CN116990205A - 一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置及方法，属于水合物模拟领域，装置包括注入水容器、注水泵组、气瓶、空气压缩机、增压泵、气体高压容器、回压阀、容器、湿式气体流量计、数据采集仪、恒温水浴和设置在恒温水浴内的水合物分布模拟装置，注入水容器与注水泵组连通；气瓶、空压机均与增压泵连通，增压泵与气体高压容器连通；气体高压容器和注水泵组均与水合物分布模拟装置的入口连通；水合物分布模拟装置的出口、回压阀、容器依次连通。本发明利用不同位置的电阻变化特点表征水合物含量的变化，实现对水合物分布的监控；通过电极的空间分布实现对水合物分布的空间判断，每个电极的位置可重复利用。
Description
本申请是名为《一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置及方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2019年12月14日，申请号为201911341575.9。
技术领域
本发明涉及水合物模拟领域，特别是涉及一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置及方法。
背景技术
水合物是一种结晶类物质，尤其是甲烷水合物目前已经被作为一种潜在的清洁能源而受到广泛的关注。水合物的存在会使得储层的基本物性(如渗透性、导热性等)发生改变，因此不同的水合物分布具有不同的基本物性。在实际水合物储层的开发中，主要是通过测井、地震、人工源电磁法等手段获取，但对于实验室条件来说，人们常常使用人工的含水合物多孔介质开展相关实验研究，并假设水合物在多孔介质中是处于均匀分布的状态，但是实际上水合物在多孔介质中的分布并不是均匀的，这就造成了实验获得的结果偏差较大，降低了对实际的指导意义，因此水合物在实验室中的水合物分布情况，应该被作为一种重要的“前提”进行研究，以确保人们能够评估水合物分布的非均质性对实验结果的影响，但实验室常用的CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)由于造价昂贵以及尺度范围很小，很难适应不同尺度下实验样品中的水合物分布判断的需求，因此亟需满足这一要求的设备以及相应的判断方法。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置及方法。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：
一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置，包括气瓶、空气压缩机、增压泵、气体高压容器、注入水容器、注水泵组、回压阀、容器、湿式气体流量计、数据采集仪、恒温水浴及水合物分布模拟装置；
所述气瓶通过气瓶出口控制阀及增压泵进口阀与所述增压泵连通，所述空气压缩机通过空气压缩机出口阀与所述增压泵连通，所述增压泵通过增压泵出口阀及气体高压容器进口阀与所述气体高压容器连通；所述气体高压容器通过气体高压容器出口阀、气体控制闸阀及模拟装置进口阀与所述水合物分布模拟装置的入口连通；所述空气压缩机用于对所述气瓶中的气体进行增压；所述气体高压容器用于存储增压后的气体，并对所述水合物分布模拟装置加压；
所述注入水容器通过进水闸阀与所述注水泵组连通；所述注水泵组通过出口闸阀及模拟装置进口阀与所述水合物分布模拟装置的入口连通；所述注水泵组用于向所述水合物分布模拟装置中注入水，以将所述水合物分布模拟装置中的气体排出，并对所述水合物分布模拟装置加压；
所述水合物分布模拟装置设置在所述恒温水浴内；所述水合物分布模拟装置的前后上下四个面均设有成行成列阵列相间布置的压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、电阻电极探头及温度探头；
所述回压阀的两端分别通过模拟装置出口阀与所述水合物分布模拟装置的出口连通，通过进口控制阀与所述容器连通；所述容器上设有气体外派管线，所述湿式气体流量计安装在所述气体外派管线上；
所述数据采集仪分别与各压力传感器Ⅰ、各压力传感器Ⅱ、各电阻电极探头、各温度探头、所述回压阀及所述湿式气体流量计电性连接；所述数据采集仪用于在水合物生成过程中，通过各压力传感器Ⅰ、各压力传感器Ⅱ、各电阻电极探头、各温度探头、所述回压阀及所述湿式气体流量计获取电阻及温度，以确定水合物在多孔介质中的分布。
