一种气体水合物沉积物热导率的测量装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种气体水合物沉积物热导率的测量装置和方法。该装置主要包括气体水合物生产反应器，其外套设一制冷夹套；气体水合物生产反应器的轴心方向上设有加热探针，及其一水平面上设有若干个热电阻。利用上述测量装置测量热导率的方法步骤如下：1)向气体水合物生产反应器内装满细砂，注入甲烷和水，通过制冷夹套制冷，生成水合物经沉积即得到其沉积物，并记录反应器内的温度T0；2)利用加热探针加热沉积物，同时利用热电阻测量其相应位置处的温度Tt，根据T0和Tt，以及由T0变化至Tt的时间，即能计算出热导率。本发明具有以下优点：能安全有效并且更加准确的测量气体水合物沉积物的热导率，从而为气体水合物沉积物分解规律的研究提供支撑。
【专利说明】一种气体水合物沉积物热导率的测量装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体水合物沉积物热导率的测量装置和方法，属于新能源开发【技术领域】。
【背景技术】
[0002]天然气水合物是21世纪最有前景的新型洁净资源之一。为了利用这种资源，首先需要对水合物的分解和气体释放过程有明确的理解。由于水合物的分解是一种吸热反应，其开发过程中不可避免的存在着热传递现象；同时，注热法也被认为是开发水合物资源的一种方式，在注热法中，气体水合物沉积物的热传递规律对水合物的分解状况有着决定性的影响，因此，气体水合物沉积物的热导率测定是研究气体水合物分解过程和规律的重要内容。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种气体水合物沉积物热导率的测量装置和方法，该装置安装有热探针和热电阻，模拟气体水合物沉积物的注热开发过程，并测量气体水合物沉积物体系同一平面不同位置处不同时间的温度，以测得气体水合物沉积物的热导率。
[0004]本发明提供的气体水合物沉积物热导率的测量装置，包括气体水合物生产反应器
(I);
[0005]所述气体水合物生产反应器(I)外套设一制冷夹套(2);所述制冷夹套(2)上设有注水口(3)和注气口(4)，所述注水口(3)和所述注气口(4)均与所述气体水合物生产反应器⑴相连通；
[0006]所述制冷夹套(2)与所述气体水合物生产反应器(I)之间的环腔内沿其周向设有若干个挡板(9)，所述挡板(9)与所述环腔的底部和顶部交替密封配合；
[0007]所述制冷夹套(2)上设有制冷液进口(5)和制冷液出口出)，所述制冷液进口(5)设于所述制冷夹套(2)的下部，所述制冷液出口(6)设于所述制冷夹套(2)的上部；所述制冷液进口(5)和所述制冷液出口(6)均与所述环腔相连通；
[0008]所述气体水合物生产反应器(I)的轴心方向上设有加热探针(7)；
[0009]所述气体水合物生产反应器(I)的一水平面上设有若干个热电阻(8)，且所述若干个热电阻(8)与所述气体水合物生产反应器(I)轴心之间的距离不等。
[0010]上述的测量装置，所述注水口设于所述制冷夹套的上部，所述注气口设于所述制冷夹套下部，且沿所述气体水合物生产反应器(I)的轴心方向对称设置。
[0011]上述的测量装置，所述气体水合物生产反应器(I)为一圆柱体。
[0012]上述的测量装置，所述制冷液进口(5)和所述制冷液出口(6)为对称设置。
[0013]上述的测量装置，所述挡板(9)的高度大于所述环腔的高度的二分之一，且不大于所述环腔的高度的五分之四。
[0014]上述的测量装置，若干个所述挡板(9)沿所述环腔的周向为均匀布置。
[0015]本发明中所述挡板与环腔的底部和顶部的交替密封配合可起到如下作用:使制冷剂只能从下部流过，且为曲线流过，直到制冷剂从制冷液出口流出。通过这种曲线流动，可以增加制冷剂在制冷夹套中的传热效果，同时减少制冷剂流动过程中的死角，保证反应器中水合物沉积物温度分布均匀，同时保证测量的水合物沉积物的热导率是原位生成的。
[0016]上述的测量装置，若干个所述热电阻(8)沿所述水平面为均匀布置。
[0017]利用上述测量装置测量气体水合物沉积物的热导率的方法，包括如下步骤:
[0018]I)向所述气体水合物生产反应器⑴内装满细砂，并通过所述注气口(3)和所述注水口(4)分别注入生成所述气体水合物相同种类的气体和水；然后通过制冷液进口(5)向所述环腔内注入制冷液，并通过所述制冷液出口(6)进行循环；在所述制冷液的循环冷却下,生成所述气体水合物相同种类的气体和水生成气体水合物,经沉积即得到气体水合物沉积物，并记录所述气体水合物生产反应器(I)内的温度，计为Ttl;
