CN102042995A

CN102042995A - 天然气水合物热物理特性模拟实验装置

Info

Publication number: CN102042995A
Application number: CN 201010222093
Authority: CN
Inventors: 业渝光; 刁少波; 陈强; 刘昌岭; 张剑; 程军
Original assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Current assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种天然气水合物热物理特性模拟实验装置。本发明的天然气水合物热物理特性模拟实验装置，包括搅拌釜、反应釜、供气装置、数据采集器、时域反射仪、热脉冲发射系统，搅拌釜、反应釜皆设置在恒温箱内，搅拌釜、反应釜分别通过供气管道与供气装置连接，搅拌釜与反应釜之间通过管道连通；反应釜内设有时域反射探针，时域反射探针分别与数据采集器、时域反射仪、热脉冲发射系统连接。本实验装置实用、方便和安全，在实际工作中根据需要，可同时进行交叉热线法和平行热线法测量热物理参数，并且同时利用时域反射技术探测。

Description

天然气水合物热物理特性模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种天然气水合物热物理特性模拟实验装置。

背景技术

水合物热物理特性作为水合物勘探、开发、储运等环节的重要基础性数据资料，一直以来由于其样品保存要求高，组分复杂并存在一定的各项异性等因素，研究进展非常缓慢。获取天然气水合物热物理性质参数主要通过实地测量和测试实验室合成水合物两种方式。实地测量是对海洋中取得的水合物样品或含水合物沉积物在船上或实验室进行测量，由于实地测量费钱费时，且实地提取的水合物标本组分复杂，不易测量。因此实地测量水合物导热率方面所做的工作很少，仅在ODP164航次几个站位进行过此类工作。仅就获取和掌握水合物热物理特性这类基础性数据资料而言，实验室合成不仅花费资金少、风险低，而且更具理论价值。

因天然气水合物样品的保存要求是低温高压条件，水合物样品生成饱和度难以控制，从而导致组分复杂并存在一定程度的各项异性等因素，水合物热物理性质测量方面的研究进展缓慢，国内外相关报道较少。为此，希望通过开展本项模拟实验研究，在水合物热物理特性领域中进行有益的探索，取得更多的实测数据和资料。

国外水合物热物理特性测试工作起步较早：美国的里摩恩地质观察台和哥伦比亚大学、原苏联科学院西伯利亚分院雅库特研究中心的北方物理技术问题研究所都曾进行过天然气水合物热物理特性的研究工作。测量水合物导热率值一般分为稳态和瞬态两种方法。Stoll采用非稳态方法测得丙烷水合物的导热率和甲烷水合物导热率。Waite等测试了不同压力下(0～30Mp)不同比例的石英砂松散沉积物和水合物混合物导热率，得到含1/3水合物，2/3石英砂的反应体系热导率为0.9～1.15W/(m.K)；含2/3水合物，1/3石英砂的反应体系热导率为0.82～0.89W/(m.K)，纯甲烷水合物导热率为0.3～0.38W/(m.K)。国内黄犊子等采用平板法在250K，常压下进行了制冷剂HCFC-141b和CFC-11水合物的导热率研究，实验值在0.5W/(m.K)上下波动。彭浩等用同样的方法测定常压下四氢呋喃(THF)导热率范围在0.45～0.54W/(m.K)之间。但现有的方法或装置通常较为复杂，测量精度不高。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种天然气水合物热物理特性模拟实验装置，其结构简单，实验效果好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括搅拌釜、反应釜、供气装置、数据采集器、时域反射仪、热脉冲发射系统，搅拌釜、反应釜皆设置在恒温箱内，搅拌釜、反应釜分别通过供气管道与供气装置连接，搅拌釜与反应釜之间通过管道连通；反应釜内设有时域反射探针，时域反射探针分别与数据采集器、时域反射仪、热脉冲发射系统连接。

本工作是在天然气水合物模拟实验中，应用热脉冲-TDR技术测量天然气水合物热物理参数。利用同轴型时域反射探针方法结合双棒热探针技术，既可探测天然气水合物生成的饱和度，又可进行单-双棒热脉冲的热物理参数测量。同轴型时域反射探针能较为准确的测量出天然气水合物生成的饱和度，单-双热脉冲技术可以相互对比并得出较为可靠和准确的实验数据。不仅具有重要的学术意义，更为我国天然气水合物开发利用提供实际指导意义。

供气管道连接压力防暴器。供气管道上设有压力传感器，压力传感器用于监测水合物生成过程中釜内的压力。

供气管道上设有阀门。供气装置包括真空泵、高压气瓶，真空泵、高压气瓶分别连接供气管道。

搅拌釜底端设有磁力搅拌仪，搅拌仪进行气水混合搅拌。

恒温箱控制模拟实验中反应釜的温度条件。探测系统主要由同轴型时域反射探针、时域反射仪(TDR100)和数据采集器(CR1000)组成，同轴型时域反射探针用于测量天然气水合物的热物理参数、监测高压釜内的温度变化和天然气水合物生成的饱和度。反应釜设计的极限压力为10Mpa，具有进气口、压力传感器和九针接口，九针接口用于同轴型时域反射探针与时域反射仪、数据采集器的连接。

