一种电场作用下水合物成核分布特征的测定装置及方法

本发明属于水合物相变成核领域，涉及微流体孔隙内电场分布特征对水合物成核相变影响，特别涉及一种电场作用下水合物成核分布特征的测定装置及方法。

背景技术：

1、气体水合物又称笼形水合物，是水分子与气体小分子在低温高压下形成的一种水性固体晶体。天然气水合物赋存于海底沉积物和陆地冻土带中，水合物的在储层中的成核赋存收到矿物表面电荷影响，因此孔隙介质内电场分布特征对气体水合物成核影响是天然气水合物资源开发利用等领域的关键问题。

2、目前孔隙介质内水合物的成核特征主要集中在3个方面：一是在天然气水合物资源开发方面，通过测定孔隙介质内电场作用下天然气水合物成核赋存规律，来评价天然气水合物资源赋存特征；第二方面是二氧化碳水合物地质封存过程中，通过测定孔隙介质内电场作用下二氧化碳水合物转化率，来评价水合物法二氧化碳水合物封存能力；第三方面是，在水合物储能方面，通过孔隙介质内水合物成核诱导按时间，评先客体分子和孔隙介质特征设计。

3、除此之外，孔隙介质内电场作用下气体水合物相变成核特征在客体分子传质研究，水合物成核相变潜热，水合物客体分子取代特征等方面的研究同样起到重要的作用。因此，孔隙介质内电场作用下气体水合物成核赋存特征的研究，对气体水合物资源开发，水合物碳封存，储能等方面都有重要的作用。

4、目前对于孔隙介质内电场作用下气体水合物的成核赋存特征对气体水合物成核赋存特征的影响的研究方法主要由两类：一类是在大体积的反应釜内添加电极板，通过统计水合物诱导时间和体系内气体分子或者水分子的转化率对比研究电场分布对气体水和成核影响；第二类是通过分子动力学模拟的方法，通过分子动力学建模的方法，模型中添加电场的作用，研究电场分布对气体水合物成核影响。然而，通大反应釜添加电极板的方法，是整体性统计的来阐述电极电厂对水合物成核的影响，没法单一变量的研究电场强度的演变对水合物成核赋存的影响，同时，分子动力学模拟的体系的温度压力设置和分子体系个数与实际状况差别太大。因此，基于上述问题，亟待提出一种孔隙介质内基于电场调控的可视化水合物相变成核研究方法，以对孔隙介质内水合物在电场分布作用下成核形变特征进行精确测定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电场作用下水合物成核分布特征的测定装置及方法，用于原位测定孔隙介质内电场作用下水合物成核分布特征，精确测定电场分布对水合物成核赋存的影响。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种电场作用下水合物成核分布特征的测定装置及方法，其采用的技术方案如下：

3、本申请的第一方面，提供一种电场作用下水合物成核分布特征的测定装置，包括：

4、气体模块，所述气体模块用于提供水合物生成所需要的气体组分；

5、液体模块，所述液体模块用于提供水合物生成所需的液体；

6、温度控制模块，所述温度控制模块用于提供水合物生成所需的温度环境；

7、供电模块，所述供电模块用于给水合物生成提供电场；

8、水合物生成模块，所述水合物生成模块与所述气体模块与所述液体模块连接，所述水合物生成模块包括高压微流体和电极板，所述高压微流体用于模拟孔隙介质，所述电极板与所述供电模块电连接以提供电场；

9、数据采集模块，所述数据采集模块用于采集水合物生成室内温度压力数据和记录水合物形变成核过程。

10、进一步地，所述器体模块包括气体气瓶和高压泵，所述气体气瓶与所述高压泵之间通过高压金属细管连接，所述气体气瓶用于给高压泵提供气源，所述高压泵与水合物生成模块通过高压金属细管相连，所述高压泵用于控制恒压横流控制水合物生成室内压力。

11、进一步地，所述液体模块包括供液容器和柱塞泵，所述供液容器和所述柱塞泵之间通过塑料软件连接，所述供液容器为所述柱塞泵提供液体，所述柱塞泵与水合物生成模块之间通过高压金属细管连接。

12、进一步地，所述温度控制模块包括控温循环水浴和水槽组成，所述循环水浴与所述水槽之间通过塑料软管连接。

13、进一步地，所述供电模块包括电源，所述电源与水合物生成模块内电极板通过导线相连。

14、进一步地，所述数据采集模块温度传感器、压力传感器和数据采集器，数据采集器通过导线分别于温度传感器和压力传感器相连，所述数据采集器具有可视化录像功能，用于记录水合物。

