【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种天然气水合物试样制备装置以及一种天然气水合物试样制备方法。
技术介绍
1、随着经济社会的高速发展，常规化石能源的开发已不能满足人类对能源需求的持续增长，因此，非常规油气资源日益受到重视。其中，天然气水合物就是重要的非常规油气资源之一。
2、天然气水合物是一种高压、低温条件下水分子、气体分子组成的笼形的固体结晶化合物，广泛分布在海底地层和冻土地带中。研究表明，天然气水合物具有丰富的地质储量、极高的能量密度以及很小的污染性，被视为未来最具开发潜力的能源。因此，研究人员开始展开对于天然气水合物勘探开发的研究。
3、由于水合物具有苛刻的相平衡条件和恶劣的赋存环境，导致水合物沉积物样品的获取变得极为困难。在实地水合物样品数量尚不充分的前提条件下，使用大量的人工合成水合物沉积物试样用于力学实验，就显得格外重要。
4、目前主流的人工制备水合物试样的方法主要有两个，分别是混合制样法和原位生成法。混合制样法是将纯天然气水合物与沉积物骨架混合压制而成，这种方法优点是制样时间短，水合物分布均匀，但是对环境要求较高。而原位生成法是在三轴压力室内进行水合物制样，此方法优点是可缩实验周期，不需要额外的冷库提供环境温度，但是对实验设备的要求和成本均较高。
技术实现思路
1、针对如上所述的技术问题，本专利技术旨在提出一种天然气水合物试样制备装置及制备方法。本专利技术的天然气水合物试样制备装置不仅能够降低对天然气水合物制备环境的要求，同时能够降低实验的设备要求，
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种天然气水合物试样制备装置，包括本体，所述本体由能够实现压力传递的柔性材料制成，在所述本体内限定有容纳试样的内腔，在所述本体的下端还设置有能够连通所述内腔的进料通道；
3、压力系统，所述压力系统包括轴压组件以及围压组件，所述轴压组件以及围压组件能够分别向所述本体施加轴向压力及围压，从而能够实现试样的原位固结；
4、监测系统，所述监测系统能够对试样制备过程中的状态变化进行实时监测。
5、在一个优选的实施例中，所述轴压组件包括连接在所述本体上端上的活塞腔，所述活塞腔内设置有活塞，所述活塞设置为能够沿轴向密封式伸入所述内腔并能够与所述试样相接，从而能够对所述试样施加轴向压力。
6、在一个优选的实施例中，所述活塞包括能够在所述活塞腔内移动的活塞体以及套设在所述活塞体外壁上的隔板，所述隔板设置为能够与所述活塞腔的内壁相接，从而将所述活塞腔分隔为上腔室和下腔室。
7、所述上腔室和下腔室分别具有连通外部的第一通气管线。
8、在一个优选的实施例中，所述围压组件包括密封式套设在所述本体外周的外壳体，所述外壳体与所述本体之间形成有环形的压腔，所述压腔具有连通外部的第二通气管线。
9、在一个优选的实施例中，所述活塞体的下端设置为密封式伸出所述活塞腔，在所述活塞内设置有沿轴向贯穿所述活塞的可封闭的排料通道。
10、在一个优选的实施例中，在所述压腔内还设置有加热元件。
11、在一个优选的实施例中，在所述外壳体的外壁上还套设有控温元件，所述控温元件设置为水浴箱。
12、在一个优选的实施例中，所述监测系统包括连接在所述活塞上的能够检测活塞移动距离的轴向位移传感器和套设在所述本体外壁上的至少一个径向位移传感器，以及设置在所述试样两端的声波探头。
13、在一个优选的实施例中，在所述本体的下端还设置有能够封闭所述本体的下端的第一密封件，所述第一密封件设置为能够自所述本体的下端伸入所述本体的拧动式胶塞。
14、在一个优选的实施例中，在所述本体两端端部的侧壁上还设置有台阶部，使得所述本体两端的端部直径大于本体轴向中部的直径，从而使得本体的两端与所述活塞和所述第一密封件之间分别形成有空隙。
15、在所述活塞体和第一密封件的伸入所述本体的端部的外壁上还套设有第二密封件，所述第二密封件具有伸入并密封所述空隙的延伸部。
16、根据本专利技术的第二方面，提供了一种天然气水合物试样制备方法，使用上述的天然气水合物试样制备装置完成，所述方法包括：
17、步骤一：将混合好的砂子和一定比例的水充分混合成不饱和湿砂，再将湿砂填入本体内并压实从而形成试样，随后将径向位移传感器套设在本体的外壁；
18、步骤二：将声波探头分别装入所述活塞体和第一密封件内，再将所述活塞体和第一密封件内分别伸入所述本体，直至活塞体和第一密封件与所述试样相接；
19、步骤三：将所述加热元件和控温元件安装在所述外壳体上，并将所述本体安装至外壳体内，随后将轴向位移传感器与所述活塞体相连，同时连接第一通气管线和第二通气管线；
20、步骤四：将轴向位移传感器、径向位移传感器、声波探头、加热元件以及控温元件与计算机相连，检查各个装置是否连接正常；
21、步骤五：向第一通气管线和第二通气管线内分别通入高压气体，向所述试样施加轴压和围压，并采集轴向位移传感器和径向位移传感器的监测数据，待岩样固结至预定时间后，撤去轴压和围压；
22、步骤六：通过进料通道向本体内通入天然气，并通过加热元件加热所述本体，直至试样内残留的气体和液体被排出，随后封闭排料通道，并通过控温元件调整本体的温度至预定值；
