[发明专利]一种多功能水合物特性测试实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及了一种天然气水合物实验装置，尤其涉及一种多功能水合物特性测试实验装置。

背景技术

天然气水合物又称可燃冰，是一种天然的无污染的绿色能源。其热值极高，在同等条件下，完全燃烧放出的热量可达到煤气的数十倍。现已勘查探明的天然气水合物中的含碳量相当于已探明现有化石能源（石油、天然气和煤）含碳量总和的2倍，大多储藏在近海大陆架的沉积层，少量储存在高原冻土区，可满足人类未来1000年的能源需求。因此，被认为是具有替代石油、煤和天然气等传统能源巨大潜力的新型能源。

在我国，煤炭是主体能源，在我国一次能源消费结构中煤炭占约70%。大量煤炭的燃烧是引起近年来中国空气质量下降的主要原因之一。全国出现大范围雾霾天气，治理雾霾必须要降低化石能源消费、减少大气污染物排放、提倡和发展清洁能源。这就要求从根本上变革中国现有能源结构，完成以清洁能源为主的绿色变革。正是在此背景下，人们将目光瞄向太阳能、风能等清洁能源的同时，对“可燃冰”寄与更多希望，期待我国蕴藏丰富的“能源之王”担当起绿色变革的重任。

在能源稀缺和环境问题更加严峻的今天，如果能够实现天然气水合物的大规模开采，将对缓解人类当前的能源危机及改善居住环境具有重要的战略意义。未来世界的竞争将是能源的竞争，天然气水合物作为一种新型能源以其高热量、储量大和绿色环保的特点引起了世界各国的极大注意，研究天然气水合物的力学特性，掌握天然气水合物的开采技术十分必要。

从天然气水合物沉积层中采收天然气会使海底沉积层强度降低，增加海床的不稳定性，可能引起地质塌陷，海底滑坡等灾害。如何经济高效，安全的开采天然气水合物，同时又不会引起海底滑坡与沉积层坍塌等地质灾害，需要深入研究水合物沉积物的力学特性。

传统的三轴压缩仪具有原理简单和操作简便的优点，通过改造可以实现天然气水合物试件的三轴压缩实验，但是，传统的三轴压缩仪只能测量土样的体变，无法测得天然气水合物试件的体变。通过改造传统的三轴压缩仪只能测得天然气水合物试件力与变形的曲线，同时，由于仪器构件之间的摩擦导致所得的力偏大，实验结果的可靠度有待校正。改造的三轴压缩仪只能测量水合物试件力与位移的关系，不能监测水合物试件的体变和渗透率等性质，不能监测水合物分解过程中水合物试件的力学性质。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够有效解决水合物试件三轴压缩实验中力值偏大的问题，同时还可以监测水合物试件的三轴压缩时的体变特性，水合物分解过程中水合物试件的力学性质以及天然气水合物渗透率的多功能水合物特性测试实验装置。

本发明采用如下技术方案：

一种多功能水合物特性测试实验装置：其特征在于：包括供气系统、增压系统、围压控制系统、恒温气浴系统、加载系统、夹持系统、数据采集系统，增压系统、围压控制系统、加载系统、夹持系统处于恒温气浴环境中；供气系统配置要求组分的气体经过增压系统增压后进入夹持系统，围压控制系统将低温液体送入夹持系统，为水合物试件提供围压；加载系统固定夹持系统并对水合物试件施加轴向载荷；数据采集系统采集系统检测数据。

所述的一种多功能水合物特性测试实验装置，其特征在于：夹持系统由（1）缸体、（2a）左端盖、（2b）右端盖、（3a）左卡环、（3b）右卡环、（4a）左承力柱、（4b）右承力柱、（5a）进气腔、（5b）出气腔、（6a）左压块、（6b）右压块、（7a）左压力传感器、（7b）右压力传感器、（8a）左渗透板、（8b）右渗透板、（9）水合物试件、（10）柔性温度控制器、（11）进液嘴、（12）出液嘴、（13）进气嘴、（14）出气嘴组成。

所述的一种多功能水合物特性测试实验装置，其特征在于：（1）缸体与（2a）左端盖和（2b）右端盖之间通过螺纹及密封圈密封；（2a）左端盖与（4a）左承力柱之间及（2b）右端盖与（4b）右承力柱之间通过螺纹及密封圈密封。

所述的一种多功能水合物特性测试实验装置，其特征在于：（6a）左压块与（7a）左压力传感器紧密装配在一起，（6b）右压块与（7b）右压力传感器紧密装配在一起，（6a）左压块和（6b）右压块中间设置有小孔；（7a）左压力传感器和（7b）右压力传感器中间设置有小孔，且分别与压力块的孔相对应。

附图说明

图1是本发明多功能水合物特性测试实验装置工作原理框图。

图2是本发明多功能水合物特性测试实验装置夹持系统结构示意图。

图3是本发明多功能水合物特性测试实验装置加载系统结构示意图。