优势。

无论CO₂海底封存还是置换开采天然气水合物，其本质都是多孔介质中CO₂-孔隙水驱替 形成水合物并伴有热扩散效应的CO₂渗流过程。CO₂与孔隙水两相竞争驱替、溶解、运移， 并在温度、压力、盐度和孔隙毛细管压力共同约束下形成水合物并继续向周围渗流；CO₂水 合物形成又会降低地层孔隙度和渗透率，从而影响CO₂在海底沉积层中的运移。同时，CO₂水合物形成过程中释放大量相变潜热(约65kJ/mol)，而地层多孔骨架、水合物和孔隙流体 (CO₂、海水)具有不同的热力学性质(如比热容和导热系数)，这些热量在非均相中的热 扩散效应不能忽略。因此，深入研究沉积层中水合物驱替形成和CO₂运移过程，对CO₂海底 封存、天然气水合物置换开采以及评估水合物藏失稳分解都具有重要的意义。从目前报道的 文献来看，有关沉积物中CO₂水合物研究主要集中在CO₂-孔隙水静置模式(这里的“静置模 式”是指CO₂与孔隙水处于宏观静止状态)形成水合物热力学、动力学实验或数值模拟，缺乏 对海底沉积层中液态CO₂-孔隙水两相竞争驱替模式形成水合物动力学和热扩散效应研究。因 此，获得结论或者模型尚无法直接应用。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供的一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研 究的研究装置及方法，以获取模拟海底二氧化碳水合物的形成分布规律与相关参数。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研究的研究装置，其包括用于控制研究装置 运行的控制中心，其中，研究装置还包括一盘式反应釜，盘式反应釜内布置有多个传感器， 盘式反应釜通过对应管路分别与第一平流泵、第二平流泵相连通，第一平流泵通过相应管路 与存储罐相连通，第二平流泵选择性与第一气瓶、存储罐相连通；通过存储罐将气体、液体 或气液混合物导入盘式反应釜内进行分析。

所述的研究装置，其中，上述第一平流泵通过第一管路与存储罐下部相连通，第一平流 泵通过第二管路与盘式反应釜的总进管相连通，第一管路与第二管路之间设置有第一连接管 路；

盘式反应釜上的多个分支出管均与一总出管相连通，总出管与第二平流泵相连通，第二 平流泵通过第三管路与储存瓶上部相连通，总出管与第三管路之间设置有第二连接管路，第 三管路连接有第四管路，第四管路与第一气瓶相连通，第四管路与第一管路之间设置有第三 连接管路，第三管路上设置有第五管路，第五管路与第二气瓶相连通；

第一管路在近第一平流泵端设置有第一阀门，在近存储罐端设置有第二阀门；第二管路 在近第一平流泵端设置有第三阀门，在近总进管端设置有第四阀门；第一连接管在近第一阀 门端设置有第五阀门，第一连接管在近第三阀门端设置有第六阀门；

总出管在近第二平流泵端设置有第七阀门，第三管路在近第二平流泵端设置有第八阀门； 第二连接管在近第七阀门端设置有第九阀门，第二连接管在近第八阀门端设置有第十阀门； 第三管路在近存储罐端设置有第十一阀门，第五管路与第三管路连接处设置有备压阀门，第 五管路在近第二气瓶端设置有第一减压稳压阀门；第三连接管路下方的第四管路上设置有第 十二阀门，第三连接管路上设置有第十三阀门；

第四管路在近第一气瓶端设置有气体流量计，气体流量计一侧的第四管路上设置有第二 减压稳压阀，气体流量计另一侧的第四管路上设置有单向阀。

所述的研究装置，其中，上述盘式反应釜的底部设置有多个排污管，每个排污管上均设 置有排污阀门。

所述的研究装置，其中，上述第一管路在存储罐底部处设置有第一排出管，第一排出管 上设置有第一排出阀门；第十一阀门与第十二阀门之间的第三管路上设置有第二排出管，第 二排出管上设置第二排出阀门；总出管上设置有第三排出管，第三排出管上设置有第三排出 阀门。

所述的研究装置，其中，上述盘式反应釜包括釜体，总进管设置在釜体中部，釜体配置 有一釜盖，釜盖与釜体为卡箍式结构，釜盖与釜体形成反应室，反应室通过隔板形成多个反 应腔，总进管与每个反应腔的对应处设置有一个进口，每个反应腔的侧壁上设置有一个出口， 每个出口配置有一个分支出管，每个分支出管与总出管的连接处均设置有控制阀；每个反应 腔内配置有一组时域反射探针、一组温度传感器、一组压力传感器、一组声学换能器与一组 铂电极；时域反射探针、温度传感器、压力传感器、声学换能器、铂电极均与控制中心通信 连接。

