專利名稱：一種天然氣水合物生成與分解測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種天然氣水合物(Natural Gas Hydrates，NGH)測(cè)試裝置，特別 是關(guān)于一種在海洋技術(shù)領(lǐng)域中一維填砂模型的天然氣水合物生成與分解測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
天然氣水合物是由天然氣和水分子組成的類冰狀的固態(tài)結(jié)晶體，天然氣主要由甲 烷組成，故也稱為甲烷水合物。因含大量的甲烷氣體而具有極強(qiáng)的燃燒力，可以直接燃燒， 所以又俗稱為“可燃冰”。天然氣水合物的能量密度很高，可以產(chǎn)生大量的甲烷氣體，而且天 然氣水合物的儲(chǔ)量非常豐富，燃燒天然氣水合物只產(chǎn)生二氧化碳和水，不會(huì)污染環(huán)境，是一 種難得的綠色潔凈能源。天然氣水合物作為一種潛在的能源具有廣闊的前景和發(fā)展空間， 對(duì)緩解人類面臨的能源枯竭危機(jī)具有舉足輕重的作用。目前，常用的檢測(cè)天然氣水合物的生成和分解的方法有光學(xué)方法、聲學(xué)方法和電 學(xué)方法等。例如，天然氣水合物在純水中的生成和分解可以根據(jù)光通率的變化進(jìn)行判斷，在 一定的壓力下降低溫度，水合物大量生成時(shí)光通率突然降低，此后慢慢升溫，水合物分解時(shí) 光通率又突然上升。但是為了模擬海洋天然氣水合物，需采用水、砂、甲烷等混合物，因其不 透明，光通率檢測(cè)方法就無能為力了。其它的檢測(cè)方法，如超聲檢測(cè)方法、時(shí)域反射(TDR) 技術(shù)和成像(CT)技術(shù)等，也可以直觀、準(zhǔn)確、定量觀察和計(jì)算天然氣水合物的生成和分解。 但是這些測(cè)試方法設(shè)計(jì)復(fù)雜、成本較高，而且無法滿足要反應(yīng)出天然氣水合物生成時(shí)的晶 核形成及生長過程的要求，也不能較精確的檢測(cè)天然氣水合物生成、分解時(shí)的基礎(chǔ)物性變 化情況。電阻法測(cè)定沉積物中生成的小體積水合物已經(jīng)成功地運(yùn)用到C02_水-沉積物體 系中。但電阻法不能用于甲烷_純水_沉積物體系，因?yàn)殡娮璺ㄊ腔谌芤褐须x子含量的 變化而引起導(dǎo)電率變化，而甲烷在水溶液中很難電離，離子變化太少因此難以測(cè)定。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種能監(jiān)測(cè)天然氣水合物合成量大小及 其在合成與分解時(shí)基礎(chǔ)物性參數(shù)變化情況，并能反應(yīng)出天然氣水合物生成時(shí)晶核形成及生 長過程的天然氣水合物生成與分解測(cè)試裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案一種天然氣水合物生成與分解 測(cè)試裝置，其特征在于它包括一供液模塊和一供氣模塊，所述供液模塊和供氣模塊通過 管路分別連接一天然氣水合物的生成與開采模擬模塊的兩個(gè)進(jìn)口，所述生成與開采模擬模 塊設(shè)置在一環(huán)境模擬模塊內(nèi)，所述生成與開采模擬模塊的出口通過一回壓控制模塊連接一 計(jì)量模塊，所述計(jì)量模塊、生成與開采模擬模塊、供氣模塊和供液模塊連接到一數(shù)據(jù)采集模 塊。所述生成與開采模擬模塊包括一個(gè)一維填砂電阻率模型管，所述模型管的一端設(shè) 置有一端蓋，所述端蓋上設(shè)置有一進(jìn)液管和一進(jìn)氣管，所述模型管的另一端設(shè)置有一出口管，所述模型管的管壁上間隔設(shè)置有一個(gè)以上壓力傳感器、一個(gè)以上熱電偶和一個(gè)以上的 電極。所述模型管為不銹鋼梯度實(shí)驗(yàn)管。所述環(huán)境模擬模塊為一環(huán)境恒溫箱，用于調(diào)整所述生成與開采模擬模塊的環(huán)境溫度。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型由于采用了 一維填砂電阻率模型管，該模型管為不銹鋼梯度實(shí)驗(yàn)管，并在模型管的管壁上橫向設(shè)置有 一個(gè)以上壓力傳感器和一個(gè)以上熱電偶，模型管的管壁軸向間隔設(shè)置有一個(gè)以上的電極， 各壓力傳感器、熱電偶和電極對(duì)模型管內(nèi)天然氣水合物生成和分解過程中在各個(gè)部位時(shí)的 壓力、溫度和電阻率的變化進(jìn)行測(cè)量，并將各測(cè)試點(diǎn)的數(shù)值傳送到數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)，因此實(shí) 現(xiàn)了監(jiān)測(cè)天然氣水合物合成量大小，以及其基礎(chǔ)物性參數(shù)變化情況。