[发明专利]用于研究气体水合物相变规律的系统及方法

说明书

本发明涉及天然气水合物应用领域，公开了一种用于研究气体水合物相变规律的系统及方法，该系统包括供应机构、水合物生成机构和传感分析机构，所述供应机构连接所述水合物生成机构以向所述水合物生成机构供应用于生成水合物的气体和液体，所述水合物生成机构配置为其用于容纳所述气体和所述液体的场所的压力和温度可调，以使所述气体和所述液体能够发生反应生成水合物，所述传感分析机构连接所述水合物生成机构以对所述水合物生成机构中所发生的反应过程进行监测。本申请提供的系统能够对水合物的相变过程进行监测，从而研究水合物的相变规律，为安全、高效地开展涉及水合物相变的生产作业提供理论支持与优化设计依据。

技术领域

本发明涉及天然气水合物应用领域，具体地涉及一种用于研究气体水合物相变规律的系统及其使用方法。

背景技术

天然气水合物是一种重要的可替代清洁能源，具有能量密度高、储量巨大、燃烧后污染小等特点，广泛分布于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。同常规化石能源相比，天然气水合物的稳定赋存需要低温、高压条件，且其在有限的孔隙空间内会发生气-液-固之间的相态转化，使对应的多相流动更加复杂，严重时会引发包括井筒堵塞、井喷井涌、地层坍塌、海底滑坡等灾害。因此，有必要对水合物在不同工况下的相平衡及多相流动规律展开深入了解。

目前已有的研究主要以单组分气体为研究对象，且多采用宏观尺度的实验模拟方法。由于真实赋存于自然界的天然气水合物并不是某种纯净的单一组分气体，各种气体组分之间会由于气体分子的极性、尺寸等属性而具备不同的水合物相变特征，且可能随着气体组分、比例的不同，各组分之间相互影响的规律也会发生变化。同时，宏观尺度的实验模拟方法通常适用于宏观规律探索与拟合，但难以解释宏观规律背后起到诱发作用的微观机理。因此，有必要设计一种针对多组分气体为研究对象的装置，研究不同条件下多组分气体的水合物生成/分解优先性、不同气体组分分布规律、不同气体水合物颗粒分布规律、气体组分相互之间对各自水合物相变的促进/妨碍规律，为安全、高效地开展涉及水合物相变的生产作业提供理论支持与优化设计依据。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的没有适当的系统或者装置研究水合物的相变规律的问题，提供一种用于研究气体水合物相变规律的系统。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于研究气体水合物相变规律的系统，该系统包括供应机构、水合物生成机构和传感分析机构，所述供应机构连接所述水合物生成机构以向所述水合物生成机构供应用于生成水合物的气体和液体，所述水合物生成机构配置为其用于容纳所述气体和所述液体的场所的压力和温度可调，以使所述气体和所述液体能够发生反应生成水合物，所述传感分析机构连接所述水合物生成机构以对所述水合物生成机构中所发生的反应过程进行监测。

优选地，所述水合物生成机构包括透明的反应容器和位于所述反应容器中的活塞，所述反应容器和所述活塞构成反应腔室，所述反应腔室连通所述供应机构，所述活塞能够在所述反应容器中移动以改变所述反应腔室的容积和压力，所述反应容器中设置有磁力旋转搅拌球，所述水合物生成机构包括用于支撑并带动所述反应容器发生旋转的旋转单元，以使所述磁力旋转搅拌球在所述反应腔室中运动。

优选地，所述传感分析机构包括力学传感器、压力传感器和温度传感器，所述力学传感器设置在所述活塞的活塞面上以及所述反应容器的与所述活塞面相对的端面上，所述压力传感器用于监测所述反应腔室中的压力，所述温度传感器用于监测所述反应腔室中的温度。

优选地，所述传感分析机构包括红外单元、热导单元和核磁共振单元，所述红外单元包括用于照射所述反应腔室的红外光源和连接所述红外光源的红外气体分析仪，所述活塞上设置有用于配合所述红外光源的发射板；所述热导单元包括伸入所述反应腔室中的热敏探头和连接所述热敏探头的热导式气体分析仪；所述核磁共振单元包括包覆所述反应容器的核磁共振监测容器和连接所述核磁共振监测容器的核磁共振元素分析仪，所述核磁共振监测容器用于监测所述反应腔体中利用同位素标记法所标记的同位素，所述核磁共振元素分析仪用于分析所述核磁共振监测容器的监测结果。