所述的研究装置，其中，上述一组时域反射探针包括两个时域反射探针，时域反射探针 安装在对应反应腔之竖向中间位置的一个平面上，时域反射探针以釜体中心径向辐射均匀地 安装；一组声学换能器包括两套声学换能器，两套声学换能器分别处于位于对应反应腔之径 向1/3、2/3位置处；一组铂电极包括两对铂电极，两对铂电极分别处于位于对应反应腔径向 1/3、2/3位置处；一组温度传感器包括三个温度传感器，一组压力传感器包括三个压力传感 器，一个温度传感器与一个压力传感器形成一个测量单元，三个测量单元均匀布置在对应的 进口处、出口处以及进口与出口之间的反应腔；时域反射探针均与TDR采集转换器通信连接， 声学换能器均与声学采集转换器通信连接，铂电极均与阻抗采集转换器通信连接，测量单元、 TDR采集转换器、声学采集转换器、阻抗采集转换器均通过数据采集仪与控制中心通信连接。

所述的研究装置，其中，上述盘式反应釜配置有第一恒温水浴设备，存储罐配置有第二 恒温水浴设备；在每个反应腔的进口处、出口处之间设置有第一压差计，在总进管与总出管 之间设置有第二压差计，第一压差计与第二压差计上均配置有电磁阀；进口、出口上均设置 有滤塞。

所述的研究装置，其中，上述盘式反应釜内均匀布置有六个反应腔，每个隔板与釜体对 应处设置有用于插入隔板的插槽，插槽通过密封处理。

一种使用所述研究装置的方法，其包括以下步骤：

A、打开存储罐顶部的快插头，将存储罐装满蒸馏水，打开第一阀门、第二阀门、第三阀 门与第四阀门，将存储罐的蒸馏水通过第一平流泵送入盘式反应釜中的总进管，然后通过进 口进入盘式反应釜内的对应反应腔内，待反应腔充满蒸馏水后，蒸馏水通过分支出管排出， 汇集到总出管，此时分支出管上的控制阀处于打开状态，打开第七阀门、第八阀门、第十一 阀门，经第二平流泵送入存储罐，此时第二排出阀门处于开启状态，第十二阀门处于关闭状 态，使整个系统充满蒸馏水，将整个系统中的空气通过第二排出阀门排出，消除空气对水合 物反应过程的影响；

B、关闭第一平流泵与第二平流泵，关闭第二排出阀门、第十一阀门、第二阀门，再次打 开存储罐顶部的快插头，将存储罐再次装满蒸馏水，打开第十二阀门，开启存储有二氧化碳 的第一气瓶，通过第二减压稳压阀，设置压力为2MPa，气体会通过气体流量计经单向阀进入 存储罐，此时打开第一排出阀门，在压力的作用下将存储罐中的一部分蒸馏水排出，为反应 气体二氧化碳留出存储空间，以保证整个系统中不会有空气进入，待排出一定体积蒸馏水后， 关闭第一排出阀门；重新设置第二减压稳压阀，通过第一气瓶向存储罐中充入二氧化碳，待 第二减压稳压阀的指针稳定后，关闭第二减压稳压阀及第十二阀门；此时打开第二恒温水浴， 使得存储罐中的二氧化碳和水在恒定的温度下进行溶解饱和；通过气体流量计和由第一排出 阀门排出的水量得到本次充入存储罐中的二氧化碳的气体量；

C、待到步骤B中的二氧化碳在蒸馏水中溶解饱和后，打开第一阀门、第二阀门、第三 阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门、第十一阀门，关闭第十二阀门，启动第一平流泵、 第二平流泵，并开启第一恒温水浴，开始动态循环状态下的二氧化碳水合物反应，通过时域 反射探针、温度传感器、压力传感器、声学换能器、铂电极、第一压差计与第二压差计监测 水合物反应过程中声学、TDR、电学信号以及温度、压力和压差的变化，从而确定水合物诱 导期、生成速率、饱和度以及水合物的各向异性分布状况。