进一步的技术方案是，所述注水泵组包括并联设置的注水泵Ⅰ及注水泵Ⅱ；所述注水泵Ⅰ通过出口闸阀Ⅰ及模拟装置进口阀与所述水合物分布模拟装置的入口连通；所述注水泵Ⅱ通过出口闸阀Ⅱ与所述水合物分布模拟装置的入口连通。
进一步的技术方案是，所述水合物分布模拟装置包括反应釜、入口法兰盘及视窗法兰组；所述入口法兰盘及所述视窗法兰组分别连接在所述反应釜两端的入口；
所述视窗法兰组包括视窗法兰盘Ⅰ、视窗玻璃及视窗法兰盘Ⅱ；所述视窗法兰盘Ⅰ及所述视窗法兰盘Ⅱ夹紧所述视窗玻璃，并通过螺栓连接在所述反应釜的一端。
进一步的技术方案是，所述视窗法兰盘Ⅰ与所述反应釜之间设有视窗法兰垫圈，所述入口法兰盘与所述反应釜之间设有入口法兰垫圈。
进一步的技术方案是，所述测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置还包括压力表；所述压力表设置在所述气体高压容器与所述水合物分布模拟装置之间。
进一步的技术方案是，所述容器的底部设有天平。
一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟方法，包括以下步骤：
(1)将多孔介质干燥后，填充至水合物分布模拟装置中；
(2)关闭出口闸阀，打开气体高压容器出口阀、气体控制闸阀、气瓶出口控制阀、增压泵进口阀及增压泵出口阀，开启空气压缩机，打开空气压缩机出口阀，对气瓶中的气体进行增压，并将增压后的气体存储至气体高压容器；
(3)通过气体高压容器对水合物分布模拟装置加压到一定的压力数值，对装置进行检漏；
(4)打开模拟装置出口阀、回压阀及进口控制阀，若在24小时内，气体的压力的误差小于设定阈值，则水合物分布模拟装置的密闭性满足条件，并将气体排出泄压；
(5)将恒温水浴的温度调节至需要的温度，关闭模拟装置出口阀；
(6)开启进水闸阀及注水泵组，向水合物分布模拟装置中注入水，将气体排出，并且增压至一定压力数值；
(7)关闭出口闸阀，打开气体控制闸阀，打开模拟装置出口阀，用气体排出一定体积的水给予注入气腾出部分空间，并将水合物分布模拟装置增压至需要的压力；
(8)继续用注水泵组给水合物分布模拟装置加压至需求的压力，给水合物生成提供动力；
(9)关闭模拟装置进口阀及模拟装置出口阀，水合物逐步生成；
(10)在水合物生成期间，通过水合物分布模拟装置的前后上下四个面成行成列阵列相间布置的压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、电阻电极探头及温度探头测量温度及电阻，以确定水合物在多孔介质中的分布。
本发明具有以下有益效果：
(1)利用不同位置的电阻变化特点来表征水合物含量的变化，实现了对水合物分布的监控；
(2)通过将电极的空间分布，实现对水合物分布的空间判断，每个电极的位置实现了重复利用，可根据测量位置的需要而更换；
(3)设备也实现了降压开采、注热开采、井网调整等研究内容的模拟，能够满足以水合物分布为基础，来研究和认识水合物的开采规律。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置的结构示意图；
图2是水合物分布模拟装置的结构示意图；
图3是水合物分布模拟装置的右视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1所示，本发明提供一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置，包括注入水容器1、注水泵组、气瓶7、空气压缩机12、增压泵10、气体高压容器17、回压阀27、容器29、湿式气体流量计30、数据采集仪32、恒温水浴20和设置在所述恒温水浴20内的水合物分布模拟装置21。
所述注入水容器1、进水闸阀2、注水泵组依次连通，所述注水泵组包括并联设置的注水泵Ⅰ3、注水泵Ⅱ5，所述注水泵Ⅰ3、注水泵Ⅱ5的出口端分别设有出口闸阀Ⅰ4、出口闸阀Ⅱ6。
所述气瓶7、气瓶出口控制阀8、增压泵进口阀9、增压泵10依次连通，所述空气压缩机12、空气压缩机出口阀11、增压泵10依次连通，所述增压泵10、增压泵出口阀13、气体高压容器进口阀14、气体高压容器17依次连通。所述气体高压容器17、压力表15、气体高压容器出口阀16、气体控制闸阀18依次连通。
所述水合物分布模拟装置21的两端分别设有模拟装置进口阀19及模拟装置出口阀26，所述模拟装置进口阀19分别与气体控制闸阀18及出口闸阀Ⅱ6连通。
