CN113029727A - 一种可形成规则球状水合物颗粒的粘附力测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可形成规则球状水合物颗粒的粘附力测试装置，具有两个上下对应设置在压力釜内的水合物生成器，压力釜外设有物料箱，所述的水合物生成器包括可开闭的球壳、操纵杆及中空的探针，探针滑动设在操纵杆内，球壳可在伸出操纵杆外的探针的管体上作水平移动，在生成水合物颗粒时所述球壳呈闭合状态将探针针尖部包裹其中，水合物颗粒生成后球壳后退打开使探针针尖部外露，两个水合物生成器的探针的针尖部上下对应以测试水合物颗粒之间的粘附力。本发明通过在球壳内生成水合物颗粒，以生成同一直径的规则生成水合物球体颗粒，方便进行测量计算，且省去计算等效半径R*这一步骤，提高了实验效率与准确率。
Description
技术领域
本发明涉及水合物颗粒技术领域，尤其是一种可形成规则球状水合物颗粒的粘附力测试装置。
背景技术
天然气水合物通常是指由天然气中的主要成分(CH4,C2H6等气体)与水在高压低温条件下形成的非化学计量笼形络合物。在水合物资源开采和油气输运过程中，管道中流体的组分包含天然气和水。在这种流动状态下，由于管道中的低温高压条件，液相中微小的气泡以及气相中凝结的水滴可能形成水合物颗粒。水合物颗粒在随流体流动过程中会发生聚集并可能附着于管壁，最终堵塞管道，造成局部压力升高、开采效率降低并导致潜在的安全问题。典型的管道内水合物堵塞形成过程由以下4个阶段构成：(1)、气泡在液相中的悬浮以及液滴在管道壁面的凝结；(2)、水合物颗粒在液相和壁面的成核及生长；(3)、水合物颗粒在流动中的聚集与沉积；(4)、沉积物体积逐渐增加，最终堵塞管道。这些颗粒的沉积将进一步导致流量截面积减小和压降增加，如果足够严重，最终将阻止流量。此外，一旦发生堵塞，补救措施，例如更换堵塞的管道和生产延迟，将造成巨大的经济损失。在上述过程中，导致水合物发生聚集和沉积的根本原因是水合物颗粒间以及水合物颗粒与管道壁面间的粘附力。
现有测试水合物颗粒间粘合力的测试装置，一般通过在显微摄像仪下的探针上生成一粒水合物颗粒，再由另一个探针上的水合物颗粒与之粘合后分离，通过记录玻璃纤维的形变量，利用胡克定律来计算两者之间的粘附力，但现有的装置无法确保生成的水合物颗粒为等直径规则的球形颗粒，故在计算时需要用到等效直径R*这一概念，导致运算量增加且误差较大；且传统装置在生成水合物颗粒时由外部在探针顶端滴入水滴，注入气体生成水合物颗粒，其受外部影响以及误差较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种可形成规则球状水合物颗粒的粘附力测试装置，其能达到可形成规则球状水合物颗粒的效果，消除外部影响因素，且可省去运算过程，更加方便快捷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可形成规则球状水合物颗粒的粘附力测试装置，具有两个上下对应设置在压力釜内的水合物生成器，压力釜外设有物料箱，所述的水合物生成器包括可开闭的球壳、操纵杆及中空的探针，所述探针滑动设在操纵杆内，物料箱与探针内腔管路连接传输物料，所述的球壳可在伸出操纵杆外的探针的管体上作水平移动，在生成水合物颗粒时所述球壳呈闭合状态将探针的针尖部包裹其中，水合物颗粒生成后球壳后退打开使探针的针尖部外露，测试时两个水合物生成器的探针的针尖部上下对应以测试水合物颗粒之间的粘附力。
具体说，所述的操纵杆前端安装有固定端头，探针管体上设有移动端头，所述的球壳由上下两个半球形壳组成，两个半球形壳通过转轴与移动端头相连，移动端头与固定端头之间连接有弹簧。
