专利名称：一种天然气水合物生成与分解测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种天然气水合物(Natural Gas Hydrates，NGH)测试装置，特别 是关于一种在海洋技术领域中一维填砂模型的天然气水合物生成与分解测试装置。
背景技术：
天然气水合物是由天然气和水分子组成的类冰状的固态结晶体，天然气主要由甲 烷组成，故也称为甲烷水合物。因含大量的甲烷气体而具有极强的燃烧力，可以直接燃烧， 所以又俗称为“可燃冰”。天然气水合物的能量密度很高，可以产生大量的甲烷气体，而且天 然气水合物的储量非常丰富，燃烧天然气水合物只产生二氧化碳和水，不会污染环境，是一 种难得的绿色洁净能源。天然气水合物作为一种潜在的能源具有广阔的前景和发展空间， 对缓解人类面临的能源枯竭危机具有举足轻重的作用。目前，常用的检测天然气水合物的生成和分解的方法有光学方法、声学方法和电 学方法等。例如，天然气水合物在纯水中的生成和分解可以根据光通率的变化进行判断，在 一定的压力下降低温度，水合物大量生成时光通率突然降低，此后慢慢升温，水合物分解时 光通率又突然上升。但是为了模拟海洋天然气水合物，需采用水、砂、甲烷等混合物，因其不 透明，光通率检测方法就无能为力了。其它的检测方法，如超声检测方法、时域反射(TDR) 技术和成像(CT)技术等，也可以直观、准确、定量观察和计算天然气水合物的生成和分解。 但是这些测试方法设计复杂、成本较高，而且无法满足要反应出天然气水合物生成时的晶 核形成及生长过程的要求，也不能较精确的检测天然气水合物生成、分解时的基础物性变 化情况。电阻法测定沉积物中生成的小体积水合物已经成功地运用到C02_水-沉积物体 系中。但电阻法不能用于甲烷_纯水_沉积物体系，因为电阻法是基于溶液中离子含量的 变化而引起导电率变化，而甲烷在水溶液中很难电离，离子变化太少因此难以测定。
发明内容针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能监测天然气水合物合成量大小及 其在合成与分解时基础物性参数变化情况，并能反应出天然气水合物生成时晶核形成及生 长过程的天然气水合物生成与分解测试装置。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种天然气水合物生成与分解 测试装置，其特征在于它包括一供液模块和一供气模块，所述供液模块和供气模块通过 管路分别连接一天然气水合物的生成与开采模拟模块的两个进口，所述生成与开采模拟模 块设置在一环境模拟模块内，所述生成与开采模拟模块的出口通过一回压控制模块连接一 计量模块，所述计量模块、生成与开采模拟模块、供气模块和供液模块连接到一数据采集模 块。所述生成与开采模拟模块包括一个一维填砂电阻率模型管，所述模型管的一端设 置有一端盖，所述端盖上设置有一进液管和一进气管，所述模型管的另一端设置有一出口管，所述模型管的管壁上间隔设置有一个以上压力传感器、一个以上热电偶和一个以上的 电极。所述模型管为不锈钢梯度实验管。所述环境模拟模块为一环境恒温箱，用于调整所述生成与开采模拟模块的环境温度。本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型由于采用了 一维填砂电阻率模型管，该模型管为不锈钢梯度实验管，并在模型管的管壁上横向设置有 一个以上压力传感器和一个以上热电偶，模型管的管壁轴向间隔设置有一个以上的电极， 各压力传感器、热电偶和电极对模型管内天然气水合物生成和分解过程中在各个部位时的 压力、温度和电阻率的变化进行测量，并将各测试点的数值传送到数据采集模块内，因此实 现了监测天然气水合物合成量大小，以及其基础物性参数变化情况。2、本实用新型由于采 用了将天然气水合物生成与开采模拟模块设置在环境模拟模块内，由环境模拟模块对天然 气水合物生成与开采模拟模块中的模型管内压力和温度进行控制，使天然气水合物的生成 和分解能有效地控制，并且由各热电偶、压力传感器和电极对模型管内进行测试，并将各测 试点的数据传输到数据采集模块，因此实现了有效地分析天然气水合物的生成和分解过程 及其均勻程度，且反应出天然气水合物生成时的晶核形成及生长的过程。3、本实用新型由 于还设置了计量模块和数据采集模块，使得天然气水合物分解后产生的水和甲烷气体流入 计量模块后进行计量，并且将计量数据和各测试点的数据传输到数据采集模块中进行记录 存储，因此进一步实现了对天然气水合物在合成与分解时其基础物性参数变化情况的监 测。本实用新型可广泛应用于天然气水合物的生成和分解的各种检测领域中。

