一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置，小容积反应釜与标准气室相连，两者之间设置截止阀；差压传感器两端分别与小容积反应釜以及标准气室相连，通过压差传感器测量小容积反应釜和标准气室之间的气体压力差值；小容积反应釜、标准气室和差压传感器均放置于温度控制模块内，通过温度控制模块控制三者温度相同且恒定。采用差压传感器测量气体压力变化量，差压传感器更易于测量小体积沉积物中水合物合成或分解引起的气体压力微小变化。易于获得合成与分解过程中水合物摩尔含量高分辨率实验数据。温度控制模块有效地避免了温度变化对气体压力的影响，进而保证了水合物含量变化测算准确度。

An experimental device for accurately measuring changes in hydrate content in small volume sediments

The utility model discloses an experimental device for accurately measuring the change of hydrate content in small volume sediments. A small volume reactor is connected to a standard gas chamber, and a cut-off valve is set between the two. The two ends of the differential pressure sensor are connected with a small volume reaction kettle and a standard gas chamber respectively, and the small volume reaction kettle is measured by a differential pressure sensor and the pressure difference sensor is used to measure the small volume reaction kettle and the pressure difference sensor. The gas pressure difference between the standard gas chambers; the small volume reaction kettle, the standard gas chamber and the differential pressure sensor are all placed in the temperature control module, and the temperature control module is used to control the same temperature and constant temperature of the three. The differential pressure sensor is used to measure the change of gas pressure, and the differential pressure sensor is more easy to measure the small change of gas pressure caused by the synthesis or decomposition of hydrates in small volume sediments. It is easy to obtain the high resolution experimental data of hydrate content during the process of synthesis and decomposition. The temperature control module effectively avoids the influence of temperature change on gas pressure, and further ensures the accuracy of hydrate content change.

