一种三维恒覆压高效模拟天然气水合物模型的制作方法

本发明涉及天然气开发领域，特别涉及一种三维恒覆压高效模拟天然气水合物模型。

背景技术：

天然气水合物又称“可燃冰”，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，因而成为油气工业界长期研究热点。自上世纪60年代起，以美国、日本、德国、我国、韩国、印度为代表的一些国家都制订了天然气水合物勘探开发研究计划。迄今，人们已在近海海域与冻土区发现水合物矿点超过230处，涌现出一大批天然气水合物热点研究区。

在回顾致密气、页岩气、煤层气等非常规天然气藏定义的基础上，基于天然气水合物藏的特征，认为天然气水合物藏是指具有一定量的甲烷等气体运移到温度-压力适宜的地层，并以固态形式赋存于地层/松散沉积物中的天然气水合物资源及其与之有直接关联的天然气聚集。因此，在开展天然气水合物资源勘查与评价时，应当查明天然气水合物层下部游离气状况，存在游离气层的"固-气两层楼式"天然气水合物藏是当前有利的天然气水合物开发靶体。

水合物藏可能存在的形式包括i类、ii类和iii类，分层物理模拟是研究不同类型水合物藏开采机理的重要手段；即便是同一类型的水合物藏，分层物理模型也能更真实地反应水合物藏垂向上的分解动态、地层导热及流动特征。因此，研制水合物开发分层物理模拟实验装置，能够为不同类型水合物藏的开采动态分析及后期的数值模拟研究提供数据支持。

目前，现有的水合物开发分层物理模拟容器，在进行模拟地底内水合物层分布时，模拟容器内所形成的压力高压以及压力变化等问题，因此，为了避免影响到容器呢水合物层的分布，通常会将容器的壁厚整体做厚，这样就导致了整体容器体积大、重量重，移动不方便，不利于实验。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种三维恒覆压高效模拟天然气水合物模型，能够降低模拟容器的壁厚与重量，方便实验。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种三维恒覆压高效模拟天然气水合物模型，其创新点在于：包括

一模拟支架，所述模拟支架包括一对上下分布的支撑块，两个支撑块之间留有间隙，且在位于上方的支撑块的底端开有倒u形开口，位于下方的支撑块的顶端开有u开口；

一置于两个支撑块之间间隙中的压力模拟容器，所述压力模拟容器包括一压力容器主体，该压力容器主体为两侧端均开口的空心圆柱体状容器，在压力容器主体的一侧固定设置有一与压力容器主体相配合的压力容器封盖，另一侧活动设置有一与压力容器主体相配合使用的压力容器盖板；

一置于压力模拟容器内的水合物模拟容器，该水合物模拟容器由一送料机构驱动进出压力容器主体，同时在压力容器主体内还具有一水合物模拟容器夹持机构。

进一步的，所述压力容器主体与压力容器盖板之间的配合为：在模拟支架的旁侧安装有一对水平设置并向压力容器盖板方向延伸的活动导轨，该对活动导轨安装在一导轨支架上，所述导轨支架的侧端与模拟支架相固定，在活动导轨上具有与之配合使用的活动滑块，压力容器盖板底端的两侧分别与活动滑块固定相连，所述压力容器盖板由安装在导轨支架上的水平驱动缸驱动远离或靠近压力容器主体，从而实现压力容器主体的启闭。

进一步的，所述送料机构包括一对设置于压力容器主体内的固定导轨以及一对设置于压力容器主体外侧的活动导轨，且固定导轨的端部与活动导轨的端部相互对接，所述活动导轨安装在一升降支架上，该升降支架由一对升降油缸驱动进行上下升降并带动活动导轨进行上下升降，在活动导轨与固定导轨上还设置有在两者之间往复滑动的活动滑块，所述水合物模拟容器的底端支承在活动滑块上，在压力容器封盖的外侧还设置有一送料缸，所述送料缸的活塞杆伸入至压力模拟容器内并与水合物模拟容器的侧端相连，并拉动水合物模拟容器进入压力模拟容器内。

进一步的，所述水合物模拟容器包括一模拟容器主体以及与模拟容器主体相配合的模拟容器盖板，所述模拟容器主体为一上、下两端均开口的空心长方体结构，模拟容器主体的上下两端均通过螺栓固定有一模拟容器盖板，在位于上方的模拟容器盖板的顶端还设置有吊耳。

