[发明专利]天然气水合物模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明是关于一种实验装置，尤其涉及一种基于传质过程的天然气水合物模拟实验装置。

背景技术

20世纪90年代以来，随着人们对天然气水合物认识的逐步加深，天然气水合物作为一种重要战略资源和潜在的地质环境影响因素，在全世界的范围内进行了深入全面的研究。毫无疑问，实验室规模下的模拟实验研究是其中重要的一环，目前水合物的研究手段呈现出跨学科、跨专业的应用特点，大量新颖技术与手段被应用到水合物的研究中来，其途径主要有三类：原位测试装置中直接应用；采用现代测试技术研究水合物样品；改造测试仪器使之适应水合物的原位测试。

通过室内实验模拟研究，综合分析天然气水合物形成及分解过程中，各物化和力学等参数的动态变化，对于进一步认识天然气水合物产出条件、形成机制、分布规律、环境效应等有着重要的指导意义。业渝光等（2008）利用超声和时域反射联合探测技术，研究了沉积物中水合物饱和度与声学特性的关系；宋立群等（2011）针对天然气水合物的形成条件影响因素，通过实验测试手段，研究了天然气水合物形成时天然气的组成、酸气含量、水的矿化度、醇类等各种因素对形成的压力温度条件的影响；孙建业等（2009）基于自行研发的天然气水合物模拟开采实验装置，进行了电加热法和减压法两种开采技术的实验研究；李淑霞等（2010）利用自制的水合物开采模拟实验系统，模拟海洋地质条件下多孔介质中天然气水合物注热盐水分解动态过程及注热参数对热力开采能量效率的影响；张旭辉等（2012）通过在室内合成水合物沉积物进行离心机实验，探索了水合物分解引起海底斜坡变形和滑塌的演化过程和破坏特征；孙晓杰等（2012）利用自主研制的水合物原位测量系统，研究了不同围压条件下不同水合物饱和度的水合物沉积物岩样的力学性质。上述的实验研究分析都离不开水合物模拟实验装置，同时装置的研发与设计也直接影响着实验类型及测试的参数。

国内开展水合物模拟实验装置的研究设计单位主要有青岛海洋地质研究所、中国科学院广州能源研究所、中国科学院武汉岩土力学研究所、中国海洋大学、中国石油大学（华东）、大连理工大学、中国海洋石油总公司等机构，但每家单位研制的仪器均存在一定的不足之处。如：中国专利申请号为201010282443.6的天然气水合物的电阻的测定方法及其专用装置功能较单一，只能测定反应釜内天然气水合物电阻；中国专利申请号为201010222093.4的天然气水合物热物理特性模拟实验装置、中国专利申请号为200520085585.8的天然气水合物模拟生成装置、中国专利申请号为200410051811.0的原位测量气体水合物及含水合物沉积物热物性的方法和装置等，其水合物形成和分解均是在各自独立的小容器中，不能反映真实地层中水合物仅在局部层段赋存的现象，同时气体从容器顶部进入，与自然环境中气体由下部往上扩散不一致。

中国天然气水合物资源量巨大，研究水合物的生成、富集和分解的机理对于勘探及开发利用天然气水合物资源具有重要意义，建立一种天然气水合物模拟实验装置进行天然气水合物基础理论研究显得尤为必要。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种天然气水合物模拟实验装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气水合物模拟实验装置，以克服现有实验装置功能单一、反应釜容积小不能反映真实地层中水合物层段赋存现象等缺点。

本发明的另一目的在于提供一种天然气水合物模拟实验装置，能实时测量温度、压力分布、以及水合物饱和度变化；实现纯水中水合物生成、分解的视频检测；实现水平或垂直上的温度梯度、以及自然状态的设备下部进气。

本发明的目的是这样实现的，一种天然气水合物模拟实验装置，所述模拟实验装置包括有纵向反应设备和与纵向反应设备密封连通的横向反应设备，纵向反应设备中连通设有蓝宝石反应釜；所述蓝宝石反应釜一侧对应设置可视化设备；所述纵向反应设备、横向反应设备和蓝宝石反应釜上设有温度梯度控制层和探针测量系统；所述纵向反应设备、横向反应设备、蓝宝石反应釜和可视化设备设置在一冷库房内；所述探针测量系统连接有数据采集处理系统；所述纵向反应设备底部密封设有进气管路、增压管路和排水管路；所述纵向反应设备顶部密封设有排气管路。

在本发明的一较佳实施方式中，所述纵向反应设备和横向反应设备构成H形管网；所述纵向反应设备是由一个纵向反应釜构成，或由多个纵向反应釜串联导通构成；所述横向反应设备是由一个横向反应釜构成，或由多个横向反应釜串联导通构成；所述蓝宝石反应釜设置在纵向反应设备的上端；所述各反应釜之间通过可扩展口实现密封连接。