一种模拟天然气水合物生成并测量其物性参数的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种模拟天然气水合物生成并测量其物性参数的装置及方法，其特征在于：它包括一高压反应釜，高压反应釜分别连接一高压天然气配气系统、一温度测量系统、一压力测量系统和一超声波声速测量系统，高压反应釜设置于一冷浴槽内，冷浴槽连接一制冷压缩机；高压反应釜顶部滑动插设有一手柄滑杆；超声波声速测量系统包括分别设置在手柄滑杆底部和高压反应釜内底部的一超声波探头，两个超声波探头分别与一声电换能器连接，其中一声电换能器通过导线连接一超声波信号发射接受仪的发射端，另一声电换能器通过导线连接超声波信号发射接受仪的接收端，超声波信号发射接受仪连接一示波器，示波器的输出端连接一计算机采集系统，计算机采集系统内预置有气体水合物声波采集分析模块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量装置及方法，特别是关于一种模拟天然气水合物生成并测量 其物性参数的装置及方法。
技术介绍
天然气水合物广泛分布于大陆岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、 极低大陆架海洋和深水环境中等。每立方米的天然气水合物可储存160 180m3的天然 气，被誉为21世纪重要的后续能源。天然气水合物作为一种能源资源，对其的勘探开发受 到了世界各国政府和研究机构的高度重视，并且对天然气水合物的研究也成为近年来的研 究热点。了解天然气水合物在地层的资源量及其基本分布特征，对天然气资源的勘探开发 具有重要的指导意义。由于天然气水合物的资源量与水合物层的面积、储层厚度、孔隙度， 以及水合物的饱和度、水合物指数等参数密切相关；并且在自然条件下，天然气水合物因赋 存环境的不同，这些参数常受到沉积物的物质组成、有机质丰度、地质结构、地温场、地热梯 度、海洋温度压力随深度的变化等诸多因素的影响，因此，目前对天然气水合物资源量的评 价方法尚未完善，对其资源量的估算多具有推测性，且估算的差异较大。模拟天然气水合物的生成并对其生产过程中各项物性参数的测量是天然气水合 物勘探开发的一项基础研究，其中对天然气水合物各项物性参数的测量成为有效性研究的 关键。在模拟天然气水合物生成的实验中，常用的对天然气水合物各项物性参数进行检测 的方法有光学法、声学法和电学法等。但是，目前采用上述方法进行测量的实验装置比较 少。其中美国地质调查局的实验装置GHASTLI探测手段较多，包括超声探测技术，但只能 用于岩心样品，不能用于松散的沉积物中；青岛海洋地质研究所的实验装置安装有超声探 测技术，并有光通过率的检测系统，但光通过率检测系统不能用于沉积物中水合物的检测； 中国石油大学(华东)石工学院的实验装置也装有声速测量，其应用于传感器的电压为 1000V,脉冲频率为2MPa，其电压和脉冲频率较高，跟地震测井的脉冲频率差别较大，虽然可 以测量沉积物中水合物的声速，但合成的沉积物样品中水合物分布的均勻性未知。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种模拟天然水合物生成并测量其物性参数 的装置及方法，该装置及方法可对松散沉积物中天然气水合物在生成/分解过程中的物性 参数变化进行测量，进而为天然气水合物资源的勘探及资源量估算提供准确的物性参数。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种模拟天然气水合物生成并测量 其物性参数的装置，其特征在于它包括一其内填充实验介质的高压反应釜，所述高压反应 釜分别连接一高压天然气配气系统、一温度测量系统、一压力测量系统和一超声波声速测 量系统，所述高压反应釜设置于一冷浴槽内，所述冷浴槽连接一制冷压缩机；所述高压反应 釜顶部设置有一釜盖，所述釜盖上滑动插设有一手柄滑杆；所述超声波声速测量系统包括分别设置在所述高压反应釜内所述手柄滑杆底部和所述高压反应釜内底部的一超声波探 头，两个所述超声波探头分别与一声电换能器连接，其中一所述声电换能器通过导线连接 到一超声波信号发射接受仪的发射端，另一个所述声电换能器通过导线连接到所述超声波 信号发射接受仪的接收端，所述超声波信号发射接受仪通过导线连接一示波器，所述示波 器的输出端通过导线连接一计算机采集系统，所述计算机采集系统内预置有气体水合物声 波采集分析模块。所述高压反应釜的釜壁上部设置有一上进气口，底部设置有一下进气口和一排水 口，所述排水口通过一其上设置有截止阀的排水管路连接到所述冷浴槽外部。