天然气水合物原位模拟多功能实验系统技术方案

本申请涉及天然气水合物原位模拟多功能实验系统。包括：CT扫描装置、反应釜、管路系统，反应釜包括：反应釜上端盖，其顶部设置第一管线通道，底部设置上凹槽，上凹槽的内部设置第一上接头；反应釜下端盖，其侧部设置第二管线通道，顶部设置下凹槽，下凹槽的内部设置第一下接头；反应釜外壳，其两端分别与反应釜上端盖和反应釜下端盖固定；夹持器，其顶端设置第二上接头，底端设置第二下接头，第二上接头与第一上接头对接连通，第二下接头与第一下接头对接连通；管路系统中伸入第一管线通道的上管线与第一上接头连通，伸入第二管线通道的下管线与第一下接头连通；伸出第一管线通道的上管线呈螺旋状设置，伸出第二管线通道的下管线呈盘旋状设置。盘旋状设置。盘旋状设置。

【技术实现步骤摘要】
天然气水合物原位模拟多功能实验系统


[0001]本申请属于水合物开采
，具体涉及一种天然气水合物原位模拟多功能实验系统。

技术介绍

[0002]天然气水合物被认为是21世纪最有潜力的新兴绿色能源之一，它具有储量丰富，使用清洁等特点。天然气水合物形成并稳定储藏于高压、低温的环境之中，由于其特殊的笼状分子结构，1体积可燃冰可以释放160体积等气压状态下的甲烷，其能量密度相当可观。随着天然气水合物被越来越重视，如何更加有效地勘探开采海底天然气水合物就成为了一个新的课题。如今各国在开采天然气水合物时都面临着一定难题，包括水合物在管道内二次生成，与粉砂质沉积物颗粒胶结成块堵塞井管导致无法持续开采，以及储层失去作为骨架的水合物胶结作用而发生塌陷造成地质灾害等等。所以全面了解当环境温度压力变化时，天然气水合物的相态如何在沉积物孔隙内发生变化，乃至水合物储层的饱和度、渗透率等性质是如何随之改变的，会有力增加人们对于水合物相变性质的了解，从而为更高效、安全开采天然气水合物提供指导依据。
[0003]由于水合物赋存性质特殊，对海底水合物储层的沉积物进行保压取心难度极大，并且原位状态下的样品转运过程需要全程维持高压低温状态直到实验室设备内，成本过高且难有配套设施保障。因此，人工制备水合物储层沉积物样品成为一般科研人员的选择，并且人工沉积物样品可以人为控制样品矿物组分、孔隙度、粒径，随后在人工沉积物内通入甲烷气与水，施加以高压低温环境合成水合物。这种实验方法的优势在于除了较天然样品准备难度降低之外，还可以通过人为控制实验条件变量，从而排除其他干扰研究某单一条件对于水合物相变的影响机制，使得实验结果通过对比更加有说服力。
[0004]因此，本申请提出了一种天然气水合物原位模拟多功能实验系统，以便于更加全面地了解天然气水合物的相变性质，为更高效、安全开采天然气水合物提供指导依据。

