CN108775920A - 一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法，浆体注入管下方设置有上连接管，上连接管的下方设置有上连接法兰，上连接法兰下方设置有上电动阀门，上电动阀门下方设置有上筒体连接法兰，上筒体连接法兰下方设置有有机透明玻璃管，有机透明玻璃管外侧壁上套有金属保护筒体，金属保护筒体中部设置有可视窗口，可视窗口的正前方设置有摄像机，有机透明玻璃的下端设置有下筒体连接法兰，下连接法兰的中部下方设置有下连接管，下连接管的下方设置有浆体回收管。本发明的有益效果是：能够全自动化在线精确测定管道内天然气水合物浆体在设定压力、温度及流速条件下的气、液、固各相相含量。

Description

一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法

技术领域

本发明涉及一种在海洋天然气水合物固态流化开采模拟实验过程，特别是一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法。

背景技术

天然气水合物是由水和天然气在高压、低温环境下生成的非化学计量性笼状晶体，是一种高密度、高热值的非常规能源，水合物主要分布在陆地永久冻土区和海洋深水环境，总量达到7.6×10¹⁸ m³，碳含量相当于全球已探明化石能源（包括煤、石油和常规天然气等）含碳总量的 2 倍，其中海洋天然气水合资源量约为陆地冻土带资源量的一百倍，海洋天然气水合物的开采备受关注，天然气水合物被普遍认为将是21世纪最有潜力的接替能源，同时也是目前尚未开发的储量最大的一种新能源。

目前天然气水合物开采方式包括降压法、注热法、注化学试剂法及固态流化开采方法等，其中，固态流化开采是有望解决世界海洋浅层非成岩水合物合理开发科技创新前沿领域和革命性技术之一。固态流化开采的技术思路是：利用水合物在海底温度和压力相对稳定的条件下，采用采掘装置以固态形式开发水合物矿体，将含有水合物的沉积物粉碎成细小颗粒后，再与海水混合，采用封闭管道输送至海洋平台，尔后将其在海上平台进行后期处理和加工。随着天然气水合物固态流化开采相关研究地深入，与之配套实验装置的研发显得尤为重要。在固态流化开采模拟实验过程中，天然气水合物浆体在管道流动过程中随着温度、压力的改变导致水合物浆体的相含量随之发生改变，因此，在固态流化开采模拟实验过程中，在线监测天然气水合物浆体的相含量是研究天然气水合物浆体相态变化、浆体内水合物颗粒分解速率等与流动速度、温度、压力之间的关系的重要手段，但现有装置中暂无有效在线监测含气、液、固（大颗粒）三相的相态变化的装置。迫切需要本发明通过在线取样的方式对管道内各种介质的相含量进行精准测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法，包括浆体注入管道、上连接管、上连接法兰、上电动阀门、上筒体连接法兰、有机透明玻璃管、下筒体连接法兰、下电动阀门、下连接法兰、下连接管、浆体回收管线、摄像机、计算机、控制电柜、压力变送器和温度变送器，浆体注入管下方设置有上连接管且浆体注入管与上连接管呈90度夹角，上连接管的下方设置有上连接法兰，上连接法兰下方设置有上电动阀门，上连接法兰通过螺栓a与上电动阀门的顶部连接，上电动阀门下方设置有上筒体连接法兰，上筒体连接法兰通过螺栓b与上电动阀门的底部连接，上筒体连接法兰下方设置有有机透明玻璃管，有机透明玻璃管外侧壁上套有金属保护筒体，金属保护筒体中部设置有可视窗口，可视窗口的正前方设置有摄像机，摄像机通过摄像机与计算机连接线与计算机连接，有机透明玻璃的下端设置有下筒体连接法兰，下筒体连接法兰的底部通过螺栓c与下电动阀门的顶部连接，下电动阀门通过螺栓d与下连接法兰顶部相连，下连接法兰的中部下方设置有下连接管，下连接管的下方设置有浆体回收管，且浆体回收管与下连接管呈90度夹角，上筒体连接法兰右侧壁上设置有温度变送器，温度变送器通过温度变送器连接线与控制电柜连接，上筒体连接法兰的左侧壁上设置有压力变送器，压力变送器通过压力变送器连接线与控制电柜连接，上电动阀门和下电动阀门分别通过上电动阀门连接线和下电动阀门连接线与控制电柜连接，控制电柜通过控制电柜与计算机连接线与计算机连接。

