、軸向、切向CO2水合物的分布、飽和度和滲透率以及驅(qū)替形成動(dòng)力學(xué)特征。同時(shí)，可以比較不同腔體之間水合物分布差異，結(jié)合安裝在總進(jìn)管和總出氣管的溫度、壓力和差壓傳感器可以分析水合物在沉積物中總的分布、滲透率、飽和度與各向(腔體)之間的關(guān)系，獲得水合物分布的各向異性特征。即可以根據(jù)多種監(jiān)測(cè)手段分析各個(gè)反應(yīng)腔45不同方向(徑向、切向、軸向)上水合物生長(zhǎng)特性、滲透率、飽和度及分布規(guī)律，然后根據(jù)各個(gè)反應(yīng)腔45中水合物的各向異性特征分析以總進(jìn)管9為中心的圓形區(qū)域水合物在不同方向上的各向異性特征，可以為CO2海底埋藏和置換開(kāi)采天然氣水合物提供非常重要的理論基礎(chǔ)。
[0044]而且上述盤(pán)式反應(yīng)釜I配置有第一恒溫水浴設(shè)備59，存儲(chǔ)罐4配置有第二恒溫水浴設(shè)備60 ;在每個(gè)反應(yīng)腔45的進(jìn)口 46處、出口 47處之間設(shè)置有第一壓差計(jì)61，在總進(jìn)管9與總出管12之間設(shè)置有第二壓差計(jì)62，第一壓差計(jì)61與第二壓差計(jì)62上均配置有電磁閥63 ;進(jìn)口 46、出口 47上均設(shè)置有濾塞。上述盤(pán)式反應(yīng)釜I內(nèi)均勻布置有六個(gè)反應(yīng)腔45，每個(gè)隔板44與釜體43對(duì)應(yīng)處設(shè)置有用于插入隔板的插槽，插槽通過(guò)密封處理，防止隔板44之間的相互影響，可以使釜內(nèi)反應(yīng)腔45的個(gè)數(shù)進(jìn)行自由的組合，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇反應(yīng)腔的個(gè)數(shù)。
[0045]本發(fā)明還提供了一種使用所述研究裝置的方法，其包括以下步驟:
[0046]步驟A、打開(kāi)存儲(chǔ)罐4頂部的快插頭，將存儲(chǔ)罐4裝滿蒸餾水，打開(kāi)第一閥門(mén)18、第二閥門(mén)19、第三閥門(mén)20與第四閥門(mén)21，將存儲(chǔ)罐4的蒸餾水通過(guò)第一平流栗2送入盤(pán)式反應(yīng)釜I中的總進(jìn)管9，然后通過(guò)進(jìn)口 46進(jìn)入盤(pán)式反應(yīng)釜I內(nèi)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)腔45內(nèi)，待反應(yīng)腔45充滿蒸餾水后，蒸餾水通過(guò)分支出管11排出，匯集到總出管12，此時(shí)分支出管11上的控制閥48處于打開(kāi)狀態(tài)，打開(kāi)第七閥門(mén)23、第八閥門(mén)24、第十一閥門(mén)27，經(jīng)第二平流栗3送入存儲(chǔ)罐4，此時(shí)第二排出閥門(mén)40處于開(kāi)啟狀態(tài)，第十二閥門(mén)30處于關(guān)閉狀態(tài)，使整個(gè)系統(tǒng)充滿蒸餾水，將整個(gè)系統(tǒng)中的空氣通過(guò)第二排出閥門(mén)40排出，消除空氣對(duì)水合物反應(yīng)過(guò)程的影響；
[0047]步驟B、關(guān)閉第一平流栗2與第二平流栗3，關(guān)閉第二排出閥門(mén)40、第十一閥門(mén)27、第二閥門(mén)19，再次打開(kāi)存儲(chǔ)罐4頂部的快插頭，將存儲(chǔ)罐4再次裝滿蒸餾水，打開(kāi)第十二閥門(mén)30，開(kāi)啟存儲(chǔ)有二氧化碳的第一氣瓶5，通過(guò)第二減壓穩(wěn)壓閥33，設(shè)置壓力為2MPa，氣體會(huì)通過(guò)氣體流量計(jì)32經(jīng)單向閥34進(jìn)入存儲(chǔ)罐4，此時(shí)打開(kāi)第一排出閥門(mén)38，在壓力的作用下將存儲(chǔ)罐4中的一部分蒸餾水排出，為反應(yīng)氣體二氧化碳留出存儲(chǔ)空間，以保證整個(gè)系統(tǒng)中不會(huì)有空氣進(jìn)入，待排出一定體積蒸餾水后，關(guān)閉第一排出閥門(mén)38 ;重新設(shè)置第二減壓穩(wěn)壓閥33，通過(guò)第一氣瓶5向存儲(chǔ)罐4中充入二氧化碳，待第二減壓穩(wěn)壓閥33的指針?lè)€(wěn)定后，關(guān)閉第二減壓穩(wěn)壓閥33及第十二閥門(mén)30 ;此時(shí)打開(kāi)第二恒溫水浴60，使得存儲(chǔ)罐4中的二氧化碳和水在恒定的溫度下進(jìn)行溶解飽和；通過(guò)氣體流量計(jì)32和由第一排出閥門(mén)38排出的水量得到本次充入存儲(chǔ)罐4中的二氧化碳的氣體量；
