[發(fā)明專利]一種地層溫度梯度模擬器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010784397.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN111929341A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李小森;王屹;陳朝陽(yáng);夏志明;張郁;李剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號(hào): G01N25/00
• 分類號(hào): G01N25/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 鄧潮彬;莫瑤江

本發(fā)明公開了一種地層溫度梯度模擬器，包括反應(yīng)釜體、安裝在反應(yīng)釜體上端面的上平蓋封頭以及安裝在反應(yīng)釜體下端面的下平蓋封頭，在所述反應(yīng)釜體內(nèi)還布置有上循環(huán)盤管和下循環(huán)盤管，所述上循環(huán)盤管靠近上平蓋封頭，所述下循環(huán)管靠近下平蓋封頭，在所述反應(yīng)釜體內(nèi)、上循環(huán)盤管和下循環(huán)盤管之間間隔設(shè)置有N根控溫管，以使得在反應(yīng)釜體內(nèi)產(chǎn)生垂直溫度梯度。通過(guò)在反應(yīng)釜體內(nèi)的上下兩端布置有上循環(huán)盤管和下循環(huán)盤管，上循環(huán)盤管和下循環(huán)盤管的設(shè)計(jì)保障了加熱穩(wěn)定，而通過(guò)在循環(huán)盤管和下循環(huán)盤管之間間隔設(shè)置有N根控溫管，控溫管環(huán)繞反應(yīng)釜體，即調(diào)整每一根控溫管的溫度，從而可以在反應(yīng)釜體內(nèi)模擬出地層溫度梯度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，具體涉及一種地層溫度梯度模擬器。

背景技術(shù)

天然氣水合物(以下簡(jiǎn)稱水合物)是指天然氣與水在一定溫度和壓力下生成的一種籠狀晶體物質(zhì)，其遇火即可燃燒，俗稱“可燃冰”。早期對(duì)天然氣水合物的研究主要針對(duì)抑制水合物的生成，是為了解決油、氣生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中管道、設(shè)備的堵塞問(wèn)題。隨著人們對(duì)天然氣水合物研究的不斷深入，天然氣水合物的特性及對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越為人類認(rèn)識(shí)，其作為一種有效的替代能源的價(jià)值也益顯突出。

目前對(duì)于天然氣的開采由于各地的地質(zhì)條件和天然氣水合物的成分不同，形成機(jī)制各異，所以一般通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，直接指導(dǎo)勘查開發(fā)，比如專利文獻(xiàn)CN102162353A所公開的一種天然氣水合物三維井網(wǎng)裝置(和本申請(qǐng)為同一申請(qǐng)人)，該裝置可以用于綜合研究天然氣水合物的各種開采機(jī)理、開采動(dòng)態(tài)，并對(duì)各種開采方法進(jìn)行優(yōu)化和綜合評(píng)價(jià)，但是申請(qǐng)人在實(shí)施上述專利方案的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，該裝置無(wú)法模擬出天然氣水合物儲(chǔ)層的地層環(huán)境溫度，天然氣水合物儲(chǔ)層的地層環(huán)境是有一定溫度梯度的，但是目前已有的天然氣水合物實(shí)驗(yàn)設(shè)備尺度對(duì)比實(shí)際地層環(huán)境都不足以擁有溫度梯度，所以大多天然氣水合物反應(yīng)釜都是做的恒溫水浴，但是在實(shí)際開采中，天然氣水合物儲(chǔ)層受地層溫度的影響，溫度隨著深度的變化是有一定溫差與溫度梯度的，且這種溫度梯度的存在會(huì)對(duì)天然氣水合物的生成開采均具有一定的影響，這就需要對(duì)更接近實(shí)際開采真實(shí)情況的大尺度天然氣水合物設(shè)備有著需要模擬地層溫度梯度更高要求，如何精確控制地層溫度梯度以實(shí)現(xiàn)NGH藏原位溫度場(chǎng)模擬就是目前要解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種地層溫度梯度模擬器，以為天然氣水合物實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供NGH藏原位溫度場(chǎng)模擬。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種地層溫度梯度模擬器，包括反應(yīng)釜，所述反應(yīng)釜包括反應(yīng)釜體，在所述反應(yīng)釜體內(nèi)的上下兩端分別布置有上循環(huán)盤管和下循環(huán)盤管，所述上循環(huán)盤管和下循環(huán)盤管均采用獨(dú)立的熱交換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)介質(zhì)在盤管內(nèi)的循環(huán)；在所述反應(yīng)釜體內(nèi)、上循環(huán)盤管和下循環(huán)盤管之間間隔設(shè)置有N根控溫管，以使得在反應(yīng)釜體內(nèi)產(chǎn)生垂直溫度梯度，N為正整數(shù)；所述控溫管也均是采用獨(dú)立的熱交換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)介質(zhì)在控溫管內(nèi)的循環(huán)。

進(jìn)一步地，所述反應(yīng)釜還還包括安裝在反應(yīng)釜體上端面的上平蓋封頭以及安裝在反應(yīng)釜體下端面的下平蓋封頭，所述上循環(huán)盤管靠近上平蓋封頭，所述下循環(huán)管靠近下平蓋封頭。進(jìn)一步地，所述N根控溫自下而上等距分布且控溫管之間的溫差恒定。

進(jìn)一步地，所述控溫管之間的溫差表示為：

ΔT＝(T₁-T₂)/(N+1)；其中，T₁為下循環(huán)盤管的溫度，T₂為上循環(huán)盤管的溫度，T₁＞T₂。

進(jìn)一步地，在所述反應(yīng)釜體內(nèi)還設(shè)置有溫度傳感器，以用于檢測(cè)上循環(huán)盤管、下循環(huán)盤管以及N根控溫管的溫度，并將所監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)傳輸至控制器，由控制器根據(jù)所監(jiān)測(cè)到溫度數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整各熱交換裝置的工作，以保證反應(yīng)釜體內(nèi)的垂直溫度梯度實(shí)時(shí)保持穩(wěn)定狀態(tài)。