[0019]2)利用所述加热探针(7)加热所述气体水合物沉积物，同时利用所述热电阻(8)测量其相应位置处的温度，计为Tt，根据Ttl和Tt，以及由Ttl变化至Tt的时间，即能计算出气体水合物沉积物的热导率。
[0020]上述的方法，所述细砂的粒度可根据研究目标的具体情况具体选择。
[0021]上述的方法，在步骤2)之前，向所述气体水合物生产反应器(I)中通入生成所述气体水合物相同种类的气体，以使所述气体水合物生产反应器内的压力高于经步骤2)中加热至Tt时，所述气体水合物所对应的平衡压力，以确保在测量过程中水合物不分解。
[0022]上述的方法中，在步骤2)之前，控制所述气体水合物生产反应器(I)内的压力比经步骤2)中加热至Tt时所述气体水合物所对应的平衡压力高0.5MPa以上。
[0023]与现有技术相比，本发明方法具有以下优点:
[0024](I)本发明装置的制冷夹套中设有挡板，可以增加制冷剂在夹套中的传热效果，保证反应器中气体水合物沉积物温度分布均匀，同时保证测量的气体水合物沉积物的热导率是原位生成。
[0025](2)本发明装置的加热探针位于高压容器的内部，能安全有效的测量气体水合物沉积物热导率。
[0026](3)本发明装置的热电阻测量气体水合物沉积物体系的温度为同一平面不同位置处不同时间，通过单位时间内温差的变化情况，计算沉积物体系的热导率，使测量的气体水合物沉积物的热导率更加准确，从而为气体水合物沉积物分解规律的研究提供支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明气体水合物沉积物热导率测量装置的结构示意图。
[0028]图2为本发明气体水合物沉积物热导率测量装置的结构示意图(制冷夹套部分)。
[0029]图3为本发明气体水合物沉积物热导率测量装置中热电阻的平面结构示意图。
[0030]图中各标记如下:
[0031 ] I气体水合物生产反应器，2制冷夹套，3注水口，4注气口，5制冷液进口，6制冷液出口，7加热探针，8热电阻，9挡板。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0033]实施例1、气体水合物沉积物热导率的测量装置
[0034]如图1所示，为本发明气体水合物沉积物热导率的测量装置的结构示意图，它包括一圆柱体式气体水合物生产反应器1，其外套设一制冷夹套2 ;在制冷夹套2的上部设有注水口 3，下部设有注气口 4，且注水口 3和注气口 4沿气体水合物生产反应器I的轴心对称设置，均与气体水合物生产反应器I相连通。
[0035]如图2所示，制冷夹套2下部设有制冷液进口 5，上部设有制冷液出口 6，且制冷液进口 5和制冷液出口 6均与环腔相连通；制冷夹套2与气体水合物生产反应器I之间的环腔内沿其周向设有多个挡板9，并且沿环腔的周向为均匀布置，挡板9与环腔的底部和顶部交替密封配合，即:第一个挡板9与环腔的底部密封配合，制冷剂只能从上部流过，第二个挡板9与环腔的顶部密封配合，制冷剂只能从下部流过，第三个挡板9与环腔的底部密封配合，制冷剂只能从上部流过，第四个挡板9与环腔的顶部密封配合，制冷剂只能从下部流过，如此循环，直到制冷剂从制冷液出口 6流出。通过这种曲线流动，可以增加制冷剂在制冷夹套2中的传热效果，同时减少制冷剂流动过程中的死角，保证反应器中水合物沉积物温度分布均匀，同时保证测量的水合物沉积物的热导率是原位生成的；本实施例中将挡板9的高度设置成环腔的高度的五分之四。
[0036]如图1所示，气体水合物生产反应器I的轴心方向上设有加热探针7，其放置于一个真空的耐高压细管线中(图中未标)，用于加热气体水合物生产反应器I内生成的气体水合物沉积物。
[0037]如图3所示，气体水合物生产反应器I的中部一水平面上均匀设有3个热电阻8，且沿逆时针方向，3个热电阻8与气体水合物生产反应器I轴心之间的距离分别为10mm、20mm和30mm。所设置的热电阻8用于测定气体水合物沉积物在不同时间以及位置的温度。可根据实际需要，调控设置的热电阻8的个数以及位置点。
[0038]实施例2、测量气体水合物沉积物的热导率
[0039]利用实施例1中测量装置测量气体水合物沉积物的热导率。
[0040]I)向气体水合物生产反应器I内装满300μπι?450μπι的石英砂，抽真空后，通过注水口 4注水约135ml，再冲入甲烷气体，使体系压力达到6.0MPa，然后通过制冷液进口5向环腔内注入制冷液，并通过制冷液出口 6进行循环；在制冷液的循环冷却下，控制体系温度稳定在274.15K左右，使甲烷气体和水生成气体水合物沉积物，记录气体水合物生产反应器I内的温度，为274.15K。
