CN108982801A - 含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，包括输气通道、输水通道和高压釜，高压釜包括釜体、上釜盖和下釜盖，釜体底部设有多孔板，输气通道和输水通道均穿过下釜盖连接多孔板，高压釜上方固定着竖直设置的电机，电机连接移动丝杠一端，移动丝杠另一端连接触探杆，触探杆穿过上釜盖且下端伸入釜体内，釜体内填充砂和粘土密封后抽真空，输气通道向釜体内输入甲烷，输水通道向釜体内输入水，合成天然气水合物，电机驱动移动丝杠升降带动触探杆运动进行天然气水合物的静力触探识别实验。本发明的有益效果：有效模拟天然气水合物生成环境，解决天然气水合物局部集中生成的问题，静力触探室内模拟实验更真实准确。

Description

含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置

技术领域

本发明涉及天然气水合物的实验装置，尤其涉及一种含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置。

背景技术

天然气水合物广泛分布于陆地高纬度冻土带、陆坡海底和一些深水湖底。天然气水合物是自然界中天然气存在的一种特殊形式，具有分布范围广、成藏规模大、储能密度高的特点，被公认为21世纪重要的替代能源。作为一种高效绿色的新能源，研究天然气水合物的生成规律以及利用静力触探的勘探方法识别天然气水合物，对天然气水合物的开采具有重要的战略意义。

目前国内开展天然气水合物模拟实验研究多是利用三轴实验的方法来研究小样品中天然气水合物的物理力学性质，且在现有的试验中一般采用首先将砂或粘土在模具中进行压密、水饱和与冻结成型，然后移入三轴压力室，控制压力室温度、围压、背压，注入甲烷气，保持足够时间，检测孔隙压力与温度，直到形成甲烷的方法，这样常常会出现样品的周边有天然气水合物局部集中生成，而样品内部水合物生成量较少，样品中水合物分布不均，而水合物生成后的静力触探测试数据主要受控于探头周边样品，若样品中天然气水合物分布不均，会影响实验的结果。研究天然气水合物的生成、利用静力触探的勘探方法识别天然气水合物，对开发利用天然气水合物资源具有重要意义，建立一种含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置进行天然气水合物基础理论研究显得尤为必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置。

本发明的实施例提供一种含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，包括输气通道、输水通道和高压釜，所述高压釜包括釜体、密封所述釜体两端的上釜盖和下釜盖，所述釜体底部设有多孔板，所述输气通道和所述输水通道均穿过所述下釜盖，且所述输气通道位于所述多孔板之下，所述输水通道穿过所述多孔板，所述高压釜上方固定着竖直设置的电机，所述电机的转轴连接移动丝杠一端，所述移动丝杠另一端连接触探杆，所述触探杆穿过所述上釜盖且下端伸入所述釜体内，所述釜体内填充砂和粘土密封后抽真空，所述输水通道向所述釜体内输入水，所述输气通道向所述釜体内输入甲烷，合成天然气水合物，所述电机驱动所述移动丝杠升降带动所述触探杆运动进行天然气水合物的静力触探识别实验。

进一步地，所述输气通道包括依次连接的第一电磁阀、气体增压泵、缓冲容器、调压阀和单向阀，所述第一电磁阀一端连接气瓶，所述单向阀与所述下釜盖连通。

进一步地，所述高压釜上端设有排气通道，所述排气通道包括依次连接的缓冲容器、干燥罐和储气罐，所述储气罐连接所述气体增压泵且之间设有第二电磁阀，所述排气通道排出的天然气经所述输气通道流入所述高压釜内形成循环。

进一步地，所述输水通道包括储水罐和空压机，所述储水罐分别连接所述空压机和所述多孔板，所述空压机连接所述气体增压泵。

进一步地，所述高压釜上端连接着真空泵。

进一步地，所述多孔板表面包裹着防水透气膜。

进一步地，所述高压釜外表面包裹着制冷盘管，所述制冷盘管连接着制冷压缩机。

进一步地，所述制冷盘管的外表面包裹着保温层。

进一步地，所述装置还包括数据采集模块，所述输气通道和所述输水通道上均设有气体流量计和压力传感器，所有气体流量计和所有压力传感器均连接所述数据采集模块。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明一种含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，设置高压釜作为天然气水合物合成容器，在高压釜内填充砂和黏土，可有效的模拟天然气水合物的生成环境，解决天然气水合物在局部集中生成的问题，天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验更真实准确，高压釜外表面还设有制冷盘管可模拟冻土环境，研究研究天然气水合物在冻土环境下的生成规律，同时本装置中气体可回收，循环利用。

