[發(fā)明專利]天然氣水合物分解導致甲烷氣體泄漏的模擬實驗裝置

有效

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• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN105372392B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 張旭輝;魯曉兵;王淑云;魏偉;張金華;彭涌
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所;中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院廊坊分院
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發(fā)明涉及海底天然氣開采領域，特別是涉及一種天然氣水合物分解導致甲烷氣體泄漏的模擬實驗裝置。

背景技術

在天然氣水合物開采過程中，甲烷氣體泄漏是一種潛在的災害，關于其研究還十分缺乏。在室內開展模擬實驗是獲得其演化過程和基本數據的突破口，因此研制天然氣水合物分解導致甲烷氣體泄漏的模擬實驗裝置十分關鍵。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是要提供一種能夠模擬海底狀態(tài)，以獲取天然氣水合物分解導致甲烷氣體泄漏的模擬實驗裝置。

特別地，本發(fā)明的天然氣水合物分解導致甲烷氣體泄漏的模擬實驗裝置，包括：

高壓釜，為空心的圓柱形，由上至下依次分為氣體層、海水層、上覆沉積層和水合物沉積層；

開采模擬井筒，設置在所述高壓釜的底部，且在所述高壓釜內的開口位于所述水合物沉積層內；

溫控系統，設置在所述高壓釜的底部外表面，且圍繞所述水合物沉積層的外圓周布置；

氣壓加載裝置，設置在所述高壓釜的頂部，用于向所述高壓釜內打入預定壓力；

攝影機，設置在所述海水層，用于獲取甲烷氣體在海水中的狀態(tài)；

溫度壓力測量模塊，設置在所述高壓釜的上覆沉積層和水合物沉積層內，以獲取所處位置的溫度和壓力信息；

濃度測量模塊，設置在所述高壓釜的上覆沉積層和水合物沉積層內，用于獲取當前位置處的甲烷氣體濃度；

隔板，設置在所述上覆沉積層和所述水合物沉積層之間，用于隔熱和電絕緣，包括多個軸向貫穿的通孔。

進一步地，在所述上覆沉積層和所述水合物沉積層的側壁處設置有超聲測量模塊，用于測量天然氣水合物分解過程中該層超聲波速的變化規(guī)律。

進一步地，每層所述超聲測量模塊有兩個，且分別對稱設置在所述上覆沉積層和所述水合物沉積層的相對兩側，每層的所述超聲測量模塊處于同一水平位置。

進一步地，所述超聲測量模塊的頻率測量范圍為100kHz～1MHz。

進一步地，所述溫度壓力測量模塊為集溫度和壓力測量一體的傳感器，所述傳感器在所述上覆沉積層布置在所述高壓釜中心軸的一側，在所述水合物沉積層布置在所述高壓釜中心軸的另一側。

進一步地，所述傳感器在所述上覆沉積層和所述水合物沉積層分別設置有兩層，并分別位于各層的1/4和3/4處。

進一步地，所述攝像機至少有兩臺，且分別設置在所述海水層的水平方向和垂直方向上。

進一步地，在所述高壓釜的壁上設置有耐高壓密封孔，所述攝像機通過密封孔安裝在所述高壓釜的相應位置。

進一步地，所述高壓釜的內壁上涂覆有防腐層和隔熱層。

進一步地，所述濃度測量模塊的測量濃度范圍為50nM/L～10μM/L。

本發(fā)明的模擬實驗裝置提供水合物沉積層、上覆沉積層和海水層的制備空間，具有耐高壓防水攝影、超聲測量、溫度測量、壓力測量模塊以及控溫模塊，能夠模擬水合物分解過程甲烷氣體泄漏演化的動力學過程，為水合物相關工程導致的海床氣體泄漏災害防治提供科學依據。

附圖說明

圖1是根據本發(fā)明一個實施例的模擬實驗裝置的結構示意圖；

圖中：10-高壓釜、11-氣體層、12-海水層、13-上覆沉積層、14-水合物沉積層、20-濃度測量模塊、30-溫度壓力測量模塊、40-超聲測量模塊、50-氣壓加載裝置、60-攝像機、70-開采模擬井筒、80-溫控系統、90-隔板、91-通孔、100-模擬實驗裝置。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明一個實施例的模擬實驗裝置100一般性地可包括：

高壓釜10，為空心的圓柱形，由上至下依次分為氣體層11、海水層12、上覆沉積層13和水合物沉積層14。高壓釜10可以采用鈦合金材料，承壓30MPa，直徑×高度＝50cm×100cm。高壓釜10內壁涂有防腐層和隔熱層。高壓釜10的邊壁上設置用于安裝各種設備的接口。

開采模擬井筒70，設置在高壓釜10的底部，且在高壓釜10內的開口位于水合物沉積層14內。開采模擬井筒70可以布置在高壓釜10的底部中心，其管徑為1cm左右，位于水合物沉積層14內部的長度在8cm左右。

溫控系統80，設置在高壓釜10的底部外表面，且圍繞水合物沉積層14的外圓周布置。具體材料可以采用電熱絲，其溫度控制范圍需要達到-30-100℃，精度0.1℃。

氣壓加載裝置50，設置在高壓釜10的頂部，用于向高壓釜10內打入預定壓力。