[0041]通过外接压力控制装置对气体水合物生产反应器I中压力进行测定，此时为
3.4MPa ;向气体水合物生产反应器I中再通入甲烷气体，使气体水合物生产反应器I内的压力为8.0MPa(确保高于温度为Tt = 275.35时，气体水合物所对应的平衡压力3.2MPa)。
[0042]2)利用加热探针7加热气体水合物沉积物，同时利用热电阻测量其中一个点的温度为275.35K，计为Tt，根据Ttl和Tt，以及由Ttl变化至Tt的时间为30分钟，即能计算出气体水合物沉积物的热导率为1.61W/m/K。
【权利要求】
1.一种气体水合物沉积物热导率的测量装置，其特征在于:所述测量装置包括气体水合物生产反应器(1)； 所述气体水合物生产反应器(1)外套设一制冷夹套(2);所述制冷夹套(2)上设有注水口(3)和注气口(4)，所述注水口(3)和所述注气口(4)均与所述气体水合物生产反应器(1)相连通； 所述制冷夹套(2)与所述气体水合物生产反应器(1)之间的环腔内沿其周向设有若干个挡板(9)，所述挡板(9)与所述环腔的底部和顶部交替密封配合； 所述制冷夹套(2)上设有制冷液进口(5)和制冷液出口 ￠)，所述制冷液进口(5)设于所述制冷夹套⑵的下部，所述制冷液出口(6)设于所述制冷夹套(2)的上部；所述制冷液进口(5)和所述制冷液出口(6)均与所述环腔相连通； 所述气体水合物生产反应器(1)的轴心方向上设有加热探针(7)； 所述气体水合物生产反应器(1)的一水平面上设有若干个热电阻(8)，且所述若干个热电阻(8)与所述气体水合物生产反应器(1)轴心之间的距离不等。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于:所述气体水合物生产反应器(1)为一圆柱体。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于:所述制冷液进口(5)和所述制冷液出口(6)为对称设置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于:所述挡板(9)的高度大于所述环腔的高度的二分之一，且不大于所述环腔的高度的五分之四。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的测量装置，其特征在于:若干个所述挡板(9)沿所述环腔的周向为均匀布置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的测量装置，其特征在于:所述热电阻(8)设于所述气体水合物生产反应器(1)的中部； 若干个所述热电阻(8)沿所述水平面为均匀布置。
7.利用权利要求1-6中任一项所述测量装置测量气体水合物沉积物的热导率的方法，包括如下步骤: 1)向所述气体水合物生产反应器(1)内装满细砂，并通过所述注气口(3)和所述注水口(4)分别注入生成所述气体水合物相同种类的气体和水；然后通过制冷液进口(5)向所述环腔内注入制冷液，并通过所述制冷液出口(6)进行循环；在所述制冷液的循环冷却下，生成所述气体水合物相同种类的气体和水生成气体水合物，经沉积即得到气体水合物沉积物，并记录所述气体水合物生产反应器内的温度，计为TQ ； 2)利用所述加热探针(7)加热所述气体水合物沉积物，同时利用所述热电阻(8)测量其相应位置处的温度，计为Tt，根据?；和Tt，以及由?；变化至Tt的时间，即能计算出气体水合物沉积物的热导率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:在步骤2)之前，向所述气体水合物生产反应器(1)中通入生成所述气体水合物相同种类的气体，以使所述气体水合物生产反应器内的压力高于经步骤2)中加热至Tt时，所述气体水合物所对应的平衡压力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:在步骤2)之前，控制所述气体水合物生产反应器(1)内的压力比经步骤2)中加热至Tt时所述气体水合物所对应的平衡压力高
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【文档编号】G01N25/20GK104316558SQ201410543440
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】庞维新, 喻西崇, 李刚, 李清平, 王钰, 程兵, 白玉湖 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院