进一步的，所述水合物模拟容器夹持机构包括位于压力容器主体内的一对上下分布的夹持板，所述夹持板分别由安装在支撑块上的夹持缸驱动相互靠近或远离，从而夹紧或松开水合物模拟容器。

进一步的，所述压力模拟容器的上方位于支撑块的两侧还均设置有吊耳。

进一步的，所述压力模拟容器的内壁涂覆有一层纳米隔热涂料层。

进一步的，所述压力容器盖板的内壁还安装有变形传感器。

本发明的优点在于：在本发明中，通过在水合物模拟容器的外侧增设一压力模拟容器，从而可在水合物模拟容器发生变形时改变压力模拟容器内的压力来阻止水合物模拟容器发生形变，通过这样从而可将水合物模拟容器整体做薄，相对应的水合物模拟容器的重量也就变轻了，方便实验。

对于压力模拟容器设计为圆柱体状，利用圆柱体承压高的特性，使得压力模拟容器能够满足压力需求，而配合这样的设计，水合物模拟容器可设计为长方体状，从而能够更好的模拟出地底的水合物分布情况。

对于水合物模拟容器夹持机构的设置，通过一对夹持板对水合物模拟容器进行夹紧，避免在进行模拟实验的过程中，水合物模拟容器在压力模拟容器内移动，而影响到实验。

通过在压力模拟容器内壁涂上一层纳米隔热涂料层，从而能够降低80%的散热量，让水合物模拟容器与冷流体充分热对流，达到高效制冷的目的。

对于变形传感器的设置，从而能够对水合物模拟容器最薄弱的点来监测其变形，并根据变形传感器反馈的值跟踪水合物模拟容器的变形来控制压力模拟容器内的压力即可解决水合物模拟容器做薄而带来的变形破坏的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的三维恒覆压高效模拟天然气水合物模型的示意图。

图2为本发明的三维恒覆压高效模拟天然气水合物模型的正视图。

图3为图2的b-b剖视图。

图4为本发明的三维恒覆压高效模拟天然气水合物模型的侧视图。

图5为图4的c-c剖视图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图5所示的一种三维恒覆压高效模拟天然气水合物模型，包括

一模拟支架，模拟支架包括一对上下分布的支撑块1，两个支撑块1之间留有间隙，且在位于上方的支撑块1的底端开有倒u形开口，位于下方的支撑块1的顶端开有u开口，两个支撑块1之间通过四根成矩形状分布的拉杆11连接固定，拉杆11的底端与位于下方的支撑块1之间固定连接，拉杆11的上端自下而上穿过位于上方的支撑块1后连接有一拉杆帽12，拉杆帽12与拉杆11之间通过销轴连接固定。

一置于两个支撑块1之间间隙中的压力模拟容器，压力模拟容器包括一压力容器主体2，该压力容器主体2为两侧端均开口的空心圆柱体状容器，在压力容器主体2的一侧固定设置有一与压力容器主体2相配合的压力容器封盖21，压力容器主体2的另一侧活动设置有一与压力容器主体2相配合使用的压力容器盖板22。

压力容器主体2与压力容器盖板22之间的配合为：在模拟支架的旁侧安装有一对水平设置并向压力容器盖板22方向延伸的活动导轨23，该对活动导轨23安装在一导轨支架24上，导轨支架24的侧端与模拟支架的支撑块1的侧端相固定连接，在活动导轨24上具有与之配合使用的活动滑块25，在压力容器盖板22的底端还连接有一连接座25，连接座25的底端的两侧分别与两个活动导轨23上的活动滑块25固定相连，压力容器盖板22由安装在导轨支架24上的水平驱动缸27驱动远离或靠近压力容器主体2，从而实现压力容器主体2的启闭，在压力容器盖板22靠近压力容器主体2的一侧具有一凸出的凸起，同时在压力容器主体2靠近压力容器盖板22一侧的内壁具有与容凸起嵌合的凹槽，在凸起与凹槽之间还设置有密封圈，从而确保压力容器盖板22与压力容器主体2之间的密封效果，避免造成压力的泄露，而影响到实验的数据结果。

在压力模拟容器的上方位于支撑块1的两侧还均设置有吊耳13，吊耳13的设置，则是为了方便了整体模型吊运。

一置于压力模拟容器内的水合物模拟容器，水合物模拟容器包括一模拟容器主体3以及与模拟容器主体3相配合的模拟容器盖板31，模拟容器主体3为一上、下两端均开口的空心长方体结构，模拟容器主体3的上下两端均通过螺栓固定有一模拟容器盖板31，在位于上方的模拟容器盖板31的顶端还设置有吊耳，吊耳的设置，则是为了方便将整体水合物模拟容器吊运至压力模拟容器内或从压力模拟容器上吊出，减少人工劳动。