进一步的，所述的有机透明玻璃管的顶端与上筒体连接法兰底端之间设置有上密封圈。

进一步的，所述的机透明玻璃管的底端段与下筒体连接法兰顶端之间设置有下密封圈。

进一步的，所述的可视窗口的两侧分别设置有刻度标尺。

进一步的，一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置的实施方法，其特征在于包括以下步骤：

在天然气水合物管输实验过程中，确定要取样的压力、温度及流速，开启上电动阀门，天然气水合物浆体经浆体进入有机透明玻璃管内，整个过程将由摄像机记录下来并通过计算机可实时观察整个取样过程，随着浆体进入有机透明玻璃管，有机透明玻璃管内压力和温度通过安装在上筒体连接法兰上的压力变送器和温度变送器监测并通过计算机观察有机透明玻璃管内的压力是否稳定，若压力已稳定，关闭上电动阀门，完成取样过程；

当在线相含量分析取样系统完成取样后，摄像机将现场录像上传至计算机，通过计算机观察天然气水合物中气、液、固三相界面，把气、液、固三相界面与刻度标尺对应观测，可精确读取气、液、固三相的相含量；

当数据读取过程结束后，开启下电动阀门，天然气水合物浆体依次经下筒体连接法兰、下电动阀门、下接法兰、下连接管和浆体回收管排出，通过摄像机和计算机观察排空过程，若排空已完成，关闭下电动阀门，完成排空过程。

本发明具有以下优点：本发明能够全自动化在线精确测定管道内天然气水合物浆体在设定压力、温度及流速条件下的气、液、固各相相含量，不仅为研究天然气水合物在管输过程中天然气水合物浆体相态变化、浆体内天然气水合物颗粒分解速率等与流动速率、温度、压力之间的关系提供必要技术手段，也为天然气水合物固态流化开采的理论研究提供了重要的保障。

附图说明

图1 为本发明的取样器结构示意图；

图2 为取样系统取样原理图；

图1中编码分别为： 1.浆体注入管道，2.上连接管，3.连接螺栓，4.上连接法兰，5.上电动阀门，6.连接螺栓，7.上筒体连接法兰，8.上密封圈，9.金属保护筒体，10.有机透明玻璃管，11.下密封圈，12.连接螺栓，13.下筒体连接法兰，14.下电动阀门，15.连接螺栓，16.下连接法兰，17.下连接管，18.浆体回收管线。

图2中编码分别为：19.温度变送器，20.温度变送器连接线，21.可视窗口，22.刻度标尺，23.上电动阀门连接线，24.压力变送器，25.压力变送器连接线，26.控制电柜，27.下电动阀门连接线，28.控制电柜与计算机连接线，29.计算机，30.摄像机与计算机连接线，31.摄像机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1-2所示，一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法，包括浆体注入管道1、上连接管2、上连接法兰4、上电动阀门5、上筒体连接法兰7、有机透明玻璃管10、下筒体连接法兰13、下电动阀门14、下连接法兰16、下连接管17、浆体回收管线18、摄像机31、计算机29、控制电柜26、压力变送器24和温度变送器20，浆体注入管1下方设置有上连接管2且浆体注入管1与上连接管2呈90度夹角，上连接管2的下方设置有上连接法兰4，上连接法兰4下方设置有上电动阀门5，上连接法兰4通过螺栓a3与上电动阀门5的顶部连接，上电动阀门5下方设置有上筒体连接法兰7，上筒体连接法兰7通过螺栓b6与上电动阀门5的底部连接，上筒体连接法兰7下方设置有有机透明玻璃管10，有机透明玻璃管10外侧壁上套有金属保护筒体9，金属保护筒体9中部设置有可视窗口21，可视窗口21的正前方设置有摄像机31，摄像机31通过摄像机与计算机连接线30与计算机29连接，有机透明玻璃10的下端设置有下筒体连接法兰13，下筒体连接法兰13的底部通过螺栓c12与下电动阀门14的顶部连接，下电动阀门14通过螺栓d15与下连接法兰顶部16相连，下连接法兰16的中部下方设置有下连接管17，下连接管17的下方设置有浆体回收管18，且浆体回收管18与下连接管17呈90度夹角，上筒体连接法兰7右侧壁上设置有温度变送器19，温度变送器19通过温度变送器连接线20与控制电柜26连接，上筒体连接法兰7的左侧壁上设置有压力变送器24，压力变送器24通过压力变送器连接线25与控制电柜26连接，上电动阀门5和下电动阀门5分别通过上电动阀门连接线23和下电动阀门连接线27与控制电柜26连接，控制电柜26通过控制电柜与计算机连接线28与计算机19连接。

