CN104088611B - 一种co2置换和降压联合开采水合物的压力容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器，包括釜体、与釜体内壁密封配合且能上下移动的活塞、连接设置于釜体顶部的釜盖，支撑设置于釜体底部的支架，所述釜盖上设置有可接至釜体内腔的压力检测接口、气体进出口、温度检测接口，所述釜体内腔靠近釜盖的一端装有微孔过滤片，所述活塞上设置温度传感器和单向阀。本发明结构简单，操作方便，便于研究，其不仅可以在容器内合成天然气水合物，还可以将未反应的气体等压排出，避免水合物分解，并可以对水合物进行压片，实现了CO₂置换和降压联合开采水合物及二氧化碳驱替开采甲烷水合物的直观测定。

Description

一种 CO 2 置换和降压联合开采水合物的压力容器

技术领域

本发明涉及天然气水合物实验研究设备，具体涉及一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器。

背景技术

天然气水合物广泛的存在于深海海底及冻土区，据估计，全球深度在2000m以内的岩石圈浅部所含的天然气水合物的量，相当于已探明的常规矿物燃料总和的2倍。因此，天然气水合物的开采也备受关注。越来越多的研究者在实验室模拟开采天然气水合物。

目前，模拟开采天然气水合物的压力容器按体积是否可变可分为固定容积和可变容积压力容器。固定容积的压力容器主要包括筒体，筒体上开有气液进出口、温度传感器连接口，如专利号为CN 101761326 A “一种二氧化碳置换开采天然气水合物模拟方法及实验装置”中提到的反应釜，该釜包括筒体，筒体前后端部上分别套有前法兰和后法兰形成密封的模拟腔，并在筒体上开有气液进出口。

可变容积压力容器主要包括筒体、活塞，筒体上开有气液进气口，根据筒体和活塞的结构可以控制压力容器可变体积的范围，有的压力容器活塞在压力容器内上下运动，有的在压力容器内进行往复运动。目前用于开采天然气水合物的压力容器多为固定体积的，其虽然结构简单，但仍有一些缺陷，如在合成水合物后，多余的气体不能等压排出，导致部分水合物分解，影响进一步的反应，尤其在CO₂置换开采天然气水合物的方法中。现有用于水合物合成及开采的可变体积釜一般较少且结构复杂。

针对以上所述开采天然气水合物的压力容器的缺点及实际实验的需要，本发明提供了一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器，结构简单，操作方便，便于研究。

发明内容

针对上述技术问题， 本发明设计了一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器，其特征在于，包括釜体、与釜体内壁密封配合且能上下移动的活塞、连接设置于釜体顶部的釜盖，支撑设置于釜体底部的支架，所述釜盖上设置有可接至釜体内腔的压力检测接口、气体进出口、温度检测接口，所述釜体内腔靠近釜盖的一端装有微孔过滤片，所述活塞上设置温度传感器和单向阀，所述单向阀的输入端依次连接硬质管线和延伸至釜体外的高压软管，所述硬质管线的外壁与设置于釜体底部的CO₂进气口的内壁滑动配合且始终保持密封，所述温度传感器一端固定在活塞下端面上，随活塞来回运动，另一端连接有耐压套管，所述温度传感器的信号传输线设置在耐压套管内，所述耐压套管与设置于釜体底部的套管接口的内壁滑动配合且始终保持密封，所述釜体底部的侧壁上还设置有注液口，所述活塞与釜体之间运动密封，用液体推动活塞向上运动，气体推动活塞向下运动。

进一步地，所述釜盖和釜体通过螺纹或法兰相连接，便于安装、拆卸及维护。

进一步地，所述微孔过滤片的孔径为10 um～90um，这样可以实现减压时压力的均匀分布，且压缩时水合物颗粒不会透过微孔，若超出孔径范围水合物颗粒透过微孔，达不到本设计的目的。