所述高压天然气配气系统包括一高压天然气配气瓶，所述高压天然气配气瓶的输 出管路依次通过一截止阀和一减压阀并列连接一气体流量计和一六通阀，所述六通阀和所 述输出管路之间还设置有一截止阀；所述气体流量计的输出端通过一截止阀连接所述六通 阀；所述六通阀有三个输出端，其中一输出端通过一截止阀连接一真空泵，一输出端通过一 截止阀连接大气，还有一输出端并列连接两截止阀，其中一所述截止阀的输出端连接到所 述高压反应釜的所述上进气口，另一所述截止阀的输出端连接到所述高压反应釜的所述气所述温度测量系统包括设置在所述高压反应釜内壁上的热电偶，所述热电偶的输 出端通过一温度传感器连接一温度显示仪。所述压力测量系统包括设置在所述高压反应釜内顶壁上的压力传感器，所述压力 传感器的输出端连接一压力显示仪。上述装置的模拟天然气水合物生成并测量其物性参数的方法，其包括以下步骤 1)根据需要，按照任意比例将沉积物与水溶液混合均勻后，装入高压反应釜内，安装上釜 盖，将高压反应釜放入冷浴槽内，连接高压天然气配气系统、温度测量系统、压力测量系统 和超声波声速测定系统，调节手柄滑杆使两超声波探头之间保持一定距离，距离范围为 0 60mm ；2)开启制冷压缩机，使冷浴槽内达到并保持设定温度在溶液冰点以下，同时开启 超声波声速测定系统中的超声波信号发射接受仪和示波器，通过计算机采集系统内预置的 气体水合物声波采集分析模块，记录结冰过程中样品的声学参数变化；3)当沉积物和水溶 液完全结冰后，重新设定冷浴槽内的温度在溶液冰点以上，检测并保证高压反应釜及各条 管线的气密性，然后开启真空泵，将高压反应釜及各条连接管线内的空气抽掉；4)开启高 压天然气配气瓶，向高压反应釜内通入甲烷气，同时通过气体流量计记录下通入气体的量， 当高压反应釜内达到根据试验需要预设定的压力值时，通气结束；5)通过计算机采集系统 内预置的气体水合物声波采集分析模块，观测水合物的开始生成并计时，任意选取时间间 隔，分别通过温度测量系统、压力测量系统和超声波声速测定系统，对应记录水合物生成过 程中的温度、压力及声学参数的变化；6)当压力不再降低，温度也趋向于一定值，声速振幅 等也稳定于一定值，实验结束，得到了水合物分布均勻的沉积物样品。 所述沉积物为石英砂，所述水溶液为盐水溶液。 本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术由于设置有高压反应 釜，高压反应釜连接一高压天然气配气系统，且高压反应釜置于一冷浴槽内，冷浴槽连接一 制冷压缩机，因此可以通过控制配气系统的进气量，高压反应釜内加入的沉积物以及冷浴 槽温度，来进行不同组分气体、不同粒径沉积物、不同反应条件下的沉积物中水合物声学性质的测量，同时还可以进行溶液中水合物的测定。2、本专利技术通过模拟沉积物中天然气水合 物的生成过程，利用超声波声速测定系统测量天然气水合物在沉积物中生成/分解过程中 声速、振幅等声学物性参数，来评价沉积物中的水合物分布，为天然气水合物资源的勘探及 估算提供准确的物性参数。3、本专利技术由于测量天然气水合物在沉积物中生成/分解过程中 声速、振幅等声学性质物性参数，而沉积物中天然气水合物的声学物性参数，对于研究沉积 物中天然气水合物的饱和度与声学特性之间的关系，建立正确的水合物与声学特性模型具 有重要意义，因此，可以为天然气水合物资源的勘探及估算提供必要的、准确可靠的声学物 性数据。4、本专利技术由于设置有冷浴槽和制冷压缩机，高压反应釜置于冷浴槽内，因此，可以 控制实验在设定的温度下进行。5、本专利技术由于采用了先结冰再生成天然气水合物的方法， 因此，可使在沉积物中生成的天然气水合物比较均勻，测量的声速实验数据较准确。本专利技术 装置构思巧妙，方法简单易操作，不但可以测量天然气水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟天然气水合物生成并测量其物性参数的装置，其特征在于：它包括一其内填充实验介质的高压反应釜，所述高压反应釜分别连接一高压天然气配气系统、一温度测量系统、一压力测量系统和一超声波声速测量系统，所述高压反应釜设置于一冷浴槽内，所述冷浴槽连接一制冷压缩机；所述高压反应釜顶部设置有一釜盖，所述釜盖上滑动插设有一手柄滑杆；所述超声波声速测量系统包括分别设置在所述高压反应釜内所述手柄滑杆底部和所述高压反应釜内底部的一超声波探头，两个所述超声波探头分别与一声电换能器连接，其中一所述声电换能器通过导线连接到一超声波信号发射接受仪的发射端，另一个所述声电换能器通过导线连接到所述超声波信号发射接受仪的接收端，所述超声波信号发射接受仪通过导线连接一示波器，所述示波器的输出端通过导线连接一计算机采集系统，所述计算机采集系统内预置有气体水合物声波采集分析模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李清平，王志君，陈光进，孙长宇，姚海元，庞维新，李风光，杨新，张芹，朱振宇，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海石油研究中心，中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]