[发明专利]一种气体水合物颗粒与蜡晶颗粒间粘附力的测试装置

说明书

本发明提供了一种气体水合物颗粒与蜡晶颗粒间粘附力的测试装置，包括高清显微镜、制冷机构、对应制冷机构设置的蜡晶生成装置和水合物颗粒承托装置。本发明以在测量水合物颗粒间粘附力的实验过程中减少测量玻璃纤维弹性模量这一步骤，也可以边生成蜡晶颗粒边测试其与水合物颗粒间的作用力，且在高清显微镜的可视窗内增加探针数组，达到一次多测的实验效果，可以大幅度减少实验次数，提高实验效率和准确率，对评价水合物储层的力学性质以及指导水合物开采具有显著的实用价值。

技术领域

本发明涉及水合物研究技术领域，尤其涉及一种气体水合物颗粒与蜡晶颗粒间粘附力的测试装置。

背景技术

天然气水合物通常是指由天然气中的主要成分(CH₄,C₂H₆等气体)与水在高压低温条件下形成的非化学计量笼形络合物。在水合物资源开采和油气输运过程中，管道中流体的组分包含天然气和水。在这种流动状态下，由于管道中的低温高压条件，液相中微小的气泡以及气相中凝结的水滴可能形成水合物颗粒。水合物颗粒在随流体流动过程中会发生聚集并可能附着于管壁，最终堵塞管道，造成局部压力升高、开采效率降低并导致潜在的安全问题。典型的管道内水合物堵塞形成过程由以下4个阶段构成(1)气泡在液相中的悬浮以及液滴在管道壁面的凝结；(2)水合物颗粒在液相和壁面的成核及生长；(3)水合物颗粒在流动中的聚集与沉积；(4)沉积物体积逐渐增加，最终堵塞管道。除了水流堵塞管线外，蜡的沉淀和沉积也是常见的问题，对海底流动保证造成了重大威胁。当蜡质原油的工作温度降至蜡外观温度(WAT)以下时，蜡分子将从液相中沉淀出来，形成三维结构。这些颗粒的沉积将进一步导致流量截面积减小和压降增加，如果足够严重，最终将阻止流量。此外，一旦发生堵塞，补救措施，例如更换堵塞的管道和生产延迟，将造成巨大的经济损失。蜡的沉淀和沉积在很大程度上取决于管道的流体温度。因此，由于海底管道中的流体是在低温和高压条件下运输的事实，天然气水合物的形成和蜡的沉淀可能同时发生，从而导致更为复杂的流动条件和对海底管道运行的更大挑战。在上述过程中，导致水合物发生聚集和沉积的根本原因是水合物颗粒间以及水合物颗粒与管道壁面间的粘附力。

我国所生产的原油80％以上都是凝点高、粘度大的含蜡原油。在管输过程中受到环境条件的影响容易产生蜡沉积，与水合物混合后造成更为严重的管道堵塞，为管道的正常运行带来巨大的安全隐患，而生成的堵塞根本原因时由于水合物颗粒与蜡晶颗粒间以及水合物颗粒与蜡沉积壁面之间的粘附力。

现有的测试水合物颗粒与蜡晶颗粒间微力的测试装置通过在显微摄像仪下的探针上生成一粒蜡晶颗粒，再由另一个探针上的水合物颗粒与之粘合后分离，通过记录两者的形变量计算两者之间的粘附力，现有方法都是一对一的水合物颗粒间粘附力测量，其操作繁琐，而且失败率很高。同时在测试中，测试平面采用玻璃纤维，需要预先测量玻璃纤维的弹性模量，测试过程复杂繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术之不足，本发明提供可快速高效测量气体水合物颗粒间粘附力，其能达到一组多测，减少实验次数，消除外部影响因素，且省去测量玻璃纤维这一步骤，更加方便快捷的一种气体水合物颗粒与蜡晶颗粒间粘附力的测试装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种气体水合物颗粒与蜡晶颗粒间粘附力的测试装置，包括高清显微镜、制冷机构、对应制冷机构设置的蜡晶生成装置和水合物颗粒承托装置；所述的制冷机构包括主压力釜、冷台和制冷循环器，所述的制冷循环器具有制冷剂进口和制冷剂出口出口，所述的制冷剂进口和制冷剂出口分别通过管路与主压力釜连接，所述的主压力釜上还连通有进气管路，所述进气管路上设有进气阀，所述的冷台设置在主压力釜内；所述的蜡晶生成装置包括中空固定悬臂和间隔设置在中空固定悬臂上表面的若干中空T型探针，中空固定悬臂与中空T型探针内部均具有空腔，且两者空腔连通，所述的中空固定悬臂端部通过线路连接有蜡晶加热装置；所述的水合物颗粒承托装置包括成对设置的手动操纵杆，手动操纵杆之间固定有水平悬臂，所述的水平悬臂下方则固定有若干口字型探针，所述的口字型探针与中空T型探针数量相同且一一对应，所述的手动操作杆分别连接有微米调节器并由微米调节器控制移动。