本发明对比现有天然气水合物开采的压力容器具有以下创新点：

1、能够在压力容器内合成水合物并将水合物合成后多余气体等压排出，防止生成水合物分解。

2、能够将合成的水合物在釜内压片，操作方便， 成本低。

3、可以在水合物片一侧通CO₂气体，另一侧进行降压，实现CO₂置换和降压联合开采水合物。

4、能够实现二氧化碳驱替开采甲烷水合物的直观测定，便于研究。

附图说明

图1为本发明一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器的结构示意图。

图中所示为：压力检测接口1，气体进出口2，温度检测接口3，微孔过滤器4，单向阀5，活塞6，釜体 7，温度传感器8，耐压套管9，CO₂进气口10，注液口11，高压软管12，信号传输线13，支架14, 釜盖15，硬质管线16，套管接口17。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器，包括釜体7、与釜体7内壁密封配合且能上下移动的活塞6、连接设置于釜体7顶部的釜盖15，支撑设置于釜体7底部的支架14，所述釜盖15上设置有可接至釜体7内腔的压力检测接口1、气体进出口2、温度检测接口3，所述釜体7内腔靠近釜盖15的一端装有微孔过滤片4，所述微孔过滤片4的孔径为10 um～90um，本实施例的孔径为10 um，也可能根据需要采用孔径为40 um或90um的微孔过滤片4，实现了减压时压力的均匀分布，且压缩时水合物颗粒不会透过微孔，所述活塞6上设置温度传感器8和单向阀5，所述单向阀5的输入端依次连接硬质管线16和延伸至釜体7的高压软管12，所述硬质管线16的外壁与设置于釜体7底部的CO₂进气口10的内壁滑动配合且始终保持密封，所述温度传感器8一端固定在活塞6上，随活塞来回运动，另一端连接有耐压套管9，所述温度传感器8的信号传输线13设置在耐压套管9内，保护信号传输线不受破坏，所述耐压套管9与设置于釜体7底部的套管接口17的内壁滑动配合且始终保持密封，所述釜体7底部的侧壁上还设置有注液口11，所述活塞与釜体之间运动密封，用液体推动活塞向上运动，气体推动活塞向下运动。

所述压力检测接口1、气体进出口2、温度检测接口3上设置有温度传感器或压力传感器，方便实时监测和控制相关的温度和压力。

所述釜盖15和釜体7通过螺纹或法兰相连接，本实施例采用螺纹连接的方式，便于安装、拆卸及维护。

本实施例提供的CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器，其操作过程如下：

水合物生成过程：将活塞6置于釜体7内腔的最底部，打开釜盖15，将一定量的十二烷基硫酸钠溶液加入釜体7内腔，盖上釜盖15，关闭压力检测接口1、温度检测接口3，打开气体进出口2，抽真空，通过气体进出口2充入CH₄气体压力至4Mpa～12Mpa后，关闭气体进出口2，调节环境温度至反应温度位1～10℃，反应时间为1h～100h，直至水合物完全生成；

等压排气过程：水合物生成之后，通过注液口11将一定浓度的盐水注入釜体7内腔，推动活塞6上移；同时，打开气体进出口2，将未反应的多余CH₄气体等压排除；

水合物压片：排出未反应的CH₄气体后，关闭气体进出口2，通过注液口11继续注入盐水，进一步推动活塞6上移，使生成的水合物压缩成片，然后关闭注液口11；

充CO₂气体： 将CO₂气体通过CO₂进气口10处的高压软管12、硬质管线16及活塞6上的单向阀5充入位于活塞6上方的釜体 7内腔中，同时将注液口11打开(只是打开，不注入液体，便于冲入CO₂，充CO₂至反应压力为1 MPa～4MPa。

降压：充入CO₂之后，打开气体进出口2，在水合物片另一侧进行降压。

开采天然气水合物：在实验的条件下，反应时间为70 h ~200h，反应完全之后将水合物完全分解。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器，其特征在于，包括釜体（7）、与釜体（7）内壁密封配合且能上下移动的活塞（6）、连接设置于釜体（7）顶部的釜盖(15)，支撑设置于釜体（7）底部的支架（14），所述釜盖(15)上设置有可接至釜体（7）内腔的压力检测接口（1）、气体进出口（2）、温度检测接口（3），所述釜体（7）内腔靠近釜盖(15)的一端装有微孔过滤片（4），所述活塞（6）上设置温度传感器（8）和单向阀（5），所述单向阀（5）的输入端依次连接硬质管线（16）和延伸至釜体（7）外的高压软管（12），所述硬质管线（16）的外壁与设置于釜体（7）底部的CO₂进气口（10）的内壁滑动配合且始终保持密封，所述温度传感器（8）一端固定在活塞（6）下端面上，随活塞来回运动，另一端连接有耐压套管（9），所述温度传感器（8）的信号传输线（13）设置在耐压套管（9）内，所述耐压套管（9）与设置于釜体（7）底部的套管接口（17）的内壁滑动配合且始终保持密封，所述釜体（7）底部的侧壁上还设置有注液口（11）。

2.根据权利要求1所述的一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器，其特征在于，所述釜盖(15)和釜体（7）通过螺纹或法兰相连接。

3.根据权利要求1所述的一种CO₂置换和降压联合开采水合物的压力容器，其特征在于，所述微孔过滤片（4）的孔径为10 um～90um。