本发明专利技术公开了一种天然气水合物地层颗粒间微力测试装置及其测试方法，包括高压反应釜、天然气气瓶、天然气缓冲罐、冷凝水循环装置、水源和气液饱和罐，所述天然气缓冲罐的进气口通过第一管路与所述天然气气瓶连通，所述天然气缓冲罐的出气口通过第二管路与所述高压反应釜的进气口连通，所述高压反应釜的进水口通过第三管路与所述气液饱和罐的出水口连通，所述气液饱和罐通过第四管路与所述水源连通，所述天然气缓冲罐通过第五管路与所述第四管路连通，所述高压反应釜内设置有悬臂测试模块和泥砂固定模块；所述悬臂测试模块包括悬臂、拉力传感器和纳米位移平台，所述拉力传感器的一端与所述纳米位移平台连接，另一端与所述悬臂连接。
【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物地层颗粒间微力测试装置及其测试方法
本专利技术涉及天然气水合物领域，尤其涉及一种天然气水合物地层颗粒间微力测试装置。
技术介绍
自然界中的天然气水合物被认为是未来潜在的新能源，但是在勘探开发天然气水合物的过程中面临着出砂埋井的风险。因此需要深入研究储层出砂机制及其规律，进而有针对性的提出防砂措施并优化开采规程。水合物储层出砂归根结底还是力学的原因，其中泥砂颗粒间以及泥砂颗粒与水合物颗粒间的相互作用力是砂粒运移的关键因素之一。研究并评价泥砂颗粒间以及泥砂颗粒与水合物颗粒间的相互作用力可为基于离散介质理论的出砂数值模拟提供细观参数，对准确揭示水合物储层泥砂产出机理、掌握泥砂产出规律、指导泥砂防控设计进而实现长期高效开采具有重要作用。现有的测试水合物颗粒间微力的测试装置是基于油气输运管道油相和气相环境中，但自然界中的天然气水合物地层往往是水合物和水填充在骨架孔隙或者裂隙中。因此，需要测试水相、气相及气液混合环境下的水合物颗粒与砂或者粘土颗粒间的粘聚力和摩擦力，但目前还没有相关的装置和方法来研究评价水合物地层颗粒间作用力。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种天然气水合物地层颗粒间微力测试装置，其能测试水相、气相及气液混合环境下的水合物颗粒与砂或者粘土颗粒间的粘聚力和摩擦力。本专利技术的目的之二在于提供一种天然气水合物地层颗粒间微力测试方法，其能测试水相、气相及气液混合环境下的水合物颗粒与砂或者粘土颗粒间的粘聚力和摩擦力。为了达到上述目的之一，本专利技术所采用的技术方案如下：一种天然气水合物地层颗粒间微力测试装置，包括高压反应釜、天然气气瓶、天然气缓冲罐、冷凝水循环装置、水源和气液饱和罐，所述天然气缓冲罐的进气口通过第一管路与所述天然气气瓶连通，所述天然气缓冲罐的出气口通过第二管路与所述高压反应釜的进气口连通，所述高压反应釜的进水口通过第三管路与所述气液饱和罐的出水口连通，所述气液饱和罐的进水口通过第四管路与所述水源连通，所述天然气缓冲罐的出气口通过第五管路与所述第四管路连通，所述高压反应釜内设置有悬臂测试模块和泥砂固定模块；所述悬臂测试模块包括悬臂、拉力传感器和纳米位移平台，所述拉力传感器的一端与所述纳米位移平台连接，另一端与所述悬臂连接；所述高压反应釜的进气口处设置有第一温度传感器和第一压力传感器，所述高压反应釜的进水口处设置有第二温度传感器和第二压力传感器，所述高压反应釜上设置有可视窗口，所述可视窗口的一侧设置有体视显微镜，所述冷凝水循环装置的出口处连接有第一冷却水出口管路和第二冷却水出口管路，所述第一冷却水出口管路和第二冷却水出口管路分别缠绕在所述高压反应釜的外壁上，所述冷凝水循环装置的出水口与所述气液饱和罐连通。进一步地，天然气水合物地层颗粒间微力测试装置还包括控制器，所述拉力传感器和纳米位移平台分别与所述控制器连接，，所述体视显微镜与所述控制器连接，所述第一温度传感器和第一压力传感器分别与所述控制器连接，所述第二温度传感器和第二压力传感器分别与所述控制器连接。进一步地，所述第一管路上设置有第一截止阀、第一压力表和第二截止阀。进一步地，所述第二管路上设置有第二压力表、第三截止阀、第四截止阀和第一止回阀。