武汉岩土所在天然气水合物沉积物制备方面取得进展

天然气水合物被认为是21世纪最具潜力的新能源，其巨大的能源储量吸引了国内外学者的广泛关注，目前室内模拟原位含水合物沉积物的制样方法依然没有得到有效解决。

原位土中经过长时间的地质作用，水合物的饱和度较高，由于甲烷气体的溶解度太低，水气界面的限制使水合物合成极其缓慢，在室内使用饱和法制备含水合物土时，很难合成和原位一样高饱和度的试样，但通过水合物粉混合法制样可解决该问题。然而传统制备纯水合物的方法只是通过机械搅拌水体形成气泡的方法增大气体与水的接触面积来合成水合物，但这种方法合成水合物的时间较长且制备效率低，合成后不易与土样混合制备土样。

中国科学院武汉岩土力学研究所韦昌富研究团队围绕该问题研制了气体水合物喷射合成装置（图1），该装置通过在高压低温的环境中喷射水雾，气体在与水雾接触后会快速合成水合物粉末。该装置主要解决了控制水压和气压的大小，控制水雾的粗细使喷出的水雾合成水合物的问题。在喷射合成水合物的过程中，研究人员可通过反应釜上的视窗观察水合物合成的过程。水合物制备过程耗时短，效率高，随用随制，为制备纯水合物提供了便利。

该研究使用合成的水合物粉制备含水合物土进行直剪试验，试验结果表明，与非饱和制样法相比，水合物粉混合法表现出明显的摩擦材料的特性（图2），相同水合物饱和度下，水合物粉混合法制备土样的强度低于非饱和法制备土样的强度。

相关研究成果发表于《岩土力学》。研究工作得到国家自然科学基金重点项目的资助。

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图1 水合物喷射合成装置及其水合物喷射过程

图2 不同赋存模式下含水合物土应力-应变关系曲线对比