[0048]步驟C、待到步驟B中的二氧化碳在蒸餾水中溶解飽和后，打開(kāi)第一閥門(mén)18、第二閥門(mén)19、第三閥門(mén)20、第四閥門(mén)21、第七閥門(mén)23、第八閥門(mén)24、第^^一閥門(mén)27，關(guān)閉第十二閥門(mén)30，啟動(dòng)第一平流栗2、第二平流栗3，并開(kāi)啟第一恒溫水浴59，開(kāi)始動(dòng)態(tài)循環(huán)狀態(tài)下的二氧化碳水合物反應(yīng)，通過(guò)時(shí)域反射探針49、溫度傳感器50、壓力傳感器51、聲學(xué)換能器52、鉑電極53、第一壓差計(jì)61與第二壓差計(jì)62監(jiān)測(cè)水合物反應(yīng)過(guò)程中聲學(xué)、TDR、電學(xué)信號(hào)以及溫度、壓力和壓差的變化，從而確定水合物誘導(dǎo)期、生成速率、飽和度以及水合物的各向異性分布狀況。
[0049]所有的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀57可以實(shí)時(shí)采集并傳輸?shù)娇刂浦行?8。其中聲學(xué)換能器52為可以發(fā)射和接收聲波，通過(guò)聲學(xué)采集轉(zhuǎn)換器55獲得聲波(橫、縱波)的波速，根據(jù)波速與水合物飽和度之間的關(guān)系，可確定盤(pán)式反應(yīng)釜I上層切向方向上的水合物飽和度。時(shí)域反射探針49引導(dǎo)傳輸過(guò)來(lái)的電磁波在盤(pán)式反應(yīng)釜I含水合物的沉積介質(zhì)中進(jìn)行傳播，通過(guò)TDR采集轉(zhuǎn)換器54獲得波形，從而得到介電常數(shù)，再根據(jù)介質(zhì)含水量與介電常數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)公式，獲得含水合物沉積介質(zhì)中的含水量，從而最終確定盤(pán)式反應(yīng)釜I中間層徑向和切向沉積物中含水量的變化以及水合物飽和度的變化；鉑電極53接入恒定電位，通過(guò)阻抗采集轉(zhuǎn)換器56可測(cè)得兩個(gè)鉑電極53之間的阻抗，通過(guò)阻抗變化可以監(jiān)測(cè)水合物生成過(guò)程和生成速率，結(jié)合溫度、壓力、沉積物孔隙度等參數(shù)計(jì)算出盤(pán)式反應(yīng)釜I下層水合物生成量以及飽和度；溫度傳感器50、壓力傳感器51、第一壓差計(jì)61、第二壓差計(jì)62可對(duì)水合物生成過(guò)程進(jìn)行溫度、壓力和壓差實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，判斷水合物是否反應(yīng)以及反應(yīng)程度，也可以通過(guò)熱力學(xué)方程計(jì)算出水合物反應(yīng)量，從而確定水合物飽和度。但是第一壓差計(jì)61、第二壓差計(jì)62最主要作用是測(cè)量含水合物沉積物的滲透率。通過(guò)聲學(xué)、TDR、電學(xué)和溫度壓力等測(cè)量計(jì)算可以得到各個(gè)腔體在軸向、徑向和切向水合物反應(yīng)分布和飽和度，以及盤(pán)式反應(yīng)釜I中水合物在沉積物中各向異性分布情況，可以理解海底二氧化碳水合物的形成分布規(guī)律。
[0050]更進(jìn)一步的，上述方法還包括:
[0051]步驟D、待水合物反應(yīng)結(jié)束后，采用蒸餾水進(jìn)行滲透率的測(cè)量；
[0052]首先關(guān)閉第十一閥門(mén)27、第二閥門(mén)19，使得盤(pán)式反應(yīng)釜I成為一個(gè)封閉系統(tǒng)，保證該封閉系統(tǒng)中的參數(shù)不變，然后緩慢打開(kāi)第三排出閥門(mén)42，緩慢地排出一部分二氧化碳飽和液使得盤(pán)式反應(yīng)釜內(nèi)壓力略高于相應(yīng)溫度下二氧化碳水合物的平衡壓力，且保證盤(pán)式反應(yīng)釜I內(nèi)溫度維持不變或者變化非常小，防止生成的二氧化碳水合物分解；然后將存儲(chǔ)罐4中的混合液更換為蒸餾水，更換完畢后，打開(kāi)第二氣瓶6，設(shè)置第一減壓穩(wěn)壓閥29、第一平流栗2、第二平流栗3與備壓閥門(mén)28的壓力相同且都等于盤(pán)式反應(yīng)釜I中的壓力，以保證盤(pán)式反應(yīng)釜I中的二氧化碳水合物不會(huì)發(fā)生分解；
[0053]同時(shí)，設(shè)置第一平流栗2、第二平流栗3的流速相同，然后打開(kāi)第十一閥門(mén)27、第二閥門(mén)19，啟動(dòng)第一平流栗2、第二平流栗3，開(kāi)始滲透率的測(cè)量；