附图说明

图1是本发明含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置的示意图；

图2是图1中高压釜1的示意图。

图中：1-高压釜、2-截止阀、3-第一电磁阀、4-气体增压泵、5-缓冲容器、6-调压阀、7-气体流量计、8-单向阀、9-压力传感器、10-空压机、11-储水罐、12-回压阀、13-干燥罐、14-储气罐、15-第二电磁阀、16-真空泵、17-压力指示器、18-安全阀、19-第三电磁阀、20-气瓶、21-静力触探贯入架、22-制冷压缩机、23-数据采集模块、24-高压釜体支架、25-釜体、26-上釜盖、27-下釜盖、28-多孔板、29-电机固定板、30-探头固定板、31-电机、32-移动丝杠、33-触探杆、34-制冷盘管、35-保温层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，包括输气通道、输水通道、排气通道和高压釜1；

所述输气通道包括依次连接的截止阀2、第一电磁阀3、气体增压泵4、缓冲容器5、调压阀6、截止阀2、气体流量计7和单向阀8，所述第一电磁阀2一端连接气瓶20，所述单向阀8连接所述高压釜1，所述缓冲容器5上设有压力传感器9；

所述输水通道包括依次连接的空压机10、截止阀2和储水罐11，所述储水罐11分别连接所述空压机10和所述高压釜1，所述储水罐11和所述高压釜1之间设有另一截止阀2，所述储水罐11上还设有具有截止阀2的排水口，所述空压机10连接所述气体增压泵4且之间设有截止阀2和第三电磁阀19，所述空压机10用于打开所述第三电磁阀19；

所述高压釜1上端设有排气通道，所述排气通道包括依次连接的截止阀2、回压阀12、缓冲容器5、干燥罐13、气体流量计7、压力传感器9和储气罐14，所述储气罐14连接所述气体增压泵4且之间设有第二电磁阀15和截止阀2，所述排气通道排出的天然气经所述输气通道流入所述高压釜1内形成循环；

所述高压釜1固定于高压釜体支架24上，所述高压釜1包括釜体25、密封所述釜体25两端的上釜盖26和下釜盖27，所述高压釜1上端设有抽气管道，所述抽气管道包括依次连接的真空泵16、压力指示器17、截止阀2和安全阀18，所述釜体25底部设有多孔板28，所述多孔板28的直径略小于所述高压釜1内径，所述高压釜2底部设有进气口和进水口，进气口置于所述多孔板28之下，进水口置于多孔板之上，所述多孔板28外表面包裹一层防水透气膜，可以避免气体与水直接在所述高压釜1底部相遇融合生成天然气水合物，所述输气通道连接连接所述进气口，所述输水通道连接所述进水口，所述上釜盖26上方固定着静力触探贯入架21，所述静力触探贯入架21上设有电机固定板29和探头固定板30，所述电机固定板29上固定着竖直设置的电机31，所述电机31为750W伺服减速电机，所述电机31的转轴连接移动丝杠32一端，所述移动丝杠32另一端连接触探杆33，所述触探杆33依次穿过所述探头固定板30和所述上釜盖26且下端伸入所述釜体25内，所述釜体25内填充砂和粘土密封后抽真空，所述输气通道向所述釜体25内输入甲烷，所述输水通道向所述釜体25内输入水，合成天然气水合物，所述电机31驱动所述移动丝杠32升降带动所述触探杆33运动进行天然气水合物的静力触探识别实验；

所述高压釜1外表面包裹着制冷盘管34，所述制冷盘管34连接着制冷压缩机22，所述制冷盘管34的外表面包裹着保温层35，所述高压釜体1是耐高压的(超过30MPa)，可模拟3000m深海水以内的海底环境，所述制冷压缩机22温度可控制在-20℃，模拟冻土环境，天然气水合物分布于深海沉积物或陆域的永久冻土，用所述装置可有效的模拟天然气水合物的生成环境；