进一步地，所述第三管路上设置有第五截止阀和第二止回阀，所述第四管路上设置有第六截止阀，所述第五管路上设置有第七截止阀。进一步地，所述高压反应釜的出气口处设置有第八截止阀，所述高压反应釜的出水口处设置有第九截止阀。进一步地，所述可视窗口为可视透明蓝宝石窗口。为了达到上述目的之二，本专利技术所采用的技术方案如下：一种天然气水合物地层颗粒间微力测试方法，包括以下步骤：S1、在所述高压反应釜内的悬臂测试模块的悬臂上滴一滴水，将待测的泥砂颗粒固定在泥砂固定模块上；S2、将所述天然气气瓶及天然气缓冲罐调节至测试所需压力，天然气经过高压反应釜上部的第四截止阀和第一止回阀进入高压反应釜内；S3、开启冷却水循环装置对高压反应釜进行降温，将高压反应釜内的温度降至测试温度；S4、待悬臂上的水滴形成水合物后，调节水源的压力，水经过气液饱和罐与来自天然气缓冲罐的天然气饱和并在接近水合物形成温度附近预冷后进入高压反应釜内，使高压反应釜的液体上升至测试所需液位；S5、通过体视显微镜配合悬臂测试模块的悬臂操作，进行测试。进一步地，所述水预冷后，经高压反应釜下部的第五截止阀(831)和第二止回阀进入高压反应釜内。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于，所述高压反应釜内设置有悬臂测试模块和泥砂固定模块；所述悬臂测试模块包括悬臂、拉力传感器和纳米位移平台，所述拉力传感器的一端与所述纳米位移平台连接，另一端与所述悬臂连接；所述高压反应釜上设置有可视窗口，所述可视窗口的一侧设置有体视显微镜，所述体视显微镜与所述控制器连接，所述冷凝水循环装置的出口处连接有第一冷却水出口管路和第二冷却水出口管路，所述第一冷却水出口管路和第二冷却水出口管路分别缠绕在所述高压反应釜的外壁上，所述冷凝水循环装置的出水口与所述气液饱和罐连通；本专利技术可模拟天然气水合物地层的水、天然气水合物及泥砂颗粒并存的自然环境，设置有拉力传感器和纳米位移平台，可以记录悬臂测试模块的垂直方向和水平方向上的力和位移，并测试气相、水相和气液混合环境在相应的温度和压力条件下，水合物颗粒和泥砂颗粒的粘聚力和摩擦力，设置有第一温度传感和第一压力传感器，可以测量高压反应釜上部气相环境的温度和压力，设置有第二温度传感器和第二压力传感器，可以测量高压反应釜下部液相环境的温度和压力。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术所述的高压反应釜、悬臂测试模块和泥砂固定模块的结构示意图。图中：1-高压反应釜、2-天然气气瓶、3-天然气缓冲罐、4-冷凝水循环装置、5-水源、6-气液饱和罐、7-控制器、9-体视显微镜、11-悬臂测试模块、12-泥砂固定模块、13-可视窗口、14-第一温度传感器、15-第一压力传感器、16-第二温度传感器、17-第二压力传感器、18-第八截止阀、19-第九截止阀、41-第一冷却水出口管路、42-第二冷却水出口管路、81-第一管路、82-第二管路、83-第三管路、84-第四管路、85-第五管路、111-悬臂、112-拉力传感器、113-纳米位移平台、811-第一截止阀、812-第一压力表、813-第二截止阀、821-第二压力表、822-第三截止阀、823-第四截止阀、824-第一止回阀、831-第五截止阀、832-第二止回阀、841-第六截止阀、851-第七截止阀。