[實用新型]一種高飽和度甲烷水合物沉積物試樣的生成裝置

有效

• 申請號: 201520103244.2
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN204389257U
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 李清平;宋永臣;劉衛國;張煒;姚海元;趙佳飛;王世圣;朱一銘;龐維新;程兵
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院;大連理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

技術領域

本實用新型涉及一種天然氣水合物基礎物性測量領域中的試樣制備裝置，特別是關于一種用于三軸壓縮實驗中的高飽和度甲烷水合物沉積物試樣的生成裝置。

背景技術

天然氣水合物是天然氣分子與水分子在低溫度高壓力的條件下形成的一種白色類冰狀固體物質。天然氣的組分很多，主要成分是甲烷氣，甲烷水合物是一種高密度的能源礦藏，具有很高的開采價值，在標準狀態下，1體積的甲烷水合物理論上可以釋放出164體積的甲烷氣體。所以水合物礦藏是一種高密度的能源礦藏，具有很高的開采價值。對天然氣水合物進行開采時，由于天然氣水合物的不斷分解造成沉積物力學強度的持續下降，如果不加以干預有可能造成開采過程中的事故(如井架松動或者井口塌陷)或者造成開采之后的地質災害(地層錯位引起地震)，所以對水合物力學強度特性的實驗室研究十分重要。

但是，實驗室采用的傳統方法制取的水合物，飽和度往往不會高于30％，而實際合成的飽和度甚至更低。即便是采用了多種方式來控制條件生成甲烷水合物，例如緩慢加壓，降低初始溫度，提高樣本孔隙度等生成方式，生成甲烷水合物的飽和度最高也只達到了25％。而在我國南海勘測報告中的內容，在中國南海海域的三個探測點勘探所獲得的天然氣水合物試樣的飽和度最高值分別達到了25.5％、46％、43％，這是目前世界上已發現的天然氣水合物儲藏區域之中甲烷水合物飽和度最高的地區。所以有開采價值的水合物礦藏的飽和度，往往都是高飽和度的，現有的實驗室制取水合物的方法所獲得的飽和度與自然界中適合商業開采的水合物礦藏的飽和度相比較差距非常大，對應的力學強度特性就會產生較大的差異。

發明內容

針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種高飽和度甲烷水合物沉積物試樣的生成裝置，其能有效生成高飽和度甲烷水合物沉積物試樣，為后續進一步的甲烷水合物沉積物力學特性測試實驗提供原料，以測試不同飽和度的甲烷水合物的力學特性之差異。

為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案：一種高飽和度甲烷水合物沉積物試樣的生成裝置，其特征在于：其包括模具、活塞、熱電偶、數據采集系統、計算機控制系統、夾持器、換熱器、儲氣罐回路、甲烷氣體充氣回路、抽真空回路、壓力檢測回路、尾氣收集回路、排氣管路和尾氣壓力控制管路；所述模具內部具有一空腔，該空腔內設置有所述活塞，所述活塞底部與所述空腔形成一用于生成沉積物試樣的容納區；所述模具空腔內還設置有所述熱電偶，所述熱電偶將檢測到的溫度信息經所述數據采集系統傳輸至所述計算機控制系統；所述模具外部依次設置有所述夾持器和所述換熱器，所述模具、活塞、夾持器和換熱器形成反應釜主體；所述反應釜主體底部設置有與其連通的所述儲氣罐回路、甲烷氣體充氣回路、抽真空回路和壓力檢測回路，所述甲烷氣體充氣回路與所述儲氣罐回路、所述抽真空回路并聯后，經所述壓力檢測回路與所述模具空腔底部連通；所述活塞上設置有排氣孔，所述排氣孔通過連接管路并聯連接所述尾氣收集回路、排氣管路和尾氣壓力控制管路。

所述換熱器連接用于調節反應釜主體內溫度的第一恒溫水域。

所述儲氣罐回路包括儲氣罐、第二恒溫水域、第一緩沖閥、第一氣體流量計和第一針閥，所述儲氣罐設置在所述第二恒溫水域內；所述儲氣罐出口端依次連接所述第一緩沖閥、第一氣體流量計和第一針閥一端，所述第一針閥另一端與所述抽真空回路、甲烷氣體充氣回路和壓力檢測回路連通。

所述甲烷氣體充氣回路包括甲烷氣瓶、第二緩沖閥、第二針閥、氣體增壓器、第二針閥和第一止回閥；所述甲烷氣瓶出口端依次連接所述第二緩沖閥、第二針閥、氣體增壓器、第二針閥和第一止回閥一端，所述第一止回閥另一端與所述儲氣罐回路、抽真空回路和壓力檢測回路連通。

所述抽真空回路包括真空泵和第三針閥，所述真空泵經所述第三針閥與所述儲氣罐回路、甲烷氣體充氣回路和壓力檢測回路連通。

所述壓力檢測回路包括壓力傳感器和第四針閥，所述儲氣罐回路、抽真空回路和甲烷氣體充氣回路末端經所述壓力傳感器與所述第四針閥一端連接，所述第四針閥另一端經管路與所述反應釜主體連接；所述壓力傳感器經所述數據采集系統與所述計算機控制系統電連接。

所述尾氣收集回路包括尾氣收集瓶、第三緩沖閥、第五針閥、第二止回閥和第二氣體流量計；所述尾氣收集瓶入口端依次連接所述第三緩沖閥、第五針閥、第二止回閥和第二氣體流量計一端，所述第二氣體流量計另一端與所述排氣管路和尾氣壓力控制管路并聯。

所述排氣管路由設置在管路上的第六針閥構成。

所述尾氣壓力控制管路由設置在管路上的背壓閥構成。