所述装置还包括数据采集模块23，所有气体流量计7和所有压力传感器17均连接所述数据采集模块23，实现对实验全过程数据的采集和对压力与气体流量的控制调节。

本发明的使用方法为：

(1)向高压釜1内填砂作业

打开上釜盖26，向釜体25内入经过筛分的砂，为避免产生边界效应，在砂与釜体25内壁之间间隙放入1cm厚的粘土层，砂和粘土均逐层放入，每放入一层即进行夯实，直到填到指定高度；

(2)高压釜1抽真空作业

通过抽气管道对高压釜1进行抽真空，观测压力指示器17到达设定值，判断出输气通道和输水通道均到达真空状态；

(3)高压釜1从储水罐11反吸水作业

打开空压机10对储水罐11进行加压，以实现向高压釜1内反吸水，保持真空泵16持续工作，待真空泵16真空容器出现有水吸出时应及时关闭真空泵；

(4)从气瓶20向高压釜1内充气作业

启动气体增压泵4，气瓶20内的甲烷气体通过输气通道注入到高压釜1内，观察输气通道上的压力传感器9发现压力过高或过低时可通过调压阀6进行调节，同时排气通道上观察压力传感器9，发现出气气体压力过高或过低，通过调节回压阀12进行调节；

(5)气体循环回路作业

实验过程中，排气通道与输气通道连通，甲烷气体循环使用，实验结束后，高压釜1内残余的尾气可通过排气通道排出，用真空容器和手动泵抽出引到室外点燃；

(6)高压釜降温作业

启动制冷压缩机22，对高压釜1降温到适当温度；

(7)静力触探实验作业

待高压釜1内天然气水合物生成后，启动电机31，触探杆33逐渐下降，进行静力触探识别天然气水合物的实验，数据采集模块23采集实验过程中的压力与气体流量数据数据。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，其特征在于：包括输气通道、输水通道和高压釜，所述高压釜包括釜体、密封所述釜体两端的上釜盖和下釜盖，所述釜体底部设有多孔板，所述输气通道和所述输水通道均穿过所述下釜盖，且所述输气通道位于所述多孔板之下，所述输水通道穿过所述多孔板，所述高压釜上方固定着竖直设置的电机，所述电机的转轴连接移动丝杠一端，所述移动丝杠另一端连接触探杆，所述触探杆穿过所述上釜盖且下端伸入所述釜体内，所述釜体内填充砂和粘土密封后抽真空，所述输水通道向所述釜体内输入水，所述输气通道向所述釜体内输入甲烷，合成天然气水合物，所述电机驱动所述移动丝杠升降带动所述触探杆升降运动。

2.如权利要求1所述的含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，其特征在于：所述输气通道包括依次连接的第一电磁阀、气体增压泵、缓冲容器、调压阀和单向阀，所述第一电磁阀一端连接气瓶，所述单向阀与所述下釜盖连通。

3.如权利要求2所述的含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，其特征在于：所述高压釜上端设有排气通道，所述排气通道包括依次连接的缓冲容器、干燥罐和储气罐，所述储气罐连接所述气体增压泵且之间设有第二电磁阀，所述排气通道排出的天然气经所述输气通道流入所述高压釜内形成循环。

4.如权利要求2所述的含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，其特征在于：所述输水通道包括储水罐和空压机，所述储水罐分别连接所述空压机和所述多孔板，所述空压机连接所述气体增压泵。

5.如权利要求1所述的含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，其特征在于：所述高压釜上端连接着真空泵。

6.如权利要求1所述的含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，其特征在于：所述多孔板表面包裹着防水透气膜。

7.如权利要求1所述的含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，其特征在于：所述高压釜外表面包裹着制冷盘管，所述制冷盘管连接制冷压缩机。

8.如权利要求7所述的含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，其特征在于：所述制冷盘管的外表面包裹着保温层。

9.如权利要求1所述的含天然气水合物的沉积物静力触探室内模拟实验装置，其特征在于：所述装置还包括数据采集模块，所述输气通道和所述输水通道上均设有气体流量计和压力传感器，所有气体流量计和所有压力传感器均连接所述数据采集模块。