所述的有机透明玻璃管10的顶端与上筒体连接法兰7底端之间设置有上密封圈8。

所述的机透明玻璃管10的底端段与下筒体连接法兰13顶端之间设置有下密封圈11。

所述的可视窗口21的两侧分别设置有刻度标尺22。

一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置的实施方法，其特征在于包括以下步骤：

在天然气水合物管输实验过程中，确定要取样的压力、温度及流速，开启上电动阀门5，天然气水合物浆体经浆体进入有机透明玻璃管10内，整个过程将由摄像机31记录下来并通过计算机29可实时观察整个取样过程，随着浆体进入有机透明玻璃管10，有机透明玻璃管10内压力和温度通过安装在上筒体连接法兰7上的压力变送器24和温度变送器19监测并通过计算机29观察有机透明玻璃管10内的压力是否稳定，若压力已稳定，关闭上电动阀门5，完成取样过程；

当在线相含量分析取样系统完成取样后，摄像机31将现场录像上传至计算机29，通过计算机29观察天然气水合物中气、液、固三相界面，把气、液、固三相界面与刻度标尺对应观测，可精确读取气、液、固三相的相含量；

当数据读取过程结束后，开启下电动阀门14，天然气水合物浆体依次经下筒体连接法兰13、下电动阀门14、下接法兰16、下连接管17和浆体回收管18排出，通过摄像机31和计算机29观察排空过程，若排空已完成，关闭下电动阀门14，完成排空过程。

本发明的工作过程如下：取样过程：在天然气水合物管输实验过程中，首先由实验操控人员确定要取样的压力、温度及流速等条件，进而确定取样时机。如在确定的某一压力、温度及流速条件下，首先由实验操作人员给计算机29下达开启上电动阀门5的指令，计算机29接收到上电动阀门5开启的指令后，会把该指令通过控制电柜与计算机连接线28传输给控制电柜26，控制电柜26再把控制指令通过上电动阀门连接线23传输给上电动阀门5，由上电动阀门5执行开启操作，上电动阀门5开启后，天然气水合物浆体经浆体注入管道1、上连接管2、上连接法兰4、上电动阀门5、上筒体连接法兰7、进入有机透明玻璃管10，整个过程摄像机31会实时录像，录制视频通过摄像机与计算机连接线30上传至计算机29，实验操作人员可通过计算机29实时观察及记录整个取样过程。随着浆体进入机透明玻璃管10，机透明玻璃管10内压力及温度均发生改变，压力及温度值依靠安装在上筒体连接法兰7上的压力变送器24及温度变送器19监测，压力变送器24及温度变送器19监测的压力及温度数据分别通过压力变送器连接线25及温度变送器连接线20传输到控制电柜26，控制电柜26再把数据通过控制电柜与计算机连接线28上传至计算机29，实验操作人员通过计算机29观察在线相含量分析取样系统内压力是否稳定，若压力已稳定，则由实验操作人员给计算机29下达关闭上电动阀门5的指令，计算机29接收到关闭上电动阀门5的指令后，会把该指令通过控制电柜与计算机连接线28传输给控制电柜26，控制电柜26再把控制指令通过上电动阀门连接线23传递给上电动阀门5，由上电动阀门5执行关闭操作，上电动阀门5完全关闭后，完成取样过程。

数据读取过程：当在线相含量分析取样系统完成取样后，摄像机31会把现场录像通过摄像机与计算机连接线30上传到计算机29，实验操作人员可通过计算机29观察摄像机31透过可视窗21监测的气、液、固三相界面，把气、液、固三相界面与刻度标尺22对应观测，可精确读取在线相含量分析取样系统所取样品气、液、固三相的相含量，进而可知在实验压力、温度条件下浆体注入管道1内的各相含量。

排空过程：当数据读取过程结束后，首先由实验操作人员给计算机29下达开启下电动阀门14的指令，计算机29接收到下电动阀门14开启的指令后，会把该指令通过控制电柜与计算机连接线28传输给控制电柜26，控制电柜26再把控制指令通过下电动阀门连接线27传输给下电动阀门14，由下电动阀门14执行开启操作，下电动阀门14开启后，天然气水合物浆体依次经下筒体连接法兰13、下电动阀门14、下连接法兰16、下连接管17及浆体回收管18排出，实验操作人员通过计算机29、摄像机31观察排空过程，若排空已完成，则由实验操作人员给计算机29下达关闭下电动阀门14的指令，计算机29接收到关闭下电动阀门14的指令后，会把该指令通过控制电柜与计算机连接线28传输给控制电柜26，控制电柜26再把控制指令通过下电动阀门连接线27传输至下电动阀门14，由下电动阀门14执行关闭操作，下电动阀门14完全关闭后，完成排空过程。

