专利名称：一种用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置和方法。
背景技术：
各种低沸点的烃如甲烷、乙烷、丙烷和二氧化碳、硫化氢等存在于天然气和其他石油流体中，同时水也以不同的量与这些石油流体组分混合。在低温高压下，当这样的石油流体成分或其他水合物形成物与水混合时，可以形成气体水合物，这种气体水合物是水和轻烃等小分子气体形成的笼形晶体。在开采和输送天然气和其他石油流体过程中这些笼形水合物可能堵塞管路，给石油和天然气的开采或输送带来困难。例如在约IMPa的压力下，乙烷在低于4°C的温度下可形成水合物，在3MPa的压力下乙烷在低于14°C的温度下可形成水合物。而这些温度和压力对于生产和输送天然气和其他石油流体的许多操作环境而言并非不常用。传统使用甲醇、乙二醇等热力学抑制剂是通过改变水合物生成的热力学条件来避免和防止水合物生成。但是，此类抑制剂具有浓度高(10 60wt% )、耗量大、成本高和毒性强污染环境等缺点，已经不能满足诸如海上油气开采作业等要求。目前主要采用低剂量抑制剂来替代传统抑制剂的使用。关于低剂量抑制剂性能研究，目前国内外主要采用高压反应釜。高压反应装置一般是模拟实际气田操作的温度和压力，以与实际气田组成相同或相近的气体在一个小型反应釜内进行水合物的生成实验，以搅拌代替实际流体的流动状态，通过水合物反应放热、降压等现象指示水合物的形成。但是，现有的模拟装置难以模拟实际操作的复杂条件，导致对低剂量抑制剂的评价不够准确。因此，现有技术有待于完善和发展。

发明内容
本发明所要解决的问题在于提供一种用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置和方法，以准确的评价低剂量抑制剂，使其实验室作用效果和实际油田使用效果大致符合。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下一种用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，包括供气系统，控制天然气达到一定压力和湿度后通入循环回路系统；循环回路系统，使天然气在管道中循环，模拟天然气水合物在管道中的生成；抑制剂添加系统，用于向循环回路系统注入低剂量抑制剂；测量和数据采集系统，测量和采集实验过程中的数据；冷却系统，用于降低循环回路系统的温度。所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，所述供气系统包括气源、加湿装置和增压装置。
所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，所述循环回路系统包括磁力循环泵和环形管道和气液分离装置。所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，所述循环回路系统进一步包括用于排除多余液体的气液分离装置。所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，所述环形管道的低洼处和水平处分别设有透明视窗。所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，所述测量和数据采集系统测量和采集系统中的温度、压力、流量流速以及湿度数据。所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，整个装置最大承受压力为 15MPa0所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，所述环形管道长度为20米。一种用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的方法，采用所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，并包含以下步骤a、将低剂量抑制剂置于抑制剂添加系统中；b、用天然气吹扫整个工艺管线和装置；C、通过供气系统将天然气进行加湿、加压后通入循环回路系统中；d、开启冷却系统，缓慢降温；e、通过天然气的湿度和体系含水量计算低剂量抑制剂的注入速率，向循环回路系统中流动的天然气注入低剂量抑制剂；f、通过测量和数据采集系统判断体系水合物生成情况以及生成诱导期，从而确定低剂量抑制剂的效果。所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的方法，所述步骤a中，将低剂量抑制剂配置成浓度范围在0. 01% -5%之间的浓度。采用上述方案，本发明的装置和方法可以模拟水平管道、地形低凹管段、停输以及停输后再启动等不同工况下的水合物流动情况，尽可能近似于实际油田中的高压、低温复杂情况，用于天然水合物的低剂量抑制剂的研究，可以提供准确的评价，使其实验室作用效果和使用效果大致符合。通过在循环回路的环形管道中设置透明视窗，可以直接对水合物的形成过程进行观测，提供更直观的研究效果。


图1是本发明装置的一种实施方式的示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。附图1中各标记表示如下RTD温度传感器；P压力传感器；DP差压计；1气源；2加湿装置；3增压泵；4露点仪；5流量计；6储气储液罐；7磁力循环泵； 8透明观测窗；9气液分离装置；10抑制剂储罐；11注射泵；12低温室；Vl减压阀；V2-V21为普通阀门。
