一種天然氣水合物分解速率測定裝置及方法
【專利說明】一種天然氣水合物分解速率測定裝置及方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種石油與天然氣行業(yè)天然氣水合物分解速率的測定裝置和方法，屬 于能源技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣水合物又稱可燃冰，是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的 鹽度、PH值等）下由水和天然氣組成的類冰狀非化學(xué)計量籠形結(jié)晶化合物。天然氣水合物 主要賦存于海洋、深湖以及高煒度大陸的永久凍土帶中。據(jù)估算，全球天然氣水合物的資源 總量為0. 2 X 1015~7. 6 X 10 lsm3，而海洋儲量占到95 %以上，儲存在天然氣水合物中的有機 碳大約是當前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然氣）總含碳量的兩倍。因此，在 常規(guī)石油天然氣能源形勢日益嚴峻的21世紀，天然氣水合物被公認為是具有良好前景的 重要后續(xù)能源。
[0003] 隨著研究不斷深入，學(xué)者對天然氣水合物展開了大量的實驗研究工作。其中，天然 氣水合物的基礎(chǔ)物性參數(shù)（如分解速率）的測定是整個研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵之一。不管是水 合物氣藏的開采，還是基于水合物技術(shù)的油氣儲運、氣體分離等，都包含水合物分解速率的 測定與研究。當前提出的天然氣水合物的分解速率測試方法主要包括恒容法和恒壓法，對 應(yīng)實驗均在高壓PVT器皿中進行。這些方法普遍存在耗時長，方法繁瑣，對實驗儀器要求較 高，同時測試精度不高等缺陷。因此，開發(fā)新型、高效氣體水合物分解速率測定技術(shù)對于天 然氣水合物的基礎(chǔ)性質(zhì)研究和對水合物氣藏開采的指導(dǎo)等均具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣水合物分解速率測定裝置，該裝置原理可靠， 結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，所得實驗結(jié)果準確可靠，具有廣闊的市場前景。
[0005] 本發(fā)明的另一目的還在于提供利用上述裝置對天然氣水合物分解速率進行測定 的方法，該方法利用氣體水合物的密度小于水溶液這一特點，通過測定漂浮水合物樣品上 方放置的擋板受力情況和擋板在水溶液中浸入的深度的變化情況而計算不同時刻水合物 樣品的體積，從而計算出水合物的分解速率。
[0006] 為達到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
[0007] -種天然氣水合物分解速率測定裝置，包括三個部分：控溫系統(tǒng)，水合物分解系統(tǒng) 和拉力測試系統(tǒng)。
[0008] 所述控溫系統(tǒng)控溫范圍為-40 °C~150 °C，控溫精度可達± 0. 1°C，能夠?qū)崟r監(jiān)控 恒溫箱內(nèi)的實驗溫度，并通過電子信號反饋至恒溫箱實現(xiàn)控溫。
[0009] 所述水合物分解系統(tǒng)由玻璃量杯、水溶液和天然氣水合物樣品組成。
[0010] 所述拉力測試系統(tǒng)主要由擋板、細線和電子天平構(gòu)成。其中電子天平的精度為 ±0. 001g。擋板頂部通過一根細線與電子天平相連，底部放置于水合物樣品上方。
[0011] 所述水合物分解速率測試方法包括以下步驟：將水合物樣品放于盛有水溶液的玻 璃量杯中，并將與電子天平相連的擋板放置于水合物上方；利用水合物密度小于水的密度 使得擋板同時承受重力、細線拉力和水合物浮力的作用；實時記錄水合物分解過程電子天 平讀數(shù)，從而計算出水合物分解速率。
[0012] 所述水合物分解速率測試方法的原理如下：利用水合物的密度小于水溶液密度的 原理，首先通過讀取量杯中水體積的變化確定水合物樣品的初始體積。隨后在水溶液中漂 浮的水合物塊上方放置一塊與電子天平相連的擋板。隨著水合物不斷分解，水合物在水中 受到浮力、重力不斷變化，擋板受力和在水溶液中的浸入高度也相應(yīng)改變，細線承受的拉力 數(shù)值被精密電子天平實時記錄。通過擋板的受力平衡可計算出不同時刻水合物樣品的體 積，從而計算出水合物的分解速率。
[0013] 所述玻璃量杯中的水應(yīng)和水合物樣品制備時所用水一樣，包括去離子水、鹽水或 地層水。實驗過程中，由于水合物樣品密度和地層水密度值變化極小，可以視為常量進行計 算。