反应釜内部的内筒是最核心的部件，内筒为工程塑料制作，筒内是同轴型时域反射探针。同轴型时域反射探针是根据同轴型时域反射探针结合热脉冲探针而设计的，外针为特殊金属制作的圆筒，内部为两根装有温度传感器和电加热丝的细金属棒(Φ1mm)。中心的热脉冲探针，既是时域反射内探针，又是热脉冲探针，可同时进行交叉热线法和平行线法测量热物理参数。

内针的制作：用直径1.0mm、长110mm的不锈钢管作为探针材料(插入反应体系内部的长度是100mm)。将阻抗1141Ω/m，直径0.075mm的加热丝折四折置入加热探针内作为线性热源；将E型热偶丝放入测试探针的中点位置，作为温度探头；不锈钢管内注入OMEGA工业用导热胶增加探针导热性能，制成高压系统内时域反射和热脉冲技术探针。

本实验装置实用、方便和安全，在实际工作中根据需要，可同时进行交叉热线法和平行热线法测量热物理参数，并且同时利用时域反射技术探测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本装置做详细描述：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

本装置包括搅拌釜1、反应釜2、供气装置、数据采集器3、时域反射仪4、热脉冲发射系统5，搅拌釜1、反应釜2皆设置在恒温箱6内，搅拌釜1、反应釜2分别通过供气管道7与供气装置连接，搅拌釜1与反应釜2之间通过管道连通；反应釜2内设有时域反射探针8，时域反射探针8分别与数据采集器3、时域反射仪4、热脉冲发射系统5连接。

供气管道7连接压力防暴器9，供气管道7上设有压力传感器10，供气管道7上设有阀门11。供气装置包括真空泵12、高压气瓶13，真空泵12、高压气瓶13分别连接供气管道7。搅拌釜1底端设有磁力搅拌仪14。

如图1所示，反应釜内有一能方便取出的内筒15，内筒15由耐压的工程塑料加工制作而成。沉积物岩芯放入到内筒15的时域反射探针8，保证沉积物岩芯与时域反射探针8紧密接触。将时域反射探针8与九针接头连接，观看时域反射探针8信号、测量的温度和加热脉冲温度变化。侧面有进气口将天然气送入反应釜2。推入装有九针接头的密封盖，然后旋紧上盖。

时域反射探测信号经RS232接口直接进入计算机内进行数据存贮。通过程序控制热脉冲的加热时间和时间间隔。把盛有沉积物岩芯的反应釜2放入恒温箱6中，采用风冷系统制冷。在水合物的生成条件下，沉积物岩芯中逐渐生成天然气水合物。通过压力传感器10，在计算机上可监测反应釜2及沉积物岩芯的压力。根据模拟实验的温、压条件，选择合适的热脉冲的加热时间和时间间隔，进行热物理参数的测量。本发明装置实现热脉冲与时域反射两种先进技术同时探测。

当使用时，其具体步骤为：

(1)把沉积物岩芯放入内筒15内；

(2)将内筒15放入反应釜2中，将时域反射探针8与九针接头连接，安装好各种探测装置；

(3)整个系统抽真空后，加入一定压力的气体至反应釜2中；

(4)启动降温系统，使水合物生成；

(5)探测、记录各种参数；

(6)当水合物达到一定的饱和度后，启动热脉冲测量。

Claims

1.一种天然气水合物热物理特性模拟实验装置，其特征在于，包括搅拌釜、反应釜、供气装置、数据采集器、时域反射仪、热脉冲发射系统，搅拌釜、反应釜皆设置在恒温箱内，搅拌釜、反应釜分别通过供气管道与供气装置连接，搅拌釜与反应釜之间通过管道连通；反应釜内设有时域反射探针，时域反射探针分别与数据采集器、时域反射仪、热脉冲发射系统连接。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物热物理特性模拟实验装置，其特征在于，供气管道连接压力防暴器。

3.根据权利要求2所述的天然气水合物热物理特性模拟实验装置，其特征在于，供气管道上设有压力传感器。

4.根据权利要求3所述的天然气水合物热物理特性模拟实验装置，其特征在于，供气管道上设有阀门。

5.根据权利要求1所述的天然气水合物热物理特性模拟实验装置，其特征在于，供气装置包括真空泵、高压气瓶，真空泵、高压气瓶分别连接供气管道。

6.根据权利要求1所述的天然气水合物热物理特性模拟实验装置，其特征在于，搅拌釜底端设有磁力搅拌仪。