[发明专利]模拟冻土环境下真空隔热套管隔热性能测试装置及方法

权利要求书

1.一种模拟冻土环境下真空隔热套管隔热性能测试方法，其特征是：该方法使用模拟冻土环境下真空隔热套管隔热性能测试装置，该装置包括恒温加热箱（1）、钻井液循环装置（2）、钻井液输入管线（3）、待测真空隔热套管（4）、水泥环（5）、冻土（6）、密闭装置（7）、制冷设备（8）、钻井液输出管线（9）、外温度传感器（10）、流量计（11）、数据采集系统（12）、阀门（13）、前密封端（14）、后密封端（15）、内温度传感器（16）、内温度传感器数据线（17）、外温度传感器数据线（18）、流量计数据线（19），在密闭装置（7）内装有制冷设备（8）和冻土（6），冻土（6）包裹在水泥环（5）外侧，在水泥环（5）内腔为待测真空隔热套管（4），且待测真空隔热套管（4）的上端通过前密封端（14）密封，并通过钻井液输入管线（3）与密闭装置（7）外部的钻井液循环装置（2）连接，所述待测真空隔热套管（4）的下端通过后密封端（15）密封，并通过钻井液输出管线（3）与密闭装置（7）外部的流量计（11）连接，且流量计（11）连接恒温加热箱（1）；水泥环（5）与冻土（6）之间安装有外温度传感器（10），在待测真空隔热套管（4）内壁装有内温度传感器（16），且外温度传感器（10）、内温度传感器（16）和流量计（11）的数据分别连接到数据采集系统（12）；

所述的冻土（6）由取自高纬度地区的土样或极地钻井现场土样制备，冻土（6）包裹在水泥环（5）外侧，所述的水泥环（5）为圆筒形结构；

所述制冷设备（8）、冻土（6）、水泥环（5）、待测真空隔热套管（4）均放置于密闭装置（7）中，且冻土（6）的外径为待测真空隔热套管（4）内径的5-10倍；

所述恒温加热箱（1）内装有钻井液，一端通过钻井液输入管线（3）与待测真空隔热套管（4）的一端相连，钻井液输入管线（3）上装有阀门（13）和钻井液循环装置（2）；恒温加热箱（1）的另一端通过钻井液输出管线（9）与待测真空隔热套管（4）的另一端相连，钻井液输出管线（9）上装有流量计（11）；

内温度传感器数据线（17）的一端穿过后密封端（15）与内温度传感器（16）相连，另一端与数据采集系统（12）相接；外温度传感器数据线（18）的一端与外温度传感器（10）相连，另一端与数据采集系统（12）相接；流量计数据线（19）的一端与流量计（11）相连，另一端与数据采集系统（12）相接；

其中，模拟冻土环境下真空隔热套管隔热性能测试装置的使用方法，包括以下过程：

（1）先根据待测真空隔热套管（4）的尺寸准备足够量的模拟冻土土样，保证冻土（6）外径为待测真空隔热套管（4）内径的5-10倍；

（2）实验开始前，先设置恒温加热箱（1）的温度达到预定的模拟钻井液温度，同时，设置制冷设备（8）的温度使密闭装置（7）的温度达到模拟冻土层环境温度；

（3）待恒温加热箱（1）中的钻井液温度和密闭装置（7）温度达到预定值后，保持温度稳定10分钟后，打开恒温加热箱（1）后面的阀门（13），使钻井液按照一定流量开始循环；

（4）钻井液通过钻井液输入管线（3），流经待测真空隔热套管（4）后进入钻井液输出管线（9），返回到恒温加热箱（1）内，在钻井液循环过程中，始终保持恒温加热箱（1）内钻井液温度和密闭装置（7）内温度不变；

（5）待钻井液循环稳定之后，通过数据采集系统（12）分别记录待测真空隔热套管内壁温度和模拟水泥环和冻土交界处的温度，同时记录注入钻井液的流量；

（6）按照不同组合，改变恒温加热箱（1）中钻井液温度和密闭装置（7）温度，以及钻井液流量大小，重复上述实验步骤（2）—（5），利用实验结果计算待测真空隔热套管的视导热系数，分析待测真空隔热套管在模拟冻土层环境下的隔热性能。