[发明专利]一种为水合物同时加载围压和覆压的装置及方法

说明书

本发明涉及一种为水合物同时加载围压和覆压的装置及方法，包括反应釜、套筒、开采井、注液管和活塞；反应釜包括不锈钢套、顶塞和底塞；不锈钢套上、下两端分别与顶塞和底塞密封连接；套筒设置在不锈钢套内，且套筒下部套设在底塞顶部预留的凸起外侧，套筒上部与顶塞不接触；活塞设置在套筒内，且活塞能够在套筒内上下移动；开采井和注液管设置在顶塞和活塞之间，且能够随活塞的上下移动而伸缩；顶塞下部、套筒上部以及活塞上部形成覆压腔；顶塞下部、底塞上部、套筒外部以及不锈钢套内部之间形成围压腔，且围压腔与覆压腔连通；套筒下部、活塞下部以及底塞上部之间形成用于形成水合物样品的制备腔。本发明可以广泛应用于水合物开采领域。

技术领域

本发明涉及天然气水合物样品制备技术领域，具体涉及一种为水合物同时加载围压和覆压的装置及方法，用于还原天然气水合物在自然界的赋存环境，探究围压和覆压环境下水合物的生成和分解特性。

背景技术

广泛分布于大陆边缘海底和永久冻土区沉积物中的天然气水合物，被誉为是未来最有应用前景的新能源之一。但是，由于天然气水合物在自然界赋存条件复杂，并且对水合物的开采特性研究还未完善，限制和延迟了天然气水合物的商业化开发。直接进行自然界中的水合物原位研究技术难度大、成本耗资高，因此通过还原自然界水合物的生成环境，在实验室中研究水合物的性质特点就很有意义。

天然气水合物是由烃类气体和水在低温高压作用下生成的一种笼型晶体化合物。天然气水合物稳定存在所需的地质条件，决定了水合物存在于海平面以下六百米的海底或地平面二百至一千一百米的永久冻土区。包括美国、日本和中国在内的国家都在其近海开展了本国海洋天然气水合物的试采项目。然而，海洋天然气水合物的赋存环境，必须考虑围压和覆压，其中围压与水深、上覆层的厚度和密度有关。目前，实验室所用的水合物生成和分解相关的模拟装置，几乎都不能实现同时加载围压和覆压。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种为水合物同时加载围压和覆压的装置及方法，能够为水合物提供围压和覆压，以实现真实地还原天然气水合物在自然界的赋存环境，从而能更好的开展水合物生成和分解相关的研究。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种为水合物同时加载围压和覆压的装置，其包括：反应釜、套筒、开采井、注液管以及活塞；所述反应釜包括不锈钢套、顶塞和底塞；所述不锈钢套上、下两端分别与所述顶塞和底塞密封连接；所述套筒设置在所述不锈钢套内，且所述套筒下部套设在所述底塞顶部预留的凸起外侧，所述套筒上部与所述顶塞不接触；所述活塞设置在所述套筒内，且所述活塞能够在所述套筒内上下移动；所述开采井和注液管设置在所述顶塞和活塞之间，且能够随所述活塞的上下移动而伸缩；所述顶塞下部、套筒上部内壁以及活塞上部形成覆压腔；所述顶塞下部、底塞上部、套筒外部以及不锈钢套内部之间形成围压腔，且所述围压腔与所述覆压腔连通；所述套筒下部、活塞下部以及底塞上部之间形成用于形成水合物样品的制备腔。

进一步地，所述装置还包括位移检测装置，所述位移检测装置包括传动杆和位移传感器，所述传动杆由所述顶塞中部预留的安装孔插入所述套筒内，且所述传动杆下部与所述活塞连接，所述传动杆上部与所述位移传感器连接，由所述位移传感器记录所述活塞的位移。

进一步地，所述开采井、注液管下部均与制备腔连通。

进一步地，所述顶塞上部设置有用于与所述不锈钢套上部连接的凸缘，所述顶塞下部插设在所述不锈钢套上部内侧，且所述顶塞下部与所述不锈钢套上部内侧接触面之间设置有密封圈；所述底塞下部设置有用于与所述不锈钢套下部螺栓连接的凸缘，所述底塞上部插设在所述不锈钢套下部内侧，且所述底塞上部与所述不锈钢套下部内侧接触面之间设置有密封圈。

进一步地，所述顶塞上预留有加压液入口和加压液出口，且所述加压液入口和加压液出口均与所述围压腔连通，用于向所述围压腔和覆压腔注入或排出加压液。