所述的方法，其中，上述方法还包括：

D、待水合物反应结束后，采用蒸馏水进行渗透率的测量；

首先关闭第十一阀门、第二阀门，使得盘式反应釜成为一个封闭系统，保证该封闭系统 中的参数不变，然后缓慢打开第三排出阀门，缓慢地排出一部分二氧化碳饱和液使得盘式反 应釜内压力略高于相应温度下二氧化碳水合物的平衡压力，且保证盘式反应釜内温度维持不 变或者变化非常小，防止生成的二氧化碳水合物分解；然后将存储罐中的混合液更换为蒸馏 水，更换完毕后，打开第二气瓶，设置第一减压稳压阀、第一平流泵、第二平流泵、备压阀 门三者的压力相同且都等于盘式反应釜中的压力，以保证盘式反应釜中的二氧化碳水合物不 会发生分解；

同时，设置第一平流泵、第二平流泵的流速相同，然后打开第十一阀门、第二阀门，启 动第一平流泵、第二平流泵，开始渗透率的测量；

待第一平流泵、第二平流泵蒸馏水流量稳定，记录各个反应腔的分支进出管之间、总进 管之间差压计的压差，然后利用达西定律和上述步骤C中计算得到的各个反应腔中水合物饱 和度、盘式反应釜中总的水合物饱和度，进而计算各个反应腔和盘式反应釜中总的含水合物 沉积物的渗透率。

本发明提供的一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研究的研究装置及方法，采用 盘式反应釜、第一平流泵、第二平流泵、相关管路以及控制中心的技术方式，通过相关传感 器监测水合物反应过程中声学、TDR、电学信号以及温度、压力和压差的变化，从而确定水 合物诱导期、生成速率、饱和度以及水合物的各向异性分布状况，得到各个腔体在轴向、径 向和切向水合物反应分布和饱和度，以及盘式反应釜中总的水合物在沉积物中各向异性分布 情况，从而获取模拟海底二氧化碳水合物的形成分布规律与相关参数。

附图说明

图1为本发明中研究装置的结构示意图；

图2为本发明中盘式反应釜的结构示意图；

图3为本发明中盘式反应釜一个反应腔的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研究的研究装置及方法，为使 本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于沉积层中水合物驱替形成各向异性研究的研究装置，如图1所示 的，其包括用于控制研究装置运行的控制中心58，其中，研究装置还包括一盘式反应釜1， 盘式反应釜1内布置有多个传感器，盘式反应釜1通过对应管路分别与第一平流泵2、第二 平流泵3相连通，第一平流泵2通过相应管路与存储罐4相连通，第二平流泵3选择性与第 一气瓶5、第二气瓶6、存储罐4相连通；通过存储罐4将气体、液体或气液混合物导入盘式 反应釜1内进行分析。第一气瓶5一般存储二氧化碳，但是也可以存储如甲烷水合物、乙烷 水合物、天然气水合物或者是制冷剂水合物等，第二气瓶6一般存储氮气。存储罐4的接头 采用大快插连接，可以直接旋开上部的滚花压帽并拔出快插头，向储液罐中注水，而不用旋 开储液罐上盖，方便快捷。第一平流泵2、第二平流泵3的流量、压力均可调节，可以满足 不同实验工况的要求。

在本发明的另一较佳实施例中，如图1所示的，上述第一平流泵2通过第一管路7与存 储罐4下部相连通，第一平流泵2通过第二管路8与盘式反应釜1的总进管9相连通，第一 管路7与第二管路8之间设置有第一连接管路10；

盘式反应釜1上的多个分支出管11均与一总出管12相连通，总出管12与第二平流泵3 相连通，第二平流泵3通过第三管路13与储存瓶4上部相连通，总出管12与第三管路13之 间设置有第二连接管路14，第三管路13连接有第四管路15，第四管路15与第一气瓶5相连 通，第四管路15与第一管路7之间设置有第三连接管路16，第三管路13上设置有第五管路 17，第五管路17与第二气瓶6相连通；

第一管路7在近第一平流泵2端设置有第一阀门18，在近存储罐4端设置有第二阀门19； 第二管路8在近第一平流泵2端设置有第三阀门20，在近总进管9端设置有第四阀门21；第 一连接管10在近第一阀门18端设置有第五阀门64，第一连接管10在近第三阀门20端设置 有第六阀门22；

总出管12在近第二平流泵3端设置有第七阀门23，第三管路13在近第二平流泵3端设 置有第八阀门24；第二连接管14在近第七阀门23端设置有第九阀门25，第二连接管14在 近第八阀门24端设置有第十阀门26；第三管路13在近存储罐4端设置有第十一阀门27，第 五管路17与第三管路13连接处设置有备压阀门28，第五管路17在近第二气瓶6端设置有 第一减压稳压阀门29；第三连接管路16下方的第四管路15上设置有第十二阀门30，第三连 接管路16上设置有第十三阀门31；