图1是本实用新型的天然气水合物合成和开采模拟实验装置示意图图2是本实用新型的一维填砂电阻率测试模型管结构示意图图3是图2的剖面图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。本实用新型方法包括以下步骤1)向一维填砂电阻率模型管内填满砂粒，盖上端盖，检查模型管的密封性，然后将 模型管放入一恒温箱内；2)向模型管注入水和甲烷气体，由恒温箱保持恒温状态，使天然气水合物逐渐生 成，并由设置在模型管管壁上的热电偶、压力传感器和电极，分别检测模型管内的温度、压 力和电阻率随时间的变化值，检测到的数据传输到一数据采集模块中记录存储；3)天然气水合物分解时，模型管通过一回压控制模块，使模型管打开，模型管内的 压力缓慢降低，天然气水合物开始逐渐分解；或者向模型管内注入热水，使天然气水合物逐 渐分解；4)将天然气水合物分解后产生的水和甲烷气体通过一计量模块进行计量，计量后 的数据传输到数据采集模块中，同时在分解过程中，由热电偶、压力传感器和电极检测模型管内的压力、温度和电阻率随时间的变化值，并传输到数据采集模块中进行记录存储。如图1所示，本实用新型的测试装置包括一供液模块1、一供气模块2、一环境模拟 模块3、一天然气水合物生成与开采模拟模块4、一回压控制模块5、一计量模块6和一数据 采集模块7。供液模块1和供气模块2通过管路连接设置在环境模拟模块3内的天然气水 合物生成与开采模拟模块4的两进口，天然气水合物生成与开采模拟模块4的出口通过回 压控制模块5连接计量模块6，计量模块6、天然气水合物生成与开采模拟模块4、供气模块 2和供液模块1连接到数据采集模块7。其中，环境模拟模块3为一环境恒温箱，用于调整 天然气水合物生成与开采模拟模块4的环境温度，以模拟海洋底部的温度环境。如图2、图3所示，本实用新型的天然气水合物生成与开采模拟模块4包括一长筒 型的一维填砂电阻率模型管41，模型管41为不锈钢梯度实验管。模型管41的一端设置有 一端盖42，在端盖上设置有一进液管43，进液管43穿出模型管41管壁与供液模块1连接， 与进液管43还并列设置有一进气管44，进气管44与供气模块2连接。模型管41的另一端 设置有一出口管45。在模型管41的管壁上间隔设置有一个以上用于检测管内压力的压力 传感器46、一个以上用于检测管内温度的热电偶47和一个以上的电极48，各电极48插入 模型管41中，并组成一个电极系。各压力传感器46、热电偶47和电极48对模型管41内天 然气水合物生成和分解过程中在各个部位时的压力、温度和电阻率的变化进行测量，并将 测量数据传输给数据采集模块7，分析天然气水合物的生成过程及其均勻程度，反应出天然 气水合物生成时的晶核形成及生长的过程。综上所述，本实用新型利用电解质溶液代替纯水，由于电解质溶液具有导电性，因 此可以使电阻法探测应用到甲烷-水-沉积物体系。并且水合物的生成是一个排盐的过程， 当甲烷水合物生成时，要吸收一部分纯水，使电解质溶液浓度增大，导电率增加，电阻减小， 所以通过本实用新型的电阻率测试方法可以准确、快速地反映实验过程中天然气水合物的 生成和分解情况以及均勻程度，还可以进一步建立电阻率与天然气水合物饱和度的关系， 从而为今后天然气水合物的实验研究提供一种新的方法和技术。上述各实施例仅是本实用新型的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本实 用新型技术方案上的变化和改进，不应排除在本实用新型的保护范围之外。
权利要求一种天然气水合物生成与分解测试装置，其特征在于它包括一供液模块和一供气模块，所述供液模块和供气模块通过管路分别连接一天然气水合物的生成与开采模拟模块的两个进口，所述生成与开采模拟模块设置在一环境模拟模块内，所述生成与开采模拟模块的出口通过一回压控制模块连接一计量模块，所述计量模块、生成与开采模拟模块、供气模块和供液模块连接到一数据采集模块。
2.如权利要求1所述的一种天然气水合物生成与分解测试装置，其特征在于所述生 成与开采模拟模块包括一个一维填砂电阻率模型管，所述模型管的一端设置有一端盖，所 述端盖上设置有一进液管和一进气管，所述模型管的另一端设置有一出口管，所述模型管 的管壁上间隔设置有一个以上压力传感器、一个以上热电偶和一个以上的电极。
3.如权利要求2所述的一种天然气水合物生成与分解测试装置，其特征在于所述模 型管为不锈钢梯度实验管。
4.如权利要求1或2或3所述的一种天然气水合物生成与分解测试装置，其特征在于 所述环境模拟模块为一环境恒温箱，用于调整所述生成与开采模拟模块的环境温度。
专利摘要本实用新型涉及一种天然气水合物生成与分解测试装置，它包括一供液模块和一供气模块，供液模块和供气模块通过管路分别连接一天然气水合物的生成与开采模拟模块的两个进口，生成与开采模拟模块设置在一环境模拟模块内，生成与开采模拟模块的出口通过一回压控制模块连接一计量模块，计量模块、生成与开采模拟模块、供气模块和供液模块连接到一数据采集模块。本实用新型采用在模型管管壁上设置有多个压力传感器、热电偶和电极，各压力传感器、热电偶和电极对模型管内天然气水合物生成和分解过程进行测量，并将各测试点数值送到数据采集模块，因此实现了监测天然气水合物合成量大小，及其基础物性参数变化情况。本实用新型可广泛应用于天然气水合物的生成和分解的各种检测领域中。
文档编号G01N27/04GK201583517SQ20092027795
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者周建良, 喻西崇, 姚海元, 朱振宁, 李淑霞, 李清平, 王志君, 白玉湖, 陈月明 申请人:中国海洋石油总公司;中海石油研究中心;中国石油大学(华东)