㈠ 沉積物中水合物分解率的實驗測定
要想開發利用天然氣水合物資源，如何高效地將蘊藏於沉積物中的天然氣水合物進行分解是關鍵。研究水合物的分解機理以及水合物藏中的多相流動機制等是安全、高效地開采天然氣水合物的前提條件。
圖75.14是一種水合物分解率模擬實驗的裝置，該裝置由3套獨立的分解系統組成，可以使用相同的溫度，不同的壓力條件平行合成、分解3個水合物樣品。反應釜由不銹鋼製成，內筒直徑30mm、高50mm，最大可承受30MPa壓力。反應釜底部裝有一直立的Pt100熱電阻溫度計，用來監測釜內溫度。反應釜放置在水浴箱中，水浴箱可控溫度范圍-10～100℃，控溫精度0.1℃。壓力感測器安裝在反應釜頂部分解氣調壓閥之前，最大工作壓力30MPa，精度0.01%。水合物分解時的恆壓狀態通過分解氣輸出管路上的4個調壓閥來實現。其中前3個為手動調壓閥，第4個為感應式自動調壓閥。自動調壓閥由調壓閥、旋轉電機、數據控制器等組成。其工作原理是壓力感測器向計算機實時傳送釜內壓力信號，當反應釜內壓力異於實驗設定值，計算機會啟動旋轉電機工作，通過電機控制調壓閥的開關程度，達到穩壓的目的。在調壓閥之後裝有質量流量計，用來監測分解氣體的順時流速和累計流量。
圖75.14 天然氣水合物分解率模擬實驗裝置
實驗技術與方法
多孔介質是將天然海底沉積物烘乾後過篩，分選出不同粒徑的樣品。採用去離子水或海水，製成 0.03%的十二烷基硫酸鈉 (sodium dodecyl sulfate，簡稱 SDS) 溶液以加快反應速度。
整個實驗過程包括兩個部分: 甲烷水合物的人工合成和使用不同的條件監測水合物分解。水合物合成後，其分解採用兩種方法:
1) 等體積變溫分解。當水合物生成後，停止向反應釜通入高壓甲烷氣體，關閉恆溫水浴使反應釜溫度自然上升。當釜內溫壓條件超過水合物穩定存在的相平衡點之後，水合物分解反應逐漸進行。記錄此過程中反應釜內溫度和壓力增長曲線，計算分解反應速率。
2) 恆定壓力分解法。當水合物生成後，設定分解實驗所需溫度。通過向外排氣，使反應釜壓力降低至平衡壓力之上約 0.5MPa，然後使用計算機控制調壓閥開度使反應釜內壓力保持在實驗設定值，同時記錄分解過程中的氣體瞬時流速、累計流量等數據 (陳強等，2008) 。
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本章編寫人:劉昌嶺、業渝光(青島海洋地質研究所)。