进一步地，所述的操纵杆内安装有内部数据线，内部数据线连接有外部数据线，外部数据线连接有第一计算机，所述的内部数据线与移动端头相连而驱动移动端头移动。
通过第一计算机进行控制移动端头的移动，准备生成水合物颗粒时，移动端头向探针管体前端部移动，到达预定位置后，移动端头停住，转轴转动并带动球壳闭合包裹住探针的针尖部，生成水合物颗粒后，球壳打开，固定端头收紧弹簧，将移动端头连同球壳一起拉回到原位置。
所述的物料箱连接有外部管线，操纵杆内设有与探针尾端连接的内部管线，外部管线与内部管线连接，测试时可持续将物料箱内的天然气或水传输到探针的针尖部生成水合物颗粒。
为方便实时监测实验过程，所述的压力釜上方设有拍摄水合物颗粒之间粘附力测试状况的高清显微镜，高清显微镜线路连接有第二计算机。
本发明的有益效果是：本发明通过在球壳内生成水合物颗粒，可以消除水合物颗粒形状的不规则性，生成同一直径的规则球体，方便进行测量计算，消除外部影响因素，且省去计算等效半径R*这一步骤，提高实验效率与准确率，对评价水合物储层的力学性质以及指导水合物开采具有显著的实用价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明所述水合物生成器的结构示意图。
图3是本发明所述水合物生成器生成水合物颗粒时的状态示意图。
图4是本发明所述水合物生成器测量粘附力时的状态示意图。
图5是本发明所述水合物生成器非工作时的状态示意图。
图中：1.闸阀，2.外部管线，3.内部管线，4.操纵杆，5.内部数据线，6.高清显微镜，7.第二计算机，8.物料箱，9.压力表，10.第一计算机，11.外部数据线，12.球壳，13.弹簧，14.固定端头，15.探针，16.转轴，17.移动端头，18.压力釜。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～图5所示的一种可形成规则球状水合物颗粒的粘附力测试装置，具有两个上下对应设置在压力釜18内的水合物生成器，压力釜18外设有物料箱8，所述的物料箱8连接有外部管线2，外部管线2连接有内部管线3，外部管线2设有闸阀1，物料箱连接有压力表9，测试时可持续将物料箱8内的天然气或水传输到水合物生成器以生成水合物颗粒。
所述的水合物生成器包括操纵杆4、探针15、对应探针15设置的球壳12、弹簧13、转轴16、固定端头14和移动端头17。
所述球壳12由上下两个半球形壳组成，两个半球形壳的内表层具有材料为聚四氟乙烯的防粘涂层，该材料可以防止在生成水合物颗粒时材料与球壳12粘在一起。
所述的探针15具有管体和针尖部，探针15材料为二氧化硅，所述探针15的管体滑动设在操纵杆4内，所述内部管线3穿入操纵杆4内与探针15尾端连接，所述的球壳12可在伸出操纵杆4外的探针15的管体上作水平移动。
所述的固定端头14安装在操纵杆4前端，移动端头17滑动设在探针15管体上，移动端头17与探针15管体外表面的接触面安装有小型滑轮，可使移动端头17在探针15管体外表面来回移动，达到实验目的。
所述球壳12的两个半球形壳分别通过转轴16与移动端头17相连，所述弹簧13连接在移动端头17与固定端头14之间。
使用时，球壳12的上下两个半球形壳以转轴16为圆心，可进行100°的顺时针或逆时针旋转，生成水合物颗粒时球壳12的上下两球半球形壳闭合，将探针15的针尖部包裹其中，水合物颗粒生成后球壳12后退，上下两球半球形壳打开使探针15的针尖部外露，测试时两个水合物生成器的探针15的针尖部上下对应以测试水合物颗粒之间的粘附力。
所述的操纵杆4内安装有内部数据线5，内部数据线5连接有外部数据线11，外部数据线11连接有第一计算机10，所述的内部数据线5与移动端头17相连而驱动移动端头17移动。