15、本申请的第二方面，提供一种电场作用下水合物成核分布特征的测定方法，基于如上所述的装置，所述方法包括：

16、开启温度控制模块，对所述水合物生成模块进行温度控制，开启数据采集模块，采集水合物生成模块的温度压力，可视化记录水合物生成室内水合物相变成核状况；

17、开启气体模块，向水合物生成模块中恒压注入气体分子；

18、开启供电模块，向水合物生成模块内供电，为微流体提供电场；

19、恒定电场恒定温度压力条件下水合物相变成核实验，具体包括：根据实验工况设计，设定制冷模块的循环制冷水浴的温度，启动气体模块，基于工况设定高压泵压力，并设置成恒压模式；

20、启动供电模块，基于实验工况设定电场强度，设置供电模块的电源电压，启动数据采集模块，采集水合物生成室内的温度压力，并开启图像采集功能，记录水合物生成室内水合物相变成核过程；

21、在恒定电场强度和压力条件下，设置循环水浴的升温梯度，对水合物生成模块开启升温模式，并进行数据采集，记录水合物分解相变过程。

22、进一步地，所述开启温度控制模块，对所述水合物生成模块进行温度控制，具体包括：

23、开启温度控制模块，通过循环水浴对所述水合物生成模块进行温度控制。

24、进一步地，所述开启气体模块，向水合物生成模块中恒压注入气体分子，具体包括：

25、开启气体模块，打开气瓶，向高压泵内注入水合物生成所需要的气体分子，启动高压泵，向水合物生成模块中恒压注入气体分子。

26、上述所述步骤中气体组分可以是单一气体组分也可以是混合气体组分，以探究不同和客体分子不同水合物类型在电场作用下成核相变特征，液体系统中的液体可以是纯水，也可以是含有盐和有机物的盐溶液，以探究电场强度下盐离子体系和有机物体系中水合物相变成核特征。

27、本发明的有益效果是：

28、本发明提出基于电场调控的可视化微流体水合物相变成核研究方法，可以准确的测定电场强度下微孔隙内水合物成核相变特征，实验中电场强度、温度、压力和水合物生成过程中客体分子和溶液体系都可以根据工况调节，通过电场调控的可视化微流体原位研究各个因素下水合物相变成核过程。

技术特征：

1.一种电场作用下水合物成核分布特征的测定装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电场作用下水合物成核分布特征的测定装置，其特征在于，所述器体模块包括气体气瓶和高压泵，所述气体气瓶与所述高压泵之间通过高压金属细管连接，所述气体气瓶用于给高压泵提供气源，所述高压泵与水合物生成模块通过高压金属细管相连，所述高压泵用于控制恒压横流控制水合物生成室内压力。

3.根据权利要求1所述的电场作用下水合物成核分布特征的测定装置，其特征在于，所述液体模块包括供液容器和柱塞泵，所述供液容器和所述柱塞泵之间通过塑料软件连接，所述供液容器为所述柱塞泵提供液体，所述柱塞泵与水合物生成模块之间通过高压金属细管连接。

4.根据权利要求1所述的电场作用下水合物成核分布特征的测定装置，其特征在于，所述温度控制模块包括控温循环水浴和水槽组成，所述循环水浴与所述水槽之间通过塑料软管连接。

5.根据权利要求1所述的电场作用下水合物成核分布特征的测定装置，其特征在于，所述供电模块包括电源，所述电源与水合物生成模块内电极板通过导线相连。

6.根据权利要求1所述的电场作用下水合物成核分布特征的测定装置，其特征在于，所述数据采集模块温度传感器、压力传感器和数据采集器，数据采集器通过导线分别于温度传感器和压力传感器相连，所述数据采集器具有可视化录像功能，用于记录水合物。

7.一种电场作用下水合物成核分布特征的测定方法，其特征在于，基于如权利要求1至6中任一项所述的装置，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的电场作用下水合物成核分布特征的测定方法，其特征在于，所述开启温度控制模块，对所述水合物生成模块进行温度控制，具体包括：

9.根据权利要求7所述的电场作用下水合物成核分布特征的测定方法，其特征在于，所述开启气体模块，向水合物生成模块中恒压注入气体分子，具体包括：

技术总结
本发明公开一种电场作用下水合物成核分布特征的测定装置及方法，包括气体模块分；液体模块；温度控制模块，所述温度控制模块用于提供水合物生成所需的温度环境；供电模块，所述供电模块用于给水合物生成提供电场；水合物生成模块，所述水合物生成模块与所述气体模块与所述液体模块连接，所述水合物生成模块包括高压微流体和电极板，所述高压微流体用于模拟孔隙介质，所述电极板与所述供电模块电连接以提供电场；数据采集模块，所述数据采集模块用于采集水合物生成室内温度压力数据和记录水合物形变成核过程。本发明用于原位测定孔隙介质内电场作用下水合物成核分布特征，精确测定电场分布对水合物成核赋存的影响。

技术研发人员：刘延振,齐慧萍,乔芬,王军锋
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24