【技术实现步骤摘要】
一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置
本技术属于非常规油气藏工程与岩土工程基础物性测试
，具体涉及一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置。
技术介绍
天然气水合物是由天然气和水在特定的温度和压力条件下形成的一种笼型结晶化合物，广泛分布于海洋湖泊等深水地层和极地高原等冻土地层中，储量十分巨大，被认为是21世纪最为重要的潜在能源之一，受到了国内外政府和研究机构的高度重视。降压法是天然气水合物试开采的首选方法，但由于水合物储层的渗透性通常较差，该方法的产气效率仍然不能满足现阶段商业化开采的需求，需要开展更为深入的研究以提高天然气水合物开采的产气效率。含水合物沉积物通常由土颗粒、天然气水合物、天然气和水组成，四组分含量对于含水合物沉积物基础物性参数具有明显的影响，特别是天然气水合物饱和度，一直是含水合物沉积物基础物性研究工作重点关注的影响因素。天然气水合物饱和度一般被定义为天然气水合物占据沉积物孔隙空间的比例。随着天然气水合物饱和度的增加，含水合物沉积物孔隙内可供流体运移的空间被压缩，其渗透性随之减弱；含水合物沉积物峰值强度和变形模量等力学参数与天然气水合物饱和度之间存在着明显的正相关性。此外，沉积物孔隙中不同赋存形式的天然气水合物对含水合物沉积物基础物性参数的影响规律存在差异。因此，采用计算机断层扫描技术直接观测沉积物孔隙中天然气水合物的赋存模式，对于含水合物沉积物基础物性演化规律解释具有重要的意义。目前，用来观测沉积物孔隙尺度行为的计算机断层扫描实验所用样品的体积通常为几个立方厘米，导致天然气水合物合成引起的气体压力降低以及天然气水合物分解引起的气体压力增高均不明显，采用压力传感器测量的压力变化通常与传感器测量精度接近，测量误差大，难以在天然气水合物降压分解过程中根据气体压力变化精确控制水合物饱和度。因此，迫切需要开发新的技术方法来精确测算沉积物中的水合物含量，掌握含水合物沉积物基础物性的演化规律。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本技术的目的在于提供一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置与方法，便于在天然气水合物合成与降压分解过程中根据气体压力变化精确测算水合物饱和度，为含水合物沉积物孔隙尺度行为观测提供可靠的水合物饱和度数据。本技术采取的技术方案为：一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置，包括小容积反应釜、标准气室、差压传感器和温度控制模块，小容积反应釜与标准气室相连，两者之间设置截止阀；差压传感器两端分别与小容积反应釜以及标准气室相连，通过压差传感器测量小容积反应釜和标准气室之间的气体压力差值；小容积反应釜、标准气室和差压传感器均放置于温度控制模块内，通过温度控制模块控制三者温度相同且恒定。进一步的，所述小容积反应釜的有效容积不大于10ml。一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验方法，具体包括如下步骤：(1)开启温度控制模块控制和保持小容积反应釜、标准气室和差压传感器的温度相同且恒定；(2)打开截止阀连通小容积反应釜与标准气室平衡两者的气体压力；(3)关闭截止阀隔离小容积反应釜与标准气室，小容积反应釜压力随着水合物合成而降低，或随着水合物分解而升高；标准气室压力不发生变化；(4)通过采用差压传感器测量小容积反应釜与标准气室之间的压差；(5)根据气体状态方程计算小容积反应釜内水合物含量的变化。进一步的，所述步骤(1)中温度控制模块控制温度为-20℃-20℃。进一步的，所述步骤(1)中温度控制模块控制温度为0℃-10℃范围内任意温度。进一步的，所述步骤(2)中气体压力范围在2MPa-20MPa之间。进一步的，所述步骤(4)中差压传感器的分辨率不大于1kPa。进一步的，所述步骤(5)中根据下式计算小容积反应釜内水合物摩尔含量的变化。即：气体状态方程为其中Δnh是水合物摩尔含量变化，ΔP是测量压差，V是小体积反应釜内气体占有体积，R是理想气体常数，T是小体积反应釜恒定温度。进一步的，所述步骤(5)中求解出水合物摩尔数变化量之后可根据不同类型水合物摩尔质量求解质量，即适用于任何气体水合物含量测算。由于不同水合物的分子式不同，因此所采用的水合物分子式有多种，例如：水合物分子式为CH4·NhH2O或者CO2·NhH2O。本技术的有益效果为：采用分辨率不大于1kPa的差压传感器测量气体压力相对变化量以替代分辨率为0.1MPa的压力传感器测量气体压力绝对量，更易于精确探测小体积沉积物中水合物合成或分解引起的气体压力微小变化(1kPa-100kPa)。采用本技术测算的水合物摩尔含量分辨率较常规方法提升100倍，易于获得合成与分解过程中水合物摩尔含量高分辨率实验数据。温度控制模块使小容积反应釜、标准气室和差压传感器的温度相同且恒定，有效地避免了温度变化对气体压力的影响，进而保证了水合物含量变化测算准确度。本申请中通过增设压差传感器和标准气室，采用先连接后断开的测量方式，通过标准气室给出一个基准值，在测量变化后的压差相对量，从而可精确测量出压差值，充分解决了实验所用小体积的样品导致天然气水合物合成引起的气体压力降低以及天然气水合物分解引起的气体压力增高均不明显，测量误差大的技术问题。其摆脱了测量反应釜内的绝对压力值的束缚，同时也打破了压差传感器应用于连续性体系中的测量局限性，在国内外小样品实验反应体系中的应用属于首创，且在水合物含量测量方面取得重大的突破。附图说明图1是精确测算小体积沉积物中水合物含量变化实验装置示意图。图2是精确测算小体积沉积物中水合物含量变化实验方法流程图。其中，1、小容积反应釜；2、标准气室；3、温度控制模块；4、差压传感器；5、截止阀。具体实施方式下面结合附图进一步说明本技术。实施例1如图1所示，选用有效容积不大于10ml的小容积反应釜为例，一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置，它由小容积反应釜、标准气室、分辨率不大于1kPa的差压传感器和温度控制模块组成。小容积反应釜与标准气室相连，两者之间布置截止阀；差压传感器两端与小容积反应釜以及标准气室相连，用来测量两者之间的气体压力差值；小容积反应釜、标准气室和差压传感器均放置于温度控制模块内，以控制三者温度相同且恒定。实施例2基于上述实验装置，如图2所示，本技术提供的一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验方法具体包括以下步骤：(1)开启温度控制模块以保持小容积反应釜与标准气室的温度相同且恒定；(2)打开截止阀连通小容积反应釜与标准气室以平衡两者的气体压力；(3)关闭截止阀以隔离小容积反应釜与标准气室，小容积反应釜压力会因为水合物合成而降低，因为水合物分解而升高，而标准气室压力不会发生变化；(4)采用差压传感器测量小容积反应釜与标准气室之间的压差；(5)根据气体状态方程计算小容积反应釜内水合物含量的变化。天然气水合物合成量测算在有效容积为7.85ml(φ10×100mm)的小体积反应釜1内填充体积为1.57ml(φ10×20mm)的饱和砂土，控制其孔隙度为39.9％；开启温度控制模块3以保持小容积反应釜1与标准气室2的温度相同且恒定在2℃；向小体积反应釜1内注气加压至6MPa；打开截止阀5连通小容积反应釜1与有效容积为2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置，其特征在于，包括小容积反应釜、标准气室、差压传感器和温度控制模块，小容积反应釜与标准气室相连，两者之间设置截止阀；差压传感器两端分别与小容积反应釜以及标准气室相连，通过压差传感器测量小容积反应釜和标准气室之间的气体压力差值；小容积反应釜、标准气室和差压传感器均放置于温度控制模块内，通过温度控制模块控制三者温度相同且恒定。

【技术特征摘要】
1.一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置，其特征在于，包括小容积反应釜、标准气室、差压传感器和温度控制模块，小容积反应釜与标准气室相连，两者之间设置截止阀；差压传感器两端分别与小容积反应釜以及标准气室相连，通过压差传感器测量小容积反应釜和标准气室之间的气体压力差值；小容积反应釜、标准气室和差压传感器均放置于温度控制模块内，通过温度控制模块控制三者温度相同且恒定。2.根据权利要求1所述一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实验装置，其特征在于，所述小容积反应釜的有效容积不大于10ml。3.根据权利要求1所述一种精确测算小体积沉积物中水合物含量变化的实...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乐乐，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：新型
国别省市：山东,37