CN110989015A - 水合物合成反应釜及水合物合成方法 - Google Patents
水合物合成反应釜及水合物合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种水合物合成反应釜及水合物合成方法,涉及气体混合物固化设备技术领域,以解决无法对反应釜内的水合物使用地球物理手段进行在线观测的技术问题。该水合物合成反应釜包括釜体和上盖;釜体内具有容纳腔并向上开口;上盖盖合于釜体的开口且开设有通气孔;釜体和上盖由能够被电磁波穿过的材料制成。该水合物合成方法包括:将冰粉放置于岩心完整断开的裂缝;将岩心放入容纳腔;将容纳腔抽成真空;向容纳腔充入混合气体;将水合物合成反应釜放于冷库中直至压力下降至稳定状态。本发明的技术方案能够使电磁波对容纳腔中的水合物合成过程进行在线探测。
Description
技术领域
本发明涉及气体混合物固化设备技术领域,尤其是涉及一种水合物合成反应釜及水合物合成方法。
背景技术
天然气水合物是分布于是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中,由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”。天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。
为指导天然气水合物勘探与开发,国内外学者研究了人工合成天然气水合物的一系列技术与装置,并在装置中配套开发了采集物性的多参数测量装置,如实验室水合物声波测量装置、电阻率测量装置、介电常数测量装置、密度测量装置等。当前对水合物原位合成过程中的各项参数指标变化主要以物性测量为主,但在陆域和海域环境中,天然气水合物勘探大多依靠地球物理方法技术。
现有合成水合物的反应釜为金属材料,大多为304不锈钢,金属反应釜对电磁波有强烈的反射作用,使用电磁波对金属反应釜内的水合物进行探测时,电磁波很难穿透釜体,导致无法使用地球物理手段进行在线观测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水合物合成反应釜及水合物合成方法,以解决无法对反应釜内的水合物使用地球物理手段进行在线观测的技术问题。
第一方面,本发明提供了一种水合物合成反应釜,该水合物合成反应釜包括釜体和上盖;
所述釜体内具有容纳腔,并向上开口;
所述上盖盖合于所述釜体的开口,且所述上盖上开设有与所述容纳腔连通的通气孔;
所述釜体和所述上盖由能够被电磁波穿过的材料制成。
作为本发明第一方面的进一步方案,制作所述釜体和所述上盖材料包括聚醚醚酮。
作为本发明第一方面的进一步方案,所述釜体和所述上盖之间设置有密封圈。
作为本发明第一方面的进一步方案,所述上盖的下端伸入所述釜体,且所述上盖的伸入所述釜体的部分的侧面开设有环槽;
所述密封圈安装于所述环槽内。
作为本发明第一方面的进一步方案,所述釜体的侧面开设有加力孔,所述加力孔用于供加力杆插入。
第二方面,本发明提供了一种使用上述水合物合成反应釜的水合物合成方法,该水合物合成方法包括:
将冰粉放置于岩心完整断开的裂缝中;
将所述岩心放入所述容纳腔内;
通过所述通气孔将所述容纳腔抽成真空;
通过所述通气孔向所述容纳腔内充入混合气体,直至所述容纳腔内达到实验所需压力;
将所述水合物合成反应釜放置于冷库中,直至所述容纳腔内的压力下降至稳定状态。
作为本发明第二方面的进一步方案,在将所述冰粉放置于所述岩心完整断开的裂缝中之前,将所述岩心和所述水合物合成反应釜放入所述冷库中冷冻降温。