技术实现思路

[0005]本申请主要提供一种天然气水合物原位模拟多功能实验系统，该实验系统能够更加全面地了解天然气水合物的相变性质，为更高效、安全开采天然气水合物提供指导依据。
[0006]本申请提供的一种天然气水合物原位模拟多功能实验系统，包括CT扫描装置、反应釜、管路系统，所述CT扫描装置设置有转动台，所述反应釜置于所述转动台，所述转动台用于带动所述反应釜转动；所述反应釜包括：反应釜上端盖，所述反应釜上端盖的顶部设置有第一管线通道，所述反应釜上端盖的底部设置有至少一个上凹槽，所述上凹槽的内部设置有第一上接头；反应釜下端盖，所述反应釜下端盖的侧部设置有第二管线通道，所述反应釜下端
盖的顶部设置有至少一个下凹槽，所述下凹槽的内部设置有第一下接头；反应釜外壳，所述反应釜外壳的两端能够分别与所述反应釜上端盖和所述反应釜下端盖固定，以形成密封的第一容纳腔，所述第一容纳腔内设置有至少一个夹持器；其中，所述夹持器具有第二容纳腔，所述夹持器的顶端设置有第二上接头，所述夹持器的底端设置有第二下接头，并且，所述夹持器的顶端能够嵌入所述上凹槽，以使所述第二上接头与所述第一上接头对接连通，所述夹持器的底端能够嵌入所述下凹槽，以使所述第二下接头与所述第一下接头对接连通；所述管路系统中伸入所述第一管线通道的上管线能够与所述第一上接头连通，伸入所述第二管线通道的下管线能够与所述第一下接头连通；以及所述管路系统中伸出所述第一管线通道的上管线呈螺旋状设置，伸出所述第二管线通道的下管线呈盘旋状设置。
[0007]本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请在反应釜端盖和夹持器之间通过接头连接，即只需要将第一上接头和第二上接头、以及第一下接头和第二下接头对接连通即可实现线路连通，从而可以极大地方便繁杂线路的安全连接，并且可以快速拆装。利用本实验系统，能够同时模拟多组储层原位条件下沉积物中的天然气水合物合成分解和渗流实验，并对实验过程实时进行高精度三维成像，观察水合物形态。本申请的实验系统将CT成像技术、原位高压反应釜和渗流装置有机巧妙地结合在一起，使科研人员可以高效地对水合物相变过程进行全新的认识。
[0008]本申请的技术方案，反应釜可以适配于CT扫描装置，能实现原位合成分解水合物并进行渗流实验，同时可以用CT实时表征内部水合物相态变化、孔隙特征；还可以同时进行多个样品平行实验（通过设置多组夹持器）；并且，在反应釜外壳上贴有较高密度金属刻度标尺，金属制成的刻度，使其可以在X射线实时投影成像中以清晰的对比度显现出来。夹持器上的数字编号方便研究人员在扫描选区以及重构后辨别实验对照组，为研究人员提供便利。通过加入抽真空系统，排除空气对水合物合成的干扰，且使用抽真空系统检验系统管路的气密性，提高安全性。
[0009]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0010]通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0011]图1是本申请实施例示出的一种天然气水合物原位模拟多功能实验系统的原理结构示意图；图2是本申请多功能实验系统的反应釜的结构示意图；图3是本申请多功能实验系统的反应釜的平面示意图；图4是本申请多功能实验系统的反应釜下端盖的结构示意图。
具体实施方式
[0012]下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请
的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0013]如
技术介绍
提到的，人工制备水合物储层沉积物样品成为一般科研人员的选择，并且人工沉积物样品可以人为控制样品矿物组分、孔隙度、粒径，随后在人工沉积物内通入甲烷气与水，施加以高压低温环境合成水合物。目前，研究人员对于水合物的赋存状态一般使用透明高压釜进行可视化成像，三维成像一般使用核磁共振法。然而可视化成像无法达到三维成像，核磁共振法精度较低，一般只能达到毫米级别，对于细粉砂级别粒度的沉积物孔隙无法有效成像。微米X射线显微镜又称微米CT，是利用X射线穿过不同密度/平均原子序数的样品时衰减程度不同，呈现不同灰度图像，而对样品进行微米尺度无损三维结构成像。利用微米CT技术结合原位高压反应釜对人工水合物沉积物成像，可以做到在水合物生成和分解时对沉积物样品进行实时原位三维成像，利用图像处理对不同灰度区域进行分割，得到水合物在孔隙结构中的变化规律以及沉积物的有效渗透率、饱和度等参数的变化规律。