2、本實(shí)用新型由于采 用了將天然氣水合物生成與開采模擬模塊設(shè)置在環(huán)境模擬模塊內(nèi)，由環(huán)境模擬模塊對(duì)天然 氣水合物生成與開采模擬模塊中的模型管內(nèi)壓力和溫度進(jìn)行控制，使天然氣水合物的生成 和分解能有效地控制，并且由各熱電偶、壓力傳感器和電極對(duì)模型管內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，并將各測(cè) 試點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊，因此實(shí)現(xiàn)了有效地分析天然氣水合物的生成和分解過程 及其均勻程度，且反應(yīng)出天然氣水合物生成時(shí)的晶核形成及生長的過程。3、本實(shí)用新型由 于還設(shè)置了計(jì)量模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，使得天然氣水合物分解后產(chǎn)生的水和甲烷氣體流入 計(jì)量模塊后進(jìn)行計(jì)量，并且將計(jì)量數(shù)據(jù)和各測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊中進(jìn)行記錄 存儲(chǔ)，因此進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)天然氣水合物在合成與分解時(shí)其基礎(chǔ)物性參數(shù)變化情況的監(jiān) 測(cè)。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于天然氣水合物的生成和分解的各種檢測(cè)領(lǐng)域中。

圖1是本實(shí)用新型的天然氣水合物合成和開采模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖圖2是本實(shí)用新型的一維填砂電阻率測(cè)試模型管結(jié)構(gòu)示意圖圖3是圖2的剖面圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。本實(shí)用新型方法包括以下步驟1)向一維填砂電阻率模型管內(nèi)填滿砂粒，蓋上端蓋，檢查模型管的密封性，然后將 模型管放入一恒溫箱內(nèi)；2)向模型管注入水和甲烷氣體，由恒溫箱保持恒溫狀態(tài)，使天然氣水合物逐漸生 成，并由設(shè)置在模型管管壁上的熱電偶、壓力傳感器和電極，分別檢測(cè)模型管內(nèi)的溫度、壓 力和電阻率隨時(shí)間的變化值，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粩?shù)據(jù)采集模塊中記錄存儲(chǔ)；3)天然氣水合物分解時(shí)，模型管通過一回壓控制模塊，使模型管打開，模型管內(nèi)的 壓力緩慢降低，天然氣水合物開始逐漸分解；或者向模型管內(nèi)注入熱水，使天然氣水合物逐 漸分解；4)將天然氣水合物分解后產(chǎn)生的水和甲烷氣體通過一計(jì)量模塊進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量后 的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊中，同時(shí)在分解過程中，由熱電偶、壓力傳感器和電極檢測(cè)模型管內(nèi)的壓力、溫度和電阻率隨時(shí)間的變化值，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊中進(jìn)行記錄存儲(chǔ)。如圖1所示，本實(shí)用新型的測(cè)試裝置包括一供液模塊1、一供氣模塊2、一環(huán)境模擬 模塊3、一天然氣水合物生成與開采模擬模塊4、一回壓控制模塊5、一計(jì)量模塊6和一數(shù)據(jù) 采集模塊7。供液模塊1和供氣模塊2通過管路連接設(shè)置在環(huán)境模擬模塊3內(nèi)的天然氣水 合物生成與開采模擬模塊4的兩進(jìn)口，天然氣水合物生成與開采模擬模塊4的出口通過回 壓控制模塊5連接計(jì)量模塊6，計(jì)量模塊6、天然氣水合物生成與開采模擬模塊4、供氣模塊 2和供液模塊1連接到數(shù)據(jù)采集模塊7。其中，環(huán)境模擬模塊3為一環(huán)境恒溫箱，用于調(diào)整 天然氣水合物生成與開采模擬模塊4的環(huán)境溫度，以模擬海洋底部的溫度環(huán)境。如圖2、圖3所示，本實(shí)用新型的天然氣水合物生成與開采模擬模塊4包括一長筒 型的一維填砂電阻率模型管41，模型管41為不銹鋼梯度實(shí)驗(yàn)管。模型管41的一端設(shè)置有 一端蓋42，在端蓋上設(shè)置有一進(jìn)液管43，進(jìn)液管43穿出模型管41管壁與供液模塊1連接， 與進(jìn)液管43還并列設(shè)置有一進(jìn)氣管44，進(jìn)氣管44與供氣模塊2連接。模型管41的另一端 設(shè)置有一出口管45。