23、步骤七：根据试样所需的饱和度将定量的反应液和天然气通入所述试样内，随后通过控温元件保温一定时间，在这一过程中，通过声波探头监测水合物的生成情况；
24、步骤八：待水合物完成生成后，根据实验要求进行水合物力学实验并拍照留存。
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1.一种天然气水合物试样制备装置，包括：
2.根据权利要求1所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，所述轴压组件包括连接在所述本体上端上的活塞腔，所述活塞腔内设置有活塞，所述活塞设置为能够沿轴向密封式伸入所述内腔并能够与所述试样相接，从而能够对所述试样施加轴向压力。
3.根据权利要求2所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，所述活塞包括能够在所述活塞腔内移动的活塞体以及套设在所述活塞体外壁上的隔板，所述隔板设置为能够与所述活塞腔的内壁相接，从而将所述活塞腔分隔为上腔室和下腔室，
4.根据权利要求3所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，所述围压组件包括密封式套设在所述本体外周的外壳体，所述外壳体与所述本体之间形成有环形的压腔，所述压腔具有连通外部的第二通气管线。
5.根据权利要求4所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，所述活塞体的上端设置为密封式伸出所述活塞腔，在所述活塞内设置有沿轴向贯穿所述活塞的可封闭的排料通道。
6.根据权利要求5所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，在所述压腔内还设置有加热
7.根据权利要求6所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，在所述外壳体的外壁上还套设有控温元件，所述控温元件设置为水浴箱。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，所述监测系统包括连接在所述活塞上的能够检测活塞移动距离的轴向位移传感器和套设在所述本体外壁上的至少一个径向位移传感器，以及设置在所述试样两端的声波探头。
9.根据权利要求8所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，在所述本体的下端还设置有能够封闭所述本体的下端的第一密封件，所述第一密封件设置为能够自所述本体的下端伸入所述本体的拧动式胶塞。
10.根据权利要求9所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，在所述本体两端端部的侧壁上还设置有台阶部，使得所述本体两端的端部直径大于本体轴向中部的直径，从而使得本体的两端与所述活塞和所述第一密封件之间分别形成有空隙，
11.一种天然气水合物试样制备方法，使用权利要求9或10所述的天然气水合物试样制备装置完成，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物试样制备装置，包括：
2.根据权利要求1所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，所述轴压组件包括连接在所述本体上端上的活塞腔，所述活塞腔内设置有活塞，所述活塞设置为能够沿轴向密封式伸入所述内腔并能够与所述试样相接，从而能够对所述试样施加轴向压力。
3.根据权利要求2所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，所述活塞包括能够在所述活塞腔内移动的活塞体以及套设在所述活塞体外壁上的隔板，所述隔板设置为能够与所述活塞腔的内壁相接，从而将所述活塞腔分隔为上腔室和下腔室，
4.根据权利要求3所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，所述围压组件包括密封式套设在所述本体外周的外壳体，所述外壳体与所述本体之间形成有环形的压腔，所述压腔具有连通外部的第二通气管线。
5.根据权利要求4所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于，所述活塞体的上端设置为密封式伸出所述活塞腔，在所述活塞内设置有沿轴向贯穿所述活塞的可封闭的排料通道。
6.根据权利要求5所述的天然气水合物试样制备装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓兰，董广华，胥豪，曹继飞，郑勇，王耀辉，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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