第四管路15在近第一气瓶5端设置有气体流量计32，气体流量计32一侧的第四管路15 上设置有第二减压稳压阀33，气体流量计32另一侧的第四管路15上设置有单向阀34。

更进一步的，上述盘式反应釜1的底部设置有多个排污管35，每个排污管35上均设置 有排污阀门36，具体的是盘式反应釜1的每个反应腔对应一个排污管35。

更进一步的，上述第一管路7在存储罐4底部处设置有第一排出管37，第一排出管37 上设置有第一排出阀门38；第十一阀门27与第十二阀门30之间的第三管路13上设置有第 二排出管39，第二排出管39上设置第二排出阀门40；总出管12上设置有第三排出管41， 第三排出管41上设置有第三排出阀门42。

在本发明的另一较佳实施例中，如图2与图3所示的，上述盘式反应釜1包括釜体43， 总进管9设置在釜体43中部，釜体43配置有一釜盖，釜盖与釜体43为卡箍式结构，釜盖与 釜体形成反应室，反应室通过隔板44形成多个反应腔45，总进管9与每个反应腔45的对应 处设置有一个进口46，每个反应腔45的侧壁上设置有一个出口47，每个出口47配置有一个 分支出管11，每个分支出管11与总出管12的连接处均设置有控制阀48；每个反应腔45内 配置有一组时域反射探针49、一组温度传感器50、一组压力传感器51、一组声学换能器52 与一组铂电极53；时域反射探针49、温度传感器50、压力传感器51、声学换能器52、铂电 极53均与控制中心通信连接。

更进一步的，上述一组时域反射探针49包括两个时域反射探针，时域反射探针安装在对 应反应腔45之竖向中间位置的一个平面上，时域反射探针以釜体43中心径向辐射均匀地安 装；一组声学换能器52包括两套声学换能器，两套声学换能器分别处于位于对应反应腔45 之径向1/3、2/3位置处，每套声学换能器52包括两个声学换能器部件，一个发射器，一个 接收器；一组铂电极53包括两对铂电极，两对铂电极分别处于位于对应反应45腔径向1/3、 2/3位置处，每对铂电极包括两个铂电极片；一组温度传感器50包括三个温度传感器，一组 压力传感器51包括三个压力传感器，一个温度传感器与一个压力传感器形成一个测量单元， 三个测量单元均匀布置在对应的进口46处、出口47处以及进口46与出口47之间的反应腔 45；时域反射探针49均与TDR采集转换器54通信连接，声学换能器52均与声学采集转换器 55通信连接，铂电极53均与阻抗采集转换器56通信连接，测量单元、TDR采集转换器54、 声学采集转换器55、阻抗采集转换器56均通过数据采集仪57与控制中心58通信连接。

每个单独反应腔45内均一组时域反射探针49、一组温度传感器50、一组压力传感器51、 一组声学换能器52与一组铂电极53，其均通过安装支架进行安装，并尽可能考虑它们之间 的干扰。根据盘式反应釜的规格，反应腔45的数量可以适当增减，既能较为全面的反应整个 作用半径内空间测量的全面性，又能减少不同监测手段之间的干扰，提高测量精度。这样可 以很好地确定每个腔体中径向、轴向、切向CO₂水合物的分布、饱和度和渗透率以及驱替形成 动力学特征。同时，可以比较不同腔体之间水合物分布差异，结合安装在总进管和总出气管 的温度、压力和差压传感器可以分析水合物在沉积物中总的分布、渗透率、饱和度与各向(腔 体)之间的关系，获得水合物分布的各向异性特征。即可以根据多种监测手段分析各个反应 腔45不同方向(径向、切向、轴向)上水合物生长特性、渗透率、饱和度及分布规律，然后 根据各个反应腔45中水合物的各向异性特征分析以总进管9为中心的圆形区域水合物在不同 方向上的各向异性特征，可以为CO₂海底埋藏和置换开采天然气水合物提供非常重要的理论基 础。