作为本发明第二方面的进一步方案,使用去离子水制成冰块,并在所述冷库中将所述冰块研磨成所述冰粉。
作为本发明第二方面的进一步方案,所述混合气体包括甲烷和乙烷。
作为本发明第二方面的进一步方案,所述实验所需压力为2-5Mpa。
结合以上技术方案,本发明带来的有益效果分析如下:
本发明提供了一种水合物合成反应釜,该水合物合成反应釜包括釜体和上盖;釜体内具有容纳腔,并向上开口;上盖盖合于釜体的开口,且上盖上开设有与容纳腔连通的通气孔;釜体和上盖由能够被电磁波穿过的材料制成。上盖打开后,能够向容纳腔中放入岩心和冰粉,盖上上盖后,通过通气孔将容纳腔中抽成真空,然后再通过通气孔向容纳腔中充入混合气体,水合物在该反应釜内合成。使用电磁波对该反应釜进行探测时,釜体和上盖能够被电磁波穿过,进而该水合物合成反应釜能够使用电磁波能够对容纳腔中的水合物合成过程进行在线探测。
本发明还提供了一种使用上述水合物合成反应釜的水合物合成方法,该水合物合成方法包括:将冰粉放置于水合物获钻区岩心完整断开的裂缝中;将岩心放入容纳腔内;通过通气孔将容纳腔抽成真空;通过通气孔向容纳腔内充入混合气体,直至容纳腔内达到实验所需压力;将水合物合成反应釜放置于冷库中,直至容纳腔内的压力下降至稳定状态。使用该水合物合成方法,当容纳腔中的压力下降至稳定时,说明水合物合成完成,由于该水合物合成方法使用了上述的水合物合成反应釜,上述的水合物合成反应釜能够被电磁波穿过,进而该水合物合成过程中能够使用电磁波能够对容纳腔中的水合物合成过程进行在线探测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的水合物合成反应釜的结构示意图;
图2为图1中A区域的局部放大图;
图3为对金属反应釜发射电磁波获得的电磁波单道波形效果图;
图4为对本实施例提供的水合物合成反应釜发射电磁波获得的电磁波单道波形效果图;
图5为电磁波对金属反应釜在线探测效果图;
图6为电磁波对本实施例提供的水合物合成反应釜在线探测效果图。
图标:10-釜体;11-容纳腔;12-加力孔;20-上盖;21-通气孔;30-密封圈。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供了一种水合物合成反应釜,请一并参照图1-图6。
如图1所示,该水合物合成反应釜包括釜体10和上盖20。釜体10内具有容纳腔11,并向上开口,容纳腔11用于放置岩心。上盖20盖合于釜体10的开口,需要向容纳腔11放入岩心时,将上盖20打开,放入岩心后,将上盖20重新盖合于釜体10的开口。并且,上盖20上开设有与容纳腔11连通的通气孔21,通气孔21用于对容纳腔11抽真空和向容纳腔11充入混合气体。釜体10和上盖20均由能够被电磁波穿过的材料制成。
使用该水合物合成反应釜合成水合物时,将上盖20打开,向容纳腔11中放入岩心和冰粉,盖上上盖20后,通过通气孔21将容纳腔11中抽成真空,然后再通过通气孔21向容纳腔11中充入混合气体,混合气体为甲烷和乙烷的混合气体,水合物在该反应釜内合成。使用电磁波对该反应釜进行探测时,釜体10和上盖20能够被电磁波穿过,进而该水合物合成反应釜能够使用电磁波能够对容纳腔11中的水合物合成过程进行在线探测。
优选地,制作釜体10和上盖20材料包括聚醚醚酮。聚醚醚酮的介电常数与空气的介电常数非常,并且聚醚醚酮对电磁波的反射和吸收作用很小。
图3为对金属反应釜发射电磁波获得的电磁波单道波形效果图,从图3中可以看出,只有釜顶有电磁波的波形,由于金属制作的反应釜对电磁波具有较强的反射和吸收作用,电磁波被釜顶反射和吸收,电磁波几乎无法穿过釜顶进入反应釜来探测水合物,所以,釜顶下方没有电磁波的波形。
