[发明专利]一种测定气体水合物和管道壁面粘附力的装置及方法

权利要求书

1.一种测定气体水合物和管道壁面粘附力的装置，包括高清摄像机(1)、高压反应釜(9)、高压水箱(18)、输送泵(16)、原料气瓶(21)、压力传感器(13)、压力显示器(22)、计算机(23)和高低温试验箱(2)，其特征在于，所述高压反应釜(9)位于高低温试验箱(2)中，其内腔上部和下部分别设置可移动活塞(4、10)，其外体顶部和底部分别连接高压驱替泵(12、19)；上部活塞底面焊接弹簧，弹簧最下端连有竖直的钢制顶针(6)；反应釜侧壁有一蓝宝石可视窗(7)，该可视窗正对反应釜外的高清摄像机(1)；反应釜内壁中段正对可视窗的位置有一铁块(8)，铁块表面与弹簧下端的顶针相切；所述高压反应釜内壁除可视窗和铁块外的地方均涂有一层疏水亲油涂料；高压反应釜侧壁设置注水口和注气口，注水口连接输送泵(16)、高压水箱(18)，注气口连接原料气瓶(21)；高压反应釜内腔连接压力传感器(13)、压力显示器(22)，高压驱替泵与计算机(23)相连。

2.如权利要求1所述的一种测定气体水合物和管道壁面粘附力的装置，其特征在于，所述铁块的材质与输气管道壁面材质一样。

3.如权利要求1所述的一种测定气体水合物和管道壁面粘附力的装置，其特征在于，所述原料气瓶内装有原料气，原料气为天然气、CO₂或煤层气。

4.如权利要求1所述的一种测定气体水合物和管道壁面粘附力的装置，其特征在于，所述高压水箱内有纯水、地层水或添加化学剂的水溶液。

5.利用权利要求1、2、3或4所述的装置测定气体水合物和管道壁面之间粘附力的方法，依次包括以下步骤：

(1)弹簧受力测定：

将弹簧在常压下进行受力测定，记录不同压力F下弹簧表现出来的被压缩程度Δx，绘制F-Δx关系曲线；将弹簧焊接到反应釜内腔上部活塞的底面；

(2)水合物在铁块壁面上形成：

①将反应釜内上部活塞退到顶端，通过驱替泵让下部活塞位于铁块与反应釜底端之间；

②通过输送泵将水箱的水溶液注入反应釜内，直到水溶液没过铁块一半的位置；

③将反应釜抽真空，注入原料气到设定压力；

④通过高低温试验箱设定实验温度，当反应釜内温度降到一定程度时水合物开始生成，由于铁块表面亲水且相对粗糙，气体水合物首先在铁块表面气-液界面处生成并沿着铁块壁面生长，直至反应釜内压力不再发生变化；

⑤通过高清摄像机拍摄铁块上生成的气体水合物图片，得到水合物与铁块的接触面积S；

(3)水合物与铁块之间粘附力测定：

①给反应釜外体的顶端和底端所连驱替泵设定相同速度，其中顶端所连驱替泵恒速进泵推动反应釜内上部活塞，底端所连驱替泵恒速退泵让反应釜内下部活塞下移，反应釜内剩余的水溶液也会随着活塞一起下移，生成的气体水合物留在铁块壁面上；

②当上部活塞底面所连弹簧上的顶针与铁块壁面上气体水合物接触后，由于水合物阻力的作用，弹簧会压缩，当弹簧受到的压力等于或大于气体水合物与铁块壁面之间的粘附力时，气体水合物会从铁块壁面上被顶下来；

③通过铁块壁面上气体水合物被顶下来瞬间的图片，得到此时弹簧的压缩程度Δx’；

④从F-Δx关系曲线上找出Δx’所对应的弹簧受力F’，计算得到气体水合物与铁块壁面单位面积上的粘附力F’/S，即气体水合物和管道壁面之间粘附力。