而且上述盘式反应釜1配置有第一恒温水浴设备59，存储罐4配置有第二恒温水浴设备 60；在每个反应腔45的进口46处、出口47处之间设置有第一压差计61，在总进管9与总 出管12之间设置有第二压差计62，第一压差计61与第二压差计62上均配置有电磁阀63； 进口46、出口47上均设置有滤塞。上述盘式反应釜1内均匀布置有六个反应腔45，每个隔 板44与釜体43对应处设置有用于插入隔板的插槽，插槽通过密封处理，防止隔板44之间的 相互影响，可以使釜内反应腔45的个数进行自由的组合，根据实验需要选择反应腔的个数。

本发明还提供了一种使用所述研究装置的方法，其包括以下步骤：

步骤A、打开存储罐4顶部的快插头，将存储罐4装满蒸馏水，打开第一阀门18、第二 阀门19、第三阀门20与第四阀门21，将存储罐4的蒸馏水通过第一平流泵2送入盘式反应 釜1中的总进管9，然后通过进口46进入盘式反应釜1内的对应反应腔45内，待反应腔45 充满蒸馏水后，蒸馏水通过分支出管11排出，汇集到总出管12，此时分支出管11上的控制 阀48处于打开状态，打开第七阀门23、第八阀门24、第十一阀门27，经第二平流泵3送入 存储罐4，此时第二排出阀门40处于开启状态，第十二阀门30处于关闭状态，使整个系统 充满蒸馏水，将整个系统中的空气通过第二排出阀门40排出，消除空气对水合物反应过程的 影响；

步骤B、关闭第一平流泵2与第二平流泵3，关闭第二排出阀门40、第十一阀门27、第 二阀门19，再次打开存储罐4顶部的快插头，将存储罐4再次装满蒸馏水，打开第十二阀门 30，开启存储有二氧化碳的第一气瓶5，通过第二减压稳压阀33，设置压力为2MPa，气体会 通过气体流量计32经单向阀34进入存储罐4，此时打开第一排出阀门38，在压力的作用下 将存储罐4中的一部分蒸馏水排出，为反应气体二氧化碳留出存储空间，以保证整个系统中 不会有空气进入，待排出一定体积蒸馏水后，关闭第一排出阀门38；重新设置第二减压稳压 阀33，通过第一气瓶5向存储罐4中充入二氧化碳，待第二减压稳压阀33的指针稳定后， 关闭第二减压稳压阀33及第十二阀门30；此时打开第二恒温水浴60，使得存储罐4中的二 氧化碳和水在恒定的温度下进行溶解饱和；通过气体流量计32和由第一排出阀门38排出的 水量得到本次充入存储罐4中的二氧化碳的气体量；

步骤C、待到步骤B中的二氧化碳在蒸馏水中溶解饱和后，打开第一阀门18、第二阀门 19、第三阀门20、第四阀门21、第七阀门23、第八阀门24、第十一阀门27，关闭第十二阀 门30，启动第一平流泵2、第二平流泵3，并开启第一恒温水浴59，开始动态循环状态下的 二氧化碳水合物反应，通过时域反射探针49、温度传感器50、压力传感器51、声学换能器 52、铂电极53、第一压差计61与第二压差计62监测水合物反应过程中声学、TDR、电学信 号以及温度、压力和压差的变化，从而确定水合物诱导期、生成速率、饱和度以及水合物的 各向异性分布状况。

所有的数据信号通过数据采集仪57可以实时采集并传输到控制中心58。其中声学换能 器52为可以发射和接收声波，通过声学采集转换器55获得声波(横、纵波)的波速，根据 波速与水合物饱和度之间的关系，可确定盘式反应釜1上层切向方向上的水合物饱和度。时 域反射探针49引导传输过来的电磁波在盘式反应釜1含水合物的沉积介质中进行传播，通过 TDR采集转换器54获得波形，从而得到介电常数，再根据介质含水量与介电常数之间的经验 公式，获得含水合物沉积介质中的含水量，从而最终确定盘式反应釜1中间层径向和切向沉 积物中含水量的变化以及水合物饱和度的变化；铂电极53接入恒定电位，通过阻抗采集转换 器56可测得两个铂电极53之间的阻抗，通过阻抗变化可以监测水合物生成过程和生成速率， 结合温度、压力、沉积物孔隙度等参数计算出盘式反应釜1下层水合物生成量以及饱和度； 温度传感器50、压力传感器51、第一压差计61、第二压差计62可对水合物生成过程进行温 度、压力和压差实时监测，判断水合物是否反应以及反应程度，也可以通过热力学方程计算 出水合物反应量，从而确定水合物饱和度。但是第一压差计61、第二压差计62最主要作用 是测量含水合物沉积物的渗透率。通过声学、TDR、电学和温度压力等测量计算可以得到各个 腔体在轴向、径向和切向水合物反应分布和饱和度，以及盘式反应釜1中水合物在沉积物中 各向异性分布情况，可以理解海底二氧化碳水合物的形成分布规律。