图4为对由聚醚醚酮制作的水合物合成反应釜发射电磁波获得的单道波形效果图,电磁波能够穿过反应釜,从图4中可以看出釜顶、釜顶与釜底之间以及釜底均有电磁波的波形。
图5为电磁波对金属反应釜在线探测效果图,横坐标为电磁波道数,纵坐标为时间,从图5中可以看到只有一个拱形,该拱形为釜顶信号,电磁波被釜顶吸收和反射,所以,电磁波无法穿过釜顶对反应釜内的水合物进行探测,图5中没有釜底信号。
图6为电磁波对由聚醚醚酮制作的水合物合成反应釜在线探测效果图,横坐标为电磁波道数,纵坐标为时间,从图6中可以看到两个拱形,上方拱形为釜顶信号,下方拱形为釜底信号。结合水合物合成反应釜的釜顶信号和釜底信号以及岩心的尺寸即可测出电磁波在水合物岩心内的传播速度、水合物岩心的介电常数和瞬时能量谱特征等参数,从而实现对原位合成过程中的天然气水合物使用电磁波快速探测。
当然,本实施例的水合物合成反应釜的釜体10和上盖20也可以由其他可以被电磁波穿过的材料制成。例如,釜体10和上盖20也可以为橡胶材料。由其他能够电磁波穿过的材料制成的釜体10和上盖20进行在线探测时,也可以得到与图4和图6类似的图形。
如图1和图2所示,釜体10和上盖20之间设置有密封圈30,密封圈30加强了上盖20与釜体10之间的密封,保证上盖20盖合于釜体10后,容纳腔11形成一个密封环境,有利于对容纳腔11抽真空和对容纳腔11充入混合气体并在容纳腔11形成一定的压力。
釜体10和上盖20之间的具体密封结构参阅图2,上盖20的下端伸入釜体10,并且上盖20的伸入釜体10的部分的侧面开设有环槽,密封圈30安装于环槽内。上盖20的下端伸入釜体10时,密封圈30被挤压,使上盖20与釜体10之间密封良好。当然,釜体10和上盖20之间的具体密封结构并不以图2所示结构为限制,比如,上盖20的下端伸入釜体10,釜体10的内侧面开设有环槽,密封圈30安装于环槽内。
继续参阅图1,釜体10的侧面开设有加力孔12,加力孔12用于供加力杆插入。使用该水合物合成反应釜进行在线探测时,该水合物合成反应釜安装在放置台上,探测完成后,将该水合物合成反应釜从放置台拆卸时,加力杆的一端插入加力孔12中,操作人员手握加力杆,增加了力矩,方便将该水合物合成反应釜从放置台拆卸下来。
图1示出的水合物合成反应釜中,釜体10的内径为80mm,釜体10的内底面至上盖20的底面的距离为150mm,使该水合物合成反应釜能够与岩心的尺寸进行适配。当然,该水合物合成反应釜的尺寸并不以上述尺寸为限制,可以根据具体的应用场景进行选择。
本实施例还提供了一种使用上述水合物合成反应釜的水合物合成方法,该水合物合成方法包括:
将冰粉放置于岩心完整断开的裂缝中;
将水合物获钻区岩心放入容纳腔11内;
通过通气孔21将容纳腔11抽成真空;
通过通气孔21向容纳腔11内充入混合气体,直至容纳腔11内达到实验所需压力;
将水合物合成反应釜放置于冷库中,直至容纳腔11内的压力下降至稳定状态。
当然,需要说明的是,将岩心放入容纳腔11时,将水合物合成反应釜的上盖20打开,当岩心完全放入容纳腔11后,将上盖20盖合在釜体10。
使用该水合物合成方法,当容纳腔11中的压力下降至稳定时,说明水合物合成完成,由于该水合物合成方法使用了上述的水合物合成反应釜,上述的水合物合成反应釜能够被电磁波穿过,进而该水合物合成过程中能够使用电磁波能够对容纳腔11中的水合物合成过程进行在线探测,探测结果如图4和图6所示。
在该水合物合成方法中,在将冰粉放置于岩心完整断开的裂缝中之前,将岩心和水合物合成反应釜放入冷库中冷冻降温,使岩心和水合物合成反应釜均具有较低的温度,冰粉放入岩心时和岩心放入水合物合成反应釜时,冰粉不会被融化。