通过第一计算机10控制移动端头17的移动，准备生成水合物颗粒时，移动端头17向探针15管体前端部移动，到达预定位置后，移动端头17停住，第一计算机10驱动转轴16转动并带动球壳12闭合包裹住探针15的针尖部，生成水合物颗粒后，球壳12打开，固定端头14收紧弹簧13，将移动端头17连同球壳12一起拉回到原位置。
所述的压力釜18上方设有拍摄水合物颗粒之间粘附力测试状况的高清显微镜6，高清显微镜6线路连接有第二计算机7，以方便实时监测实验过程。
其中，所述的探针15在非工作状态时处于收缩状态，只露出一部分针尖部，生成水合物颗粒时向外伸出大约一半的长度，测量颗粒间粘附力时探针15绝大部分伸出操作杆4外，并利用探针15尾端的卡槽将其固定在操纵杆4前端，防止其滑出，实验结束后，探针15绝大部分回缩到操纵杆4内部。
物料箱8内部的天然气或水经过外部管线2、内部管线3输送到被球壳12包裹住的探针15针尖部，在压力釜18的低温高压环境中生成水合物颗粒，直至达到其饱和状态，即液滴接触到球壳12内表面后，对测试装置进行降温调压，使球壳12内部的水合物冷却凝结直至形成规则球状的水合物颗粒，然后转轴16转动带动球壳12打开，弹簧13作用力将移动端头17连同球壳12一起复位，此时探针15向外延伸至绝大部分伸出操作杆4外并保持静止不动。
上述两个水合物生成器相向设置，测试时，上方的水合物生成器保持不动，将下方水合物生成器的操纵杆4向上移动，使两个水合物生成器的探针15针尖部上下对应贴近，开始进行水合物颗粒间粘附力的测量实验，实验全程由高清显微镜6与第二计算机7拍摄记录。实验结束后，探针15向操纵杆4内部回缩至原位置，整体实验结束。
本发明中的球壳12在生成水合物颗粒时，可最大程度地消除其形状不规则性，可以生成同一直径的规则球形颗粒，方便进行测量计算，消除外部影响因素，且可省去计算等效半径R*这一步骤，提高了实验效率与准确率，并可实现边注入边生成的效果，减少外界因素的干扰影响。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种可形成规则球状水合物颗粒的粘附力测试装置，具有两个上下对应设置在压力釜内的水合物生成器，压力釜外设有物料箱，其特征是：所述的水合物生成器包括可开闭的球壳、操纵杆及中空的探针，所述探针滑动设在操纵杆内，物料箱与探针内腔管路连接传输物料，所述的球壳可在伸出操纵杆外的探针的管体上作水平移动，在生成水合物颗粒时所述球壳呈闭合状态将探针的针尖部包裹其中，水合物颗粒生成后球壳后退打开使探针的针尖部外露，测试时两个水合物生成器的探针的针尖部上下对应以测试水合物颗粒之间的粘附力。
2.如权利要求1所述的水合物颗粒的粘附力测试装置，其特征是：所述的操纵杆前端安装有固定端头，探针管体上设有移动端头，所述的球壳由上下两个半球形壳组成，两个半球形壳通过转轴与移动端头相连，移动端头与固定端头之间连接有弹簧。
3.如权利要求2所述的水合物颗粒的粘附力测试装置，其特征是：所述的操纵杆内安装有内部数据线，内部数据线连接有外部数据线，外部数据线连接有第一计算机，所述的内部数据线与移动端头相连而驱动移动端头移动。
4.如权利要求1所述的水合物颗粒的粘附力测试装置，其特征是：所述的物料箱连接有外部管线，操纵杆内设有与探针尾端连接的内部管线，外部管线与内部管线连接。
5.如权利要求1所述的水合物颗粒的粘附力测试装置，其特征是：所述的压力釜上方设有拍摄水合物颗粒之间粘附力测试状况的高清显微镜，高清显微镜线路连接有第二计算机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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