更进一步的，上述方法还包括：

步骤D、待水合物反应结束后，采用蒸馏水进行渗透率的测量；

首先关闭第十一阀门27、第二阀门19，使得盘式反应釜1成为一个封闭系统，保证该封 闭系统中的参数不变，然后缓慢打开第三排出阀门42，缓慢地排出一部分二氧化碳饱和液使 得盘式反应釜内压力略高于相应温度下二氧化碳水合物的平衡压力，且保证盘式反应釜1内 温度维持不变或者变化非常小，防止生成的二氧化碳水合物分解；然后将存储罐4中的混合 液更换为蒸馏水，更换完毕后，打开第二气瓶6，设置第一减压稳压阀29、第一平流泵2、 第二平流泵3与备压阀门28的压力相同且都等于盘式反应釜1中的压力，以保证盘式反应釜 1中的二氧化碳水合物不会发生分解；

同时，设置第一平流泵2、第二平流泵3的流速相同，然后打开第十一阀门27、第二阀 门19，启动第一平流泵2、第二平流泵3，开始渗透率的测量；

待第一平流泵2、第二平流泵3蒸馏水流量稳定，记录各个反应腔45的总进管9与总出 管12之间差压计的压差，然后利用达西定律和上述步骤C中计算得到的各个反应腔45中水 合物饱和度、盘式反应釜中总的水合物饱和度，进而计算各个反应腔和盘式反应釜中总的含 水合物沉积物的渗透率。当然该步骤也可以采用气体代替水蒸气进行渗透率的测试，其区别 在于采用气体进行渗透率测试，只是各个管路开闭次序不同，进而控制各个管路的关闭或连 接，在此不再一一赘述。

在测试过程中，压差计上对应的电磁阀63的作用是当差压达到最大压力差值时信号会自 动传输给电动对应电磁阀63，从而使电磁阀63自动关闭，保护差压传感器。另外，可以通 过合成不同饱和度和不同分布的水合物，测得相应的渗透率，从而可以获得饱和度和渗透率 之间的关系，可以为二氧化碳水合物埋藏以及置换开采等提供重要的数据。

本研究装置还可以模拟静态下的反应，模拟静态下的前两个步骤与上述步骤A、步骤B 相同，第三步时，待步骤B中的二氧化碳饱和之后，打开第一阀门18、第十二阀门30，启动 第一平流泵2与第二平流泵3，根据实验要求设定好第一恒温水浴设备59启动，使得二氧化 碳饱和液在系统中进行循环，待二氧化碳饱和液充满整个系统后，关闭第四阀门21、第七阀 门23，停止第一平流泵2与第二平流泵3，这样盘式反应釜1中就处于一个完全封闭的静置 状态，这种状态下的水合物反应可以和前面动态下的反应进行对比，研究动态环境和静置环 境中两者反应的差异，后面的两个步骤与上述步骤C、步骤D相同。

本研究装置除能进行二氧化碳和蒸馏水在预先饱和之后再进行循环或静置反应，也可用 于传统的间歇式或连续供气水合物反应研究。第一步与步骤A相同。第二步，待整个系统充 满蒸馏水后，停止启动第一平流泵2与第二平流泵3，打开第一排出阀门38，将 存储罐4中的蒸馏水排放出来；关闭第十一阀门27、第十三阀门31，打开第一气瓶5，设置 好第二减压稳压阀33，气体经气体流量计32、单向阀34、第十二阀门30，进入存储罐4， 然后关闭第一阀门18、第三阀门20，打开第五阀门64、第六阀门22，这样气流可以绕过第 一平流泵2，进入盘式反应釜1，气体经第二阀门19、第五阀门64、第六阀门22、第四阀门 21进入盘式反应釜1中的总进管9，此时将与总进管9相对应的排污阀门36打开，将总进管 9以及存储罐4至总进管9这段管路中的蒸馏水全部放出，排完蒸馏水后，关闭排污阀门36， 这样二氧化碳气体就会充入盘式反应釜1的总进管9中，此时，盘式反应釜1中的六个反应 腔45中只有纯净的蒸馏水，通过进口使得二氧化碳气体和蒸馏水进行接触，这样可以研究在 传统的间歇式或连续供气模式下水合物反应。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说 明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变 形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。