所述模拟装置出口阀26、回压阀27、进口控制阀28、容器29依次连通。
所述水合物分布模拟装置21的前后上下四个面均设有成行成列阵列相间布置的压力传感器Ⅰ24、压力传感器Ⅱ25、电阻电极探头22及温度探头23。所述容器29上还设有排气管线31，所述排气管线31上设有湿式气体流量计30。容器29底部设有天平。
所述数据采集仪32分别与压力传感器Ⅰ24、压力传感器Ⅱ25、电阻电极探头22、温度探头23、回压阀27、湿式气体流量计30电性连接。
如图2和图3所示，所述水合物分布模拟装置21包括反应釜211和分别连接在所述反应釜211两端的入口法兰盘212及视窗法兰组，所述视窗法兰组包括视窗法兰盘Ⅰ213、视窗玻璃214及视窗法兰盘Ⅱ215，所述视窗法兰盘Ⅰ213及视窗法兰盘Ⅱ215夹紧视窗玻璃214，并通过螺栓连接在所述反应釜211的一端。
其中，视窗法兰盘Ⅰ213与反应釜211之间设有视窗法兰垫圈216，入口法兰盘212与反应釜211之间设有入口法兰垫圈217。
上述装置的实验步骤为：
1、将多孔介质干燥之后，填充于水合物分布模拟装置21中。
2、关闭出口闸阀Ⅱ6，打开气体高压容器出口阀16和气体控制闸阀18，打开气瓶出口控制阀8以及增压泵10的增压泵进口阀9、增压泵出口阀13，开启空气压缩机12，打开空气压缩机出口阀11，对气瓶7中的气体进行增压，存储至气体高压容器17。
3、通过气体高压容器17对水合物分布模拟装置21加压到一定的压力数值，对装置进行检漏。
4、打开模拟装置出口阀26、回压阀27以及进口控制阀28，若在24小时内，气体的压力24小时的误差很小，视为装置的密闭性好，将气体排出泄压。
5、将恒温水浴20的温度调节至需要的温度，关闭模拟装置出口阀26。
6、开启进水闸阀2，开启注水泵Ⅰ3或注水泵Ⅱ5，向水合物分布模拟装置21中注入水，将气体排出，并且增压至一定压力数值。
7、关闭水路的出口闸阀Ⅱ6，打开气体控制闸阀18，打开模拟装置出口阀26，用气体排出一定体积的水给予注入气腾出部分空间，并将水合物分布模拟装置21增压至需要的压力。
8、继续用注水泵Ⅰ3、注水泵Ⅱ5给水合物分布模拟装置21加压至需求的压力，给水合物生成提供动力。
9、关闭模拟装置进口阀19、模拟装置出口阀26，水合物逐步生成。
10、在水合物生成期间，测量电阻和记录温度。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置，其特征在于，所述测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置包括气瓶(7)、空气压缩机(12)、增压泵(10)、气体高压容器(17)、注入水容器(1)、注水泵组、回压阀(27)、容器(29)、湿式气体流量计(30)、数据采集仪(32)、恒温水浴(20)及水合物分布模拟装置(21)；
所述气瓶(7)通过气瓶出口控制阀(8)及增压泵进口阀(9)与所述增压泵(10)连通，所述空气压缩机(12)通过空气压缩机出口阀(11)与所述增压泵(10)连通，所述增压泵(10)通过增压泵出口阀(13)及气体高压容器进口阀(14)与所述气体高压容器(17)连通；所述气体高压容器(17)通过气体高压容器出口阀(16)、气体控制闸阀(18)及模拟装置进口阀(19)与所述水合物分布模拟装置(21)的入口连通；所述空气压缩机(12)用于对所述气瓶(7)中的气体进行增压；所述气体高压容器(17)用于存储增压后的气体，并对所述水合物分布模拟装置(21)加压；
所述注入水容器(1)通过进水闸阀(2)与所述注水泵组连通；所述注水泵组通过出口闸阀及模拟装置进口阀(19)与所述水合物分布模拟装置(21)的入口连通；所述注水泵组用于向所述水合物分布模拟装置(21)中注入水，以将所述水合物分布模拟装置(21)中的气体排出，并对所述水合物分布模拟装置(21)加压；
所述水合物分布模拟装置(21)设置在所述恒温水浴(20)内；所述水合物分布模拟装置(21)的前后上下四个面均设有成行成列阵列相间布置的压力传感器Ⅰ(24)、压力传感器Ⅱ(25)、电阻电极探头(22)及温度探头(23)；
所述回压阀(27)的两端分别通过模拟装置出口阀(26)与所述水合物分布模拟装置(21)的出口连通，通过进口控制阀(28)与所述容器(29)连通；所述容器(29)上设有气体外派管线(31)，所述湿式气体流量计(30)安装在所述气体外派管线(31)上；