[0014]为了更加全面地了解天然气水合物的相变性质，为更高效、安全开采天然气水合物提供指导依据，本实施例提供了一种天然气水合物原位模拟实验系统，该实验系统可以利用CT扫描装置（CT扫描装置是利用X射线穿过不同密度/平均原子序数的样品时衰减程度不同，呈现不同灰度图像，而对样品进行微米尺度无损三维结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物原位模拟多功能实验系统，其特征在于：所述实验系统包括CT扫描装置、反应釜、管路系统，所述CT扫描装置设置有转动台，所述反应釜置于所述转动台，所述转动台用于带动所述反应釜转动；所述反应釜包括：反应釜上端盖，所述反应釜上端盖的顶部设置有第一管线通道，所述反应釜上端盖的底部设置有至少一个上凹槽，所述上凹槽的内部设置有第一上接头；反应釜下端盖，所述反应釜下端盖的侧部设置有第二管线通道，所述反应釜下端盖的顶部设置有至少一个下凹槽，所述下凹槽的内部设置有第一下接头；反应釜外壳，所述反应釜外壳的两端能够分别与所述反应釜上端盖和所述反应釜下端盖固定，以形成密封的第一容纳腔，所述第一容纳腔内设置有至少一个夹持器；其中，所述夹持器具有第二容纳腔，所述夹持器的顶端设置有第二上接头，所述夹持器的底端设置有第二下接头，并且，所述夹持器的顶端能够嵌入所述上凹槽，以使所述第二上接头与所述第一上接头对接连通，所述夹持器的底端能够嵌入所述下凹槽，以使所述第二下接头与所述第一下接头对接连通；所述管路系统中伸入所述第一管线通道的上管线能够与所述第一上接头连通，伸入所述第二管线通道的下管线能够与所述第一下接头连通；以及所述管路系统中伸出所述第一管线通道的上管线呈螺旋状设置，伸出所述第二管线通道的下管线呈盘旋状设置。2.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于：所述夹持器包括：夹持器上端盖，所述第二上接头设置于所述夹持器上端盖的顶部；夹持器下端盖，所述第二下接头设置于所述夹持器下端盖的底部；多孔壳套，所述多孔壳套的两端能够分别与所述夹持器上端盖和所述夹持器下端盖固定，以形成密封的所述第二容纳腔，所述第二容纳腔内预先装有沉积物样品；其中，所述多孔壳套的内壁贴合有橡胶套，且所述多孔壳套的外壁与所述反应釜外壳的内壁之间具有围压空间。3.根据权利要求2所述的实验系统，其特征在于：所述第一上接头和/或所述第二上接头设置有第一锁止机构，所述第一上接头与所述第二上接头对接后，所述第一锁止机构用于锁紧所述第一上接头和所述第二上接头；所述第一下接头和/或所述第二下接头也设置有第二锁止机构，所述第一下接头与所述第二下接头对接后，所述第二锁止机构用于锁紧所述第一下接头和所述第二下接头。4.根据权利要求2所述的实验系统，其特征在于：所述上凹槽的内壁设置有第三锁止机构，在所述夹持器嵌入所述上凹槽后，所述第一上接头和所述第二上接头对接，且所述第三锁止机构能够与所述多孔壳套的上部锁紧；所述下凹槽的内壁也设置有第四锁止机构，在所述夹持器嵌入所述下凹槽后，所述第一下接头和所述第二下接头对接，且所述第四锁止机构能够与所述多孔壳套的下部锁紧。5.根据权利要求2所述的实验系统，其特征在于：所述夹持器上端盖的内侧具有呈靶状设置的沟槽，所述第二上接头与所述第一上接头对接连通后，通过所述第二上接头流入的气体和/或液体能够沿所述沟槽均匀扩散至所述第二容纳腔；
所述夹持器下端盖的内侧也具有呈靶状设置的沟槽，所述第二下接头与所述第一下接头对接连通后，通过所述第二下接头流入的气体和/或液体能够沿所述沟槽均匀扩散至所述第二容纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：周润青，杨继进，李国梁，董文杰，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：