对于压力模拟容器设计为圆柱体状，利用圆柱体承压高的特性，使得压力模拟容器能够满足压力需求，而配合这样的设计，水合物模拟容器可设计为长方体状，从而能够更好的模拟出地底的水合物分布情况。

水合物模拟容器由一送料机构驱动进出压力容器主体2，送料机构包括一对设置于压力容器主体2内的固定导轨41以及一对设置于压力容器主体2外侧的活动导轨42，且固定导轨41的端部与活动导轨42的端部相互对接，活动导轨41安装在一升降支架43上，该升降支架43由一对升降油缸44驱动进行上下升降并带动活动导轨42进行上下升降，通过两个升降油缸44来对升降支架43进行上下升降的驱动，使得升降支架43能够更加的平稳的进行运动，避免出现倾斜的现象，而导致置于活动导轨42上的水合物模拟容器滑落，在活动导轨42与固定导轨41上还设置有在两者之间往复滑动的活动滑块45，水合物模拟容器底端的模拟容器盖板31支承在活动滑块45上，且通过模拟容器盖板31与模拟容器主体3固定用的裸露在外的螺栓的头部来对活动滑块45进行限位，在压力容器封盖21的外侧还设置有一送料缸46，送料缸46的活塞杆伸入至压力模拟容器内并与水合物模拟容器的侧端相连，同时在模拟容器主体3的侧壁具有与送料缸46相连的连接法兰，并拉动水合物模拟容器进入压力模拟容器内。在本实施例中，对于升降油缸44、送料缸46均采用的是液压油缸。

在压力容器主体2内还具有一水合物模拟容器夹持机构，水合物模拟容器夹持机构包括位于压力容器主体2内的一对上下分布的夹持板51，位于下方的夹持板51位于两个固定导轨41之间，夹持板51分别由安装在支撑块1上的夹持缸52驱动相互靠近或远离，从而夹紧或松开水合物模拟容器，在夹持板51上开有若干并列分布的矩形凹槽，采用矩形凹槽的设置，而不是采用一个平面，则是为了夹持板51能够更好的夹持住水合物模拟容器。对于水合物模拟容器夹持机构的设置，通过一对夹持板51对水合物模拟容器进行夹紧，避免在进行模拟实验的过程中，水合物模拟容器在压力模拟容器内移动，而影响到实验。

在压力模拟容器的内壁涂覆有一层纳米隔热涂料层。通过在压力模拟容器内壁涂上一层纳米隔热涂料层，从而能够降低80%的散热量，让水合物模拟容器与冷流体充分热对流，达到高效制冷的目的。

在压力容器盖板22的内壁还安装有变形传感器28，变形传感器28一共有四个，呈弧形状分布在压力容器盖板22的上侧。对于变形传感器28的设置，从而能够对水合物模拟容器最薄弱的点来监测其变形，并根据变形传感器28反馈的值跟踪水合物模拟容器的变形来控制压力模拟容器内的压力即可解决水合物模拟容器做薄而带来的变形破坏的问题。

工作原理：在进行实验时，首先将状有岩层的水合物模拟容器通过吊机或其他类似吊运装置吊放在活动导轨42上的活动滑块45上，然后送料缸46工作，将活塞杆移动至水合物模拟容器的旁侧，并通过连接法兰将送料缸46与水合物模拟容器连接，然后送料缸46反向退回，拉动水合物模拟容器从活动导轨42移动至固定导轨41上，进入压力模拟容器中，此时，升降油缸44驱动升降支架43下行，并带动活动导轨42下行，以避开压力容器盖板22，然后，水平驱动缸27工作，推动压力容器盖板22与压力容器主体2嵌合，并通过水平驱动缸27保持压力容器盖板22的压紧，然后，两个夹持缸52驱动两个夹持板51上下夹紧水合物模拟容器，然后将压力模拟容器接入压力系统、制冷系统，对压力模拟容器内加压制冷，以方便水合物模拟容器内的岩层形成水合物，并通过变形传感器28监测压力模拟容器的变形情况，来及时改变压力模拟容器内的压力，以配合水合物模拟容器，避免水合物模拟容器发生永久形变。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。