所述数据采集仪(32)分别与各压力传感器Ⅰ(24)、各压力传感器Ⅱ(25)、各电阻电极探头(22)、各温度探头(23)、所述回压阀(27)及所述湿式气体流量计(30)电性连接；所述数据采集仪(32)用于在水合物生成过程中，通过各压力传感器Ⅰ(24)、各压力传感器Ⅱ(25)、各电阻电极探头(22)、各温度探头(23)、所述回压阀(27)及所述湿式气体流量计(30)获取电阻及温度，以确定水合物在多孔介质中的分布。
2.根据权利要求1所述的测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置，其特征在于，所述注水泵组包括并联设置的注水泵Ⅰ(3)及注水泵Ⅱ(5)；所述注水泵Ⅰ(3)通过出口闸阀Ⅰ(4)及模拟装置进口阀(19)与所述水合物分布模拟装置(21)的入口连通；所述注水泵Ⅱ(5)通过出口闸阀Ⅱ(6)与所述水合物分布模拟装置(21)的入口连通。
3.根据权利要求1所述的测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置，其特征在于，所述水合物分布模拟装置(21)包括反应釜(211)、入口法兰盘(212)及视窗法兰组；所述入口法兰盘(212)及所述视窗法兰组分别连接在所述反应釜(211)两端的入口；
所述视窗法兰组包括视窗法兰盘Ⅰ(213)、视窗玻璃(214)及视窗法兰盘Ⅱ(215)；所述视窗法兰盘Ⅰ(213)及所述视窗法兰盘Ⅱ(215)夹紧所述视窗玻璃(214)，并通过螺栓连接在所述反应釜(211)的一端。
4.根据权利要求3所述的测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置，其特征在于，所述视窗法兰盘Ⅰ(213)与所述反应釜(211)之间设有视窗法兰垫圈(216)，所述入口法兰盘(212)与所述反应釜(211)之间设有入口法兰垫圈(217)。
5.根据权利要求1所述的测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置，其特征在于，所述测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置还包括压力表(15)；所述压力表(15)设置在所述气体高压容器(17)与所述水合物分布模拟装置(21)之间。
6.根据权利要求1所述的测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置，其特征在于，所述容器(19)的底部设有天平。
7.一种测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟方法，应用权利要求1-6任一项所述的测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟装置，其特征在于，所述测定水合物在多孔介质中分布的实验模拟方法包括：
将多孔介质干燥后，填充至水合物分布模拟装置(21)中；
关闭出口闸阀，打开气体高压容器出口阀(16)、气体控制闸阀(18)、气瓶出口控制阀(8)、增压泵进口阀(9)及增压泵出口阀(13)，开启空气压缩机(12)，打开空气压缩机出口阀(11)，对气瓶(7)中的气体进行增压，并将增压后的气体存储至气体高压容器(17)；
通过气体高压容器(17)对水合物分布模拟装置(21)加压到一定的压力数值，对装置进行检漏；
打开模拟装置出口阀(26)、回压阀(27)及进口控制阀(28)，若在24小时内，气体的压力的误差小于设定阈值，则水合物分布模拟装置(21)的密闭性满足条件，并将气体排出泄压；
将恒温水浴(20)的温度调节至需要的温度，关闭模拟装置出口阀(26)；
开启进水闸阀(2)及注水泵组，向水合物分布模拟装置(21)中注入水，将气体排出，并且增压至一定压力数值；
关闭出口闸阀，打开气体控制闸阀(18)，打开模拟装置出口阀(26)，用气体排出一定体积的水给予注入气腾出部分空间，并将水合物分布模拟装置(21)增压至需要的压力；
继续用注水泵组给水合物分布模拟装置(21)加压至需求的压力，给水合物生成提供动力；
关闭模拟装置进口阀(19)及模拟装置出口阀(26)，水合物逐步生成；
在水合物生成期间，通过水合物分布模拟装置(21)的前后上下四个面成行成列阵列相间布置的压力传感器Ⅰ(24)、压力传感器Ⅱ(25)、电阻电极探头(22)及温度探头(23)测量温度及电阻，以确定水合物在多孔介质中的分布。
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