在管输实验过程中，如果管输管道内温度、压力及流速等参数发生改变后，实验操作人员可根据实验需求重复上述取样、数据读取及排空过程。

Claims (5)

1.一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置，其特征在于：包括浆体注入管道（1）、上连接管（2）、上连接法兰（4）、上电动阀门（5）、上筒体连接法兰（7）、有机透明玻璃管（10）、下筒体连接法兰（13）、下电动阀门（14）、下连接法兰（16）、下连接管（17）、浆体回收管线（18）、摄像机（31）、计算机（29）、控制电柜（26）、压力变送器（24）和温度变送器（20），浆体注入管（1）下方设置有上连接管（2）且浆体注入管（1）与上连接管（2）呈90度夹角，上连接管（2）的下方设置有上连接法兰（4），上连接法兰（4）下方设置有上电动阀门（5），上连接法兰（4）通过螺栓a（3）与上电动阀门（5）的顶部连接，上电动阀门（5）下方设置有上筒体连接法兰（7），上筒体连接法兰（7）通过螺栓b（6）与上电动阀门（5）的底部连接，上筒体连接法兰（7）下方设置有有机透明玻璃管（10），有机透明玻璃管（10）外侧壁上套有金属保护筒体（9），金属保护筒体（9）中部设置有可视窗口（21），可视窗口（21）的正前方设置有摄像机（31），摄像机（31）通过摄像机与计算机连接线（30）与计算机（29）连接，有机透明玻璃（10）的下端设置有下筒体连接法兰（13），下筒体连接法兰（13）的底部通过螺栓c（12）与下电动阀门（14）的顶部连接，下电动阀门（14）通过螺栓d（15）与下连接法兰顶部（16）相连，下连接法兰（16）的中部下方设置有下连接管（17），下连接管（17）的下方设置有浆体回收管（18），且浆体回收管（18）与下连接管（17）呈90度夹角，上筒体连接法兰（7）右侧壁上设置有温度变送器（19），温度变送器（19）通过温度变送器连接线（20）与控制电柜（26）连接，上筒体连接法兰（7）的左侧壁上设置有压力变送器（24），压力变送器（24）通过压力变送器连接线（25）与控制电柜（26）连接，上电动阀门（5）和下电动阀门（5）分别通过上电动阀门连接线（23）和下电动阀门连接线（27）与控制电柜（26）连接，控制电柜（26）通过控制电柜与计算机连接线（28）与计算机（19）连接。

2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法，其特征在于：所述的有机透明玻璃管（10）的顶端与上筒体连接法兰（7）底端之间设置有上密封圈（8）。

3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法，其特征在于：所述的机透明玻璃管（10）的底端段与下筒体连接法兰（13）顶端之间设置有下密封圈（11）。

4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置及方法，其特征在于：所述的可视窗口（21）的两侧分别设置有刻度标尺（22）。

5.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采中相含量分析装置的实施方法，其特征在于包括以下步骤：

在天然气水合物管输实验过程中，确定要取样的压力、温度及流速，开启上电动阀门（5），天然气水合物浆体经浆体进入有机透明玻璃管（10）内，整个过程将由摄像机（31）记录下来并通过计算机（29）可实时观察整个取样过程，随着浆体进入有机透明玻璃管（10），有机透明玻璃管（10）内压力和温度通过安装在上筒体连接法兰（7）上的压力变送器（24）和温度变送器（19）监测并通过计算机（29）观察有机透明玻璃管（10）内的压力是否稳定，若压力已稳定，关闭上电动阀门（5），完成取样过程；

当在线相含量分析取样系统完成取样后，摄像机（31）将现场录像上传至计算机（29），通过计算机（29）观察天然气水合物中气、液、固三相界面，把气、液、固三相界面与刻度标尺对应观测，可精确读取气、液、固三相的相含量；

当数据读取过程结束后，开启下电动阀门（14），天然气水合物浆体依次经下筒体连接法兰（13）、下电动阀门（14）、下接法兰（16）、下连接管（17）和浆体回收管（18）排出，通过摄像机（31）和计算机（29）观察排空过程，若排空已完成，关闭下电动阀门（14），完成排空过程。