[发明专利]一种天然气水合物合成与分解多参数测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及工业测试设备，具体涉及一种天然气水合物合成与分解多参数测试装置。

背景技术

天然气水合物作为一种潜在的优质、清洁能源，在全球范围储量大、分布广，日益受到各国政府和科研人员的重视，已成为能源和资源领域的一大研究热点。

天然气水合物，又称笼形包合物，它是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧，又被称为“易燃冰”或“可燃冰”。水合物沉积物是指蕴含水合物的粘土、砂以及混合土等土质的沉积物质，其力学性质是水合物底层稳定性分析及水合物开发评价、资源评估的重要基础参数。采用现有技术进行水合物沉积物现场取心尚不够成熟，各国学者对其力学性质的研究主要是通过室内试验制备模拟水合物沉积物来实现。因此，天然气水合物的合成与分解实验研究，以及天然气水合物力学等参数的研究势在必行。而为了能够有效模拟天然气水合物的合成与分解以及测试天然气水合物力学等参数，很有必要研发出一套苛刻的水合物实验装置，为此，各国科研人员付出了巨大努力，并取得了一定成果。

在现有技术中，天然气水合物的合成与分解主要有两种方法，一是在水溶液中进行，二是在多孔介质中进行，而在多孔介质中进行天然气水合物的合成和分解实验研究更接近实际水合物藏的情况，可以为今后天然气水合物藏的开采提供数据。已公布的技术专利中，天然气水合物实验装置已经可以实现在多孔介质中合成和分解天然气水合物，一些装置还能实现实时监测天然气水合物合成与分解过程，或者对天然气水合物某些参数(如声学、电学、力学等)进行测试。但是很多装置都是只针对某一具体研究目标来设计建立的，功能比较单一。

CN2014203755687.0公布了含天然气水合物岩样的生成及声电特性测试一体化装置，其装置可在柱塞岩样中生成天然气水合物，并可实现模拟多相流体状态下的声波速度和电阻率动态监测。但其天然气水合物岩样生成装置为在储液罐中通过搅拌器将盐水和甲烷气体混合溶解，在将混合溶解后的溶液注入岩心筒，其生成的水合物岩样中含气量有限，不能很好模拟水合物沉积物实际情况。并且该装置的岩心筒完全置于控温浴槽中，不能快速拆卸取样；该装置也不能测试水合物力学参数。CN201310225265.7公布了天然气水合物沉积物动三轴力学-声学-电学同步测试的实验装置及方法，其装置可对天然气水合物动三轴力学及声波、电学特性同步测试。其力学主要通过声波测试值计算弹性模量和动态泊松比，不能直接反应天然气水合物的抗压强度等性质。CN20102025306.3公布了天然气水合物力学性能实验装置，其装置的三轴仪上端安装有特殊设计的加载杆，加载杆与力传感器相连，还可安装时域反射探针，反应室内设有热电阻。但该装置不能测试天然气水合物的声学和电学性能。

综上所述，已公布的天然气水合物实验装置的综合性不够强，存在较多测试不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种天然气水合物合成与分解多参数测试装置，该装置不仅能模拟天然气水合物的合成与分解，还能测试天然气水合物声波、电阻、力学、合成速度、分解气体量、孔隙度、渗透率、热导率等多种参数，其中力学参数不仅仅是由声波测试值计算得到的动态杨氏模量和泊松比，还包括直接测量得到其静态值及水合物的抗压强度；该装置还能实现可视化和快速取心的功能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种天然气水合物合成与分解多参数测试装置，所述测试装置包括高压反应系统、低温冷却系统、参数测试系统和数据采集系统；

高压反应系统包括反应夹持器、抽真空系统、天然气供给系统、盐水供给系统、可视化系统和出入口计量室；低温冷却系统由低温水浴槽和安装在夹持器上的岩心制冷系统组成；参数测试系统由径向形变测量系统、轴向形变测量系统、电阻测量系统、超声波测量系统、温度检测系统、水相计量装置、气相计量装置和总气量计量装置组成；高压反应系统中的反应夹持器、参数测试系统和数据采集系统均安装在仪器柜内。

优选的，反应夹持器由高压釜体、轴压系统、保温系统、绝缘上柱塞和可动下柱塞组成。

优选的，高压釜体内部设置有岩心制冷系统、围压系统，釜体内壁安装有自密封胶套，既可用于对水合物样品加围压，也可用于测水合物径向形变。