[0054]待第一平流栗2、第二平流栗3蒸餾水流量穩(wěn)定，記錄各個(gè)反應(yīng)腔45的總進(jìn)管9與總出管12之間差壓計(jì)的壓差，然后利用達(dá)西定律和上述步驟C中計(jì)算得到的各個(gè)反應(yīng)腔45中水合物飽和度、盤(pán)式反應(yīng)爸中總的水合物飽和度，進(jìn)而計(jì)算各個(gè)反應(yīng)腔和盤(pán)式反應(yīng)爸中總的含水合物沉積物的滲透率。當(dāng)然該步驟也可以采用氣體代替水蒸氣進(jìn)行滲透率的測(cè)試，其區(qū)別在于采用氣體進(jìn)行滲透率測(cè)試，只是各個(gè)管路開(kāi)閉次序不同，進(jìn)而控制各個(gè)管路的關(guān)閉或連接，在此不再一一贅述。
[0055]在測(cè)試過(guò)程中，壓差計(jì)上對(duì)應(yīng)的電磁閥63的作用是當(dāng)差壓達(dá)到最大壓力差值時(shí)信號(hào)會(huì)自動(dòng)傳輸給電動(dòng)對(duì)應(yīng)電磁閥63，從而使電磁閥63自動(dòng)關(guān)閉，保護(hù)差壓傳感器。另外，可以通過(guò)合成不同飽和度和不同分布的水合物，測(cè)得相應(yīng)的滲透率，從而可以獲得飽和度和滲透率之間的關(guān)系，可以為二氧化碳水合物埋藏以及置換開(kāi)采等提供重要的數(shù)據(jù)。
[0056]本研究裝置還可以模擬靜態(tài)下的反應(yīng)，模擬靜態(tài)下的前兩個(gè)步驟與上述步驟A、步驟B相同，第三步時(shí)，待步驟B中的二氧化碳飽和之后，打開(kāi)第一閥門(mén)18、第十二閥門(mén)30，啟動(dòng)第一平流栗2與第二平流栗3，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定好第一恒溫水浴設(shè)備59啟動(dòng)，使得二氧化碳飽和液在系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)，待二氧化碳飽和液充滿整個(gè)系統(tǒng)后，關(guān)閉第四閥門(mén)21、第七閥門(mén)23，停止第一平流栗2與第二平流栗3，這樣盤(pán)式反應(yīng)釜I中就處于一個(gè)完全封閉的靜置狀態(tài)，這種狀態(tài)下的水合物反應(yīng)可以和前面動(dòng)態(tài)下的反應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，研究動(dòng)態(tài)環(huán)境和靜置環(huán)境中兩者反應(yīng)的差異，后面的兩個(gè)步驟與上述步驟C、步驟D相同。
[0057]本研究裝置除能進(jìn)行二氧化碳和蒸餾水在預(yù)先飽和之后再進(jìn)行循環(huán)或靜置反應(yīng)，也可用于傳統(tǒng)的間歇式或連續(xù)供氣水合物反應(yīng)研究。第一步與步驟A相同。第二步，待整個(gè)系統(tǒng)充滿蒸餾水后，停止啟動(dòng)第一平流栗2與第二平流栗3，打開(kāi)第一排出閥門(mén)38，將存儲(chǔ)罐4中的蒸餾水排放出來(lái)；關(guān)閉第十一閥門(mén)27、第十三閥門(mén)31，打開(kāi)第一氣瓶5，設(shè)置好第二減壓穩(wěn)壓閥33，氣體經(jīng)氣體流量計(jì)32、單向閥34、第十二閥門(mén)30，進(jìn)入存儲(chǔ)罐4，然后關(guān)閉第一閥門(mén)18、第三閥門(mén)20，打開(kāi)第五閥門(mén)64、第六閥門(mén)22，這樣氣流可以繞過(guò)第一平流栗2，進(jìn)入盤(pán)式反應(yīng)釜1，氣體經(jīng)第二閥門(mén)19、第五閥門(mén)64、第六閥門(mén)22、第四閥門(mén)21進(jìn)入盤(pán)式反應(yīng)釜I中的總進(jìn)管9，此時(shí)將與總進(jìn)管9相對(duì)應(yīng)的排污閥門(mén)36打開(kāi)，將總進(jìn)管9以及存儲(chǔ)罐4至總進(jìn)管9這段管路中的蒸餾水全部放出，排完蒸餾水后，關(guān)閉排污閥門(mén)36，這樣二氧化碳?xì)怏w就會(huì)充入盤(pán)式反應(yīng)釜I的總進(jìn)管9中，此時(shí)，盤(pán)式反應(yīng)釜I中的六個(gè)反應(yīng)腔45中只有純凈的蒸餾水，通過(guò)進(jìn)口使得二氧化碳?xì)怏w和蒸餾水進(jìn)行接觸，這樣可以研究在傳統(tǒng)的間歇式或連續(xù)供氣模式下水合物反應(yīng)。