如图1所示，本发明的天然气水合物低剂量抑制剂研究装置，在本实施方式中，设计其最大承受压力15MPa。供气系统主要由气源1、加湿装置2和增压泵3组成。气源1使用气瓶，气体从气瓶出来后进入加湿装置2，通过调节温度而使气体达到要求的湿度后进入增压泵3，增压泵 3保证气体在进入循环回路系统之前达到所需压力。循环回路系统是整个装置的核心部分，包含有磁力循环泵7、20米管道、气液分离器以及一些测量元件，主要用作模拟管道内流体的流动研究。抑制剂添加装置主要包含抑制剂储罐10和注射泵11，将低剂量抑制剂按照需要的速度注入到管道中。测量和数据采集系统主要用作整个系统的温度、压力、流量流速以及湿度等的测量和采集。冷却装置在本实施方式中指低温室12，整个循环回路部分置于其中。气源1通过减压阀Vl和加湿容器2相连，加湿容器2可以调节温度；加湿容器2通过阀门V3和增压泵3连接，气体从增压泵3的出口处可以被采集，用露点仪4测量湿度；经过增压泵3后的气体通过流量计5后直接进入循环回路；进入循环回路后的气体首先通过循环泵7，随后经过流量计后进入环形管道，依次经过带有透明观测窗8的水平透明管段、 低洼透明管道，回路流体经过气液分离器9，气体回到磁力循环泵7，液体经过V21进入抑制剂添加回路，从而将多余的液体从循环回路中排除；抑制剂储罐10中的低剂量抑制剂通过流量计和注射泵11，注入到磁力循环泵7的出口处；储液储气罐6在反应结束后清除体系中的气体和液体并贮存。低温室12为整个环形循环回路提供低温环境。在加湿容器2/增压泵3与循环回路之间、循环回路各管道之间都设有温度传感器和压力传感器；气体在进入循环回路之前以及循环过程中都配有气体流量计；抑制剂注入循环回路之前设有液体流量计；在循环泵出口和入口之间以及出口 10m-15m之间设有差压计；这些测量仪器构成了本实施方式中的测量和数据采集系统。在本发明的装置中，可以模拟水平管道、地形低凹管段、停输以及停输后再启动等不同工况下的水合物流动情况。实验过程中气体从气源1出来进入加湿装置2，通过控制温度来调节气体的湿度， 在达到要求湿度后通过增压泵3增压，增压后的气体进入位于低温室12中的环形回路，经过磁力循环泵7后在20米的管道内流动，通过气液分离装置，气体回到磁力循环泵7入口， 进入下一次循环。在磁力循环泵7出口处，添加有低剂量抑制剂注入装置，注射流量由注射泵11控制。更具体的，本发明所述方法包括如下步骤a、在加湿装置中加入适量的水；将低剂量抑制剂配置成浓度范围在0. 01% -5% 之间的浓度，置于抑制剂储罐10中；b、用天然气吹扫整个工艺管线和装置；C、打开气源1和VI，向加湿装置2中通入气体，10分钟后打开V3，通过增压泵3向循环回路供气，同时启动磁力循环泵7。d、开启低温室12，缓慢降温。e、通过气体湿度和体系含水量计算注射泵11的注入速率，启动注射泵11，向流动
5的气体中注入抑制剂。f、通过低洼处和水平处的透明观测窗8观测管道内的气体流动情况和水合物生成情况，结合差压计和流量计以及温度压力测量装置采集的即时参数判断体系水合物生成情况以及生成诱导期。为了最大可能和实际油田气体输送过程中水合物产生情况相一致，整个反应体系中生成水合物的水来源主要是在低温室12外加湿装置2中气体夹带的水蒸气和注入抑制剂时用于溶解抑制剂的液态水。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，其特征在于，包括供气系统，控制天然气达到一定压力和湿度后通入循环回路系统；循环回路系统，使天然气在管道中循环，模拟天然气水合物在管道中的生成；抑制剂添加系统，用于向循环回路系统注入低剂量抑制剂；测量和数据采集系统，测量和采集实验过程中的数据；冷却系统，用于降低循环回路系统的温度。
2.根据权利要求1所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，其特征在于， 所述供气系统包括气源、加湿装置和增压装置。
3.根据权利要求2所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，其特征在于， 所述循环回路系统包括循环泵和环形管道。
4.根据权利要求3所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，其特征在于， 所述循环回路系统进一步包括用于排除多余液体的气液分离装置。
5.根据权利要求4所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，其特征在于， 所述环形管道的低洼处和水平处分别设有透明视窗。
6.根据权利要求5所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，其特征在于， 所述测量和数据采集系统测量和采集系统中的温度、压力、流量流速以及湿度数据。
7.根据权利要求6所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，其特征在于， 整个装置最大承受压力为15MPa。
8.根据权利要求7所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，其特征在于， 所述环形管道长度为20米。
9.一种用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的方法，其特征在于，采用根据权利要求 1所述的装置，并包含以下步骤a、将低剂量抑制剂置于抑制剂添加系统中；b、用天然气吹扫整个工艺管线和装置；C、通过供气系统将天然气进行加湿、加压后通入循环回路系统中；d、开启冷却系统，缓慢降温；e、通过天然气的湿度和体系含水量计算低剂量抑制剂的注入速率，向循环回路系统中流动的天然气注入低剂量抑制剂；f、通过测量和数据采集系统判断体系水合物生成情况以及生成诱导期，从而确定低剂量抑制剂的效果。
10.根据权利要求9所述的用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的方法，其特征在于， 所述步骤a中，将低剂量抑制剂配置成浓度范围在0. 01% -5%之间的浓度。
全文摘要
本发明公开了一种用于天然气水合物低剂量抑制剂研究的装置，包括供气系统，控制天然气达到一定压力和湿度后通入循环回路系统；循环回路系统，使天然气在管道中循环，模拟天然气水合物在管道中的生成；抑制剂添加系统，用于向循环回路系统注入低剂量抑制剂；测量和数据采集系统，测量和采集实验过程中的数据；冷却系统，用于降低循环回路系统的温度。采用上述方案，本发明的装置和方法可以模拟水平管道、地形低凹管段、停输以及停输后再启动等不同工况下的水合物流动情况，用于天然水合物的低剂量抑制剂的研究，可以提供准确的评价，使其实验室作用效果和使用效果大致符合。
文档编号G01N31/00GK102169112SQ20101061290
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者唐翠萍, 梁德青 申请人:中国科学院广州能源研究所