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种天然气水合物地层颗粒间微力测试装置，其特征在于：包括高压反应釜(1)、天然气气瓶(2)、天然气缓冲罐(3)、冷凝水循环装置(4)、水源(5)和气液饱和罐(6)，所述天然气缓冲罐(3)的进气口通过第一管路(81)与所述天然气气瓶(2)连通，所述天然气缓冲罐(3)的出气口通过第二管路(82)与所述高压反应釜(1)的进气口连通，所述高压反应釜(1)的进水口通过第三管路(83)与所述气液饱和罐(6)的出水口连通，所述气液饱和罐(6)的进水口通过第四管路(84)与所述水源(5)连通，所述天然气缓冲罐(3)的出气口通过第五管路(85)与所述第四管路(84)连通，所述高压反应釜(1)内设置有悬臂测试模块(11)和泥砂固定模块(12；所述悬臂测试模块(11)包括悬臂(111)、拉力传感器(112)和纳米位移平台(113)，所述拉力传感器(112)的一端与所述纳米位移平台(113)连接，另一端与所述悬臂(111)连接；所述高压反应釜(1)的进气口处设置有第一温度传感器(14)和第一压力传感器(15)，所述高压反应釜(1)的进水口处设置有第二温度传感器(16)和第二压力传感器(17)，所述高压反应釜(1)上设置有可视窗口(13)，所述可视窗口(13)的一侧设置有体视显微镜(9)，所述冷凝水循环装置(4)的出口处连接有第一冷却水出口管路(41)和第二冷却水出口管路(42)，所述第一冷却水出口管路(41)和第二冷却水出口管路(42)分别缠绕在所述高压反应釜(1)的外壁上，所述冷凝水循环装置(4)的出水口与所述气液饱和罐(6)连通。...
【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物地层颗粒间微力测试装置，其特征在于：包括高压反应釜(1)、天然气气瓶(2)、天然气缓冲罐(3)、冷凝水循环装置(4)、水源(5)和气液饱和罐(6)，所述天然气缓冲罐(3)的进气口通过第一管路(81)与所述天然气气瓶(2)连通，所述天然气缓冲罐(3)的出气口通过第二管路(82)与所述高压反应釜(1)的进气口连通，所述高压反应釜(1)的进水口通过第三管路(83)与所述气液饱和罐(6)的出水口连通，所述气液饱和罐(6)的进水口通过第四管路(84)与所述水源(5)连通，所述天然气缓冲罐(3)的出气口通过第五管路(85)与所述第四管路(84)连通，所述高压反应釜(1)内设置有悬臂测试模块(11)和泥砂固定模块(12；所述悬臂测试模块(11)包括悬臂(111)、拉力传感器(112)和纳米位移平台(113)，所述拉力传感器(112)的一端与所述纳米位移平台(113)连接，另一端与所述悬臂(111)连接；所述高压反应釜(1)的进气口处设置有第一温度传感器(14)和第一压力传感器(15)，所述高压反应釜(1)的进水口处设置有第二温度传感器(16)和第二压力传感器(17)，所述高压反应釜(1)上设置有可视窗口(13)，所述可视窗口(13)的一侧设置有体视显微镜(9)，所述冷凝水循环装置(4)的出口处连接有第一冷却水出口管路(41)和第二冷却水出口管路(42)，所述第一冷却水出口管路(41)和第二冷却水出口管路(42)分别缠绕在所述高压反应釜(1)的外壁上，所述冷凝水循环装置(4)的出水口与所述气液饱和罐(6)连通。2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物地层颗粒间微力测试装置，其特征在于：还包括控制器(7)，所述拉力传感器(112)和纳米位移平台(113)分别与所述控制器(7)连接，所述体视显微镜(9)与所述控制器(7)连接，所述第一温度传感器(14)和第一压力传感器(15)分别与所述控制器(7)连接，所述第二温度传感器(16)和第二压力传感器(17)分别与所述控制器(7)连接。3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物地层颗粒间微力测试装置，其特征在于：所述第一管路(81)上设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶建良，秦绪文，宁伏龙，于彦江，罗强，万庭辉，刘志超，史浩贤，方翔宇，卢秋平，王冬冬，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：广东,44
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