具体制备冰粉时,使用去离子水制成冰块,并在冷库中将冰块研磨成冰粉。其中,去离子水是指去除去了呈离子形式杂质后的纯水,主要采用RO反渗透的方法制取。由去离子水制成的冰粉能够减少离子形式杂质对水合物合成的影响。
在该水合物合成方法中,混合气体包括甲烷和乙烷。甲烷和乙烷的含量并不进行限制,可以根据具体实验要求来配比。比如,混合气体包括50%甲烷和50%乙烷,或者混合气体包括30%甲烷和70%乙烷,或者混合气体包括70%甲烷和30%乙烷,其中,30%、50%、70%均为体积分数。
在该水合物合成方法中,实验所需压力根据实验要求以及所要模拟的合成环境来进行选择,优选为2-5Mpa,比如为3Mpa。
在该水合物合成方法中,优选地,将冷库的温度设为-5℃,以保证实验所需的低温环境。当然,冷库的温度并不限于-5℃,可以根据实验的需求来进行调节,比如,冷库的温度也可以设定为-6℃、-8℃等。
在该水合物合成方法中,将水合物合成反应釜放置于冷库中,直至容纳腔11内的压力下降至稳定状态,水合物合成反应釜在冷库中通常放置48-72h。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种水合物合成反应釜,其特征在于,包括釜体(10)和上盖(20);
所述釜体(10)内具有容纳腔(11),并向上开口;
所述上盖(20)盖合于所述釜体(10)的开口,且所述上盖(20)上开设有与所述容纳腔(11)连通的通气孔(21);
所述釜体(10)和所述上盖(20)由能够被电磁波穿过的材料制成。
2.根据权利要求1所述的水合物合成反应釜,其特征在于,制作所述釜体(10)和所述上盖(20)的材料包括聚醚醚酮。
3.根据权利要求1所述的水合物合成反应釜,其特征在于,所述釜体(10)和所述上盖(20)之间设置有密封圈(30)。
4.根据权利要求3所述的水合物合成反应釜,其特征在于,所述上盖(20)的下端伸入所述釜体(10),且所述上盖(20)的伸入所述釜体(10)的部分的侧面开设有环槽;
所述密封圈(30)安装于所述环槽内。
5.根据权利要求1所述的水合物合成反应釜,其特征在于,所述釜体(10)的侧面开设有加力孔(12),所述加力孔(12)用于供加力杆插入。
6.一种使用如权利要求1-5任一项所述的水合物合成反应釜的水合物合成方法,其特征在于,包括:
将冰粉放置于水合物获钻区岩心完整断开的裂缝中;
将所述岩心放入所述容纳腔(11)内;
通过所述通气孔(21)将所述容纳腔(11)抽成真空;
通过所述通气孔(21)向所述容纳腔(11)内充入混合气体,直至所述容纳腔(11)内达到实验所需压力;
将所述水合物合成反应釜放置于冷库中,直至所述容纳腔(11)内的压力下降至稳定状态。
7.根据权利要求6所述的水合物合成方法,其特征在于,在将所述冰粉放置于所述岩心完整断开的裂缝中之前,将所述岩心和所述水合物合成反应釜放入所述冷库中冷冻降温。
8.根据权利要求6所述的水合物合成方法,其特征在于,使用去离子水制成冰块,并在所述冷库中将所述冰块研磨成所述冰粉。
9.根据权利要求6所述的水合物合成方法,其特征在于,所述混合气体包括甲烷和乙烷。
10.根据权利要求6所述的水合物合成方法,其特征在于,所述实验所需压力为2-5Mpa。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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