在模型管41的管壁上間隔設(shè)置有一個(gè)以上用于檢測(cè)管內(nèi)壓力的壓力 傳感器46、一個(gè)以上用于檢測(cè)管內(nèi)溫度的熱電偶47和一個(gè)以上的電極48，各電極48插入 模型管41中，并組成一個(gè)電極系。各壓力傳感器46、熱電偶47和電極48對(duì)模型管41內(nèi)天 然氣水合物生成和分解過程中在各個(gè)部位時(shí)的壓力、溫度和電阻率的變化進(jìn)行測(cè)量，并將 測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集模塊7，分析天然氣水合物的生成過程及其均勻程度，反應(yīng)出天然 氣水合物生成時(shí)的晶核形成及生長的過程。綜上所述，本實(shí)用新型利用電解質(zhì)溶液代替純水，由于電解質(zhì)溶液具有導(dǎo)電性，因 此可以使電阻法探測(cè)應(yīng)用到甲烷-水-沉積物體系。并且水合物的生成是一個(gè)排鹽的過程， 當(dāng)甲烷水合物生成時(shí)，要吸收一部分純水，使電解質(zhì)溶液濃度增大，導(dǎo)電率增加，電阻減小， 所以通過本實(shí)用新型的電阻率測(cè)試方法可以準(zhǔn)確、快速地反映實(shí)驗(yàn)過程中天然氣水合物的 生成和分解情況以及均勻程度，還可以進(jìn)一步建立電阻率與天然氣水合物飽和度的關(guān)系， 從而為今后天然氣水合物的實(shí)驗(yàn)研究提供一種新的方法和技術(shù)。上述各實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，凡是基于本實(shí) 用新型技術(shù)方案上的變化和改進(jìn)，不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求一種天然氣水合物生成與分解測(cè)試裝置，其特征在于它包括一供液模塊和一供氣模塊，所述供液模塊和供氣模塊通過管路分別連接一天然氣水合物的生成與開采模擬模塊的兩個(gè)進(jìn)口，所述生成與開采模擬模塊設(shè)置在一環(huán)境模擬模塊內(nèi)，所述生成與開采模擬模塊的出口通過一回壓控制模塊連接一計(jì)量模塊，所述計(jì)量模塊、生成與開采模擬模塊、供氣模塊和供液模塊連接到一數(shù)據(jù)采集模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種天然氣水合物生成與分解測(cè)試裝置，其特征在于所述生 成與開采模擬模塊包括一個(gè)一維填砂電阻率模型管，所述模型管的一端設(shè)置有一端蓋，所 述端蓋上設(shè)置有一進(jìn)液管和一進(jìn)氣管，所述模型管的另一端設(shè)置有一出口管，所述模型管 的管壁上間隔設(shè)置有一個(gè)以上壓力傳感器、一個(gè)以上熱電偶和一個(gè)以上的電極。
3.如權(quán)利要求2所述的一種天然氣水合物生成與分解測(cè)試裝置，其特征在于所述模 型管為不銹鋼梯度實(shí)驗(yàn)管。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種天然氣水合物生成與分解測(cè)試裝置，其特征在于 所述環(huán)境模擬模塊為一環(huán)境恒溫箱，用于調(diào)整所述生成與開采模擬模塊的環(huán)境溫度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種天然氣水合物生成與分解測(cè)試裝置，它包括一供液模塊和一供氣模塊，供液模塊和供氣模塊通過管路分別連接一天然氣水合物的生成與開采模擬模塊的兩個(gè)進(jìn)口，生成與開采模擬模塊設(shè)置在一環(huán)境模擬模塊內(nèi)，生成與開采模擬模塊的出口通過一回壓控制模塊連接一計(jì)量模塊，計(jì)量模塊、生成與開采模擬模塊、供氣模塊和供液模塊連接到一數(shù)據(jù)采集模塊。本實(shí)用新型采用在模型管管壁上設(shè)置有多個(gè)壓力傳感器、熱電偶和電極，各壓力傳感器、熱電偶和電極對(duì)模型管內(nèi)天然氣水合物生成和分解過程進(jìn)行測(cè)量，并將各測(cè)試點(diǎn)數(shù)值送到數(shù)據(jù)采集模塊，因此實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)天然氣水合物合成量大小，及其基礎(chǔ)物性參數(shù)變化情況。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于天然氣水合物的生成和分解的各種檢測(cè)領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)G01N27/04GK201583517SQ20092027795
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者周建良, 喻西崇, 姚海元, 朱振寧, 李淑霞, 李清平, 王志君, 白玉湖, 陳月明 申請(qǐng)人:中國海洋石油總公司;中海石油研究中心;中國石油大學(xué)(華東)