[0014] 所述水合物擋板吸收系數(shù)應(yīng)該很小，如合金類物質(zhì)。
[0015] 對于測定鹽水或地層水中水合物分解速率，操作溫度為_5~10°C，對于去離子水 中水合物的分解速率測定，操作溫度為〇~l〇°C。
[0016] 水合物分解速率測定壓力為常壓。
[0017] 測試過程中，與擋板相連的細線必須處于垂直且受力狀態(tài)。
[0018] 該方法同樣適合用于C02等氣體水合物分解速率的測定。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的氣體水合物分解速率測定裝置和方法不同于常規(guī)的高 壓PVT器皿測試。一方面本發(fā)明所用測試裝置簡單易操作，其測定原理是利用氣體水合物 的密度小于水溶液這一特點，通過測定漂浮水合物樣品上方放置的擋板受力情況和擋板在 水溶液中浸入深度的變化情況而算出不同時刻水合物樣品的體積，從而計算出水合物的分 解速率。與傳統(tǒng)的恒壓法或恒容法相比，獲得結(jié)果會更加準確，對現(xiàn)場更具有指導(dǎo)意義。
【附圖說明】
[0020] 圖1是一種天然氣水合物分解速率測定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖中：1、恒溫箱；2、玻璃量杯；3、天然氣水合物樣品；4、擋板；5、細線；6、電子天 平。
【具體實施方式】
[0022] 下面根據(jù)附圖進一步說明本發(fā)明。
[0023] 參看圖1。
[0024] -種天然氣水合物分解速率測定裝置，由恒溫箱1、玻璃量杯2、天然氣水合物樣 品3、擋板4、細線5、電子天平6組成，所述天然氣水合物樣品3置于玻璃量杯2中，玻璃量 杯2中有水，水合物樣品3上有擋板4,該擋板4通過細線5與電子天平6相連，所述玻璃量 杯、天然氣水合物樣品、擋板、細線、電子天平均位于恒溫箱1中。
[0025] 利用上述裝置對天然氣水合物分解速率進行測定的方法，依次包括以下步驟：
[0026] (1)使用電子天平測定細線與擋板總質(zhì)量叫，天然氣水合物樣品初始質(zhì)量m。；
[0027] (2)將天然氣水合物樣品放入玻璃量杯中，通過量杯側(cè)壁水對應(yīng)的刻度變化獲得 水合物樣品的初始體積V。，通過下式計算出水合物樣品密度p H:
[0029] (3)通過密度儀測定玻璃量杯中水的密度Pw;
[0030] (4)實時記錄擋板浸沒深度L和細線承力數(shù)值F ;
[0031] (5)測定擋板底面直徑D，設(shè)擋板所受浮力為匕，水合物樣品所受浮力為F2，細線與 擋板重力Gi，水合物樣品重力G2，通過受力分析可知，
[0033] 由此通過下式計算出t時刻的水合物體積Vt:
[0035] (6)通過下式計算天然氣水合物的分解速率rH:
【主權(quán)項】
1. 一種天然氣水合物分解速率測定裝置，由恒溫箱（I)、玻璃量杯（2)、天然氣水合物 樣品（3)、擋板（4)、細線（5)、電子天平（6)組成，其特征在于，所述天然氣水合物樣品（3) 置于玻璃量杯（2)中，玻璃量杯（2)中有水，水合物樣品（3)上有擋板（4)，該擋板（4)通過 細線（5)與電子天平（6)相連，所述玻璃量杯、天然氣水合物樣品、擋板、細線、電子天平均 位于恒溫箱（1)中。2. 利用權(quán)利要求1所述的裝置對天然氣水合物分解速率進行測定的方法，依次包括以 下步驟： (1) 使用電子天平測定細線與擋板總質(zhì)量Hi1，天然氣水合物樣品初始質(zhì)量m。； (2) 將天然氣水合物樣品放入玻璃量杯中，通過量杯側(cè)壁水對應(yīng)的刻度變化獲得水合 物樣品的初始體積V。，通過下式計算出水合物樣品密度P H:(3) 通過密度儀測定玻璃量杯中水的密度Pw; (4) 實時記錄擋板浸沒深度L和細線承力數(shù)值F ; (5) 測定擋板底面直徑D，通過下式計算出t時刻的水合物體積Vt:(6) 通過下式計算天然氣水合物的分解速率rH:3. 如權(quán)利要求2所述的對天然氣水合物分解速率進行測定的方法，其特征在于，所述 玻璃量杯中的水和水合物樣品制備時所用水一樣，包括去離子水、鹽水或地層水。4. 如權(quán)利要求2所述的對天然氣水合物分解速率進行測定的方法，其特征在于，所述 水合物擋板吸收系數(shù)很小，為合金類物質(zhì)。5. 如權(quán)利要求2所述的對天然氣水合物分解速率進行測定的方法，其特征在于，對于 測定鹽水或地層水中水合物分解速率，操作溫度為-5~KTC，對于去離子水中水合物分解 速率測定，操作溫度為O~KTC。6. 如權(quán)利要求2所述的對天然氣水合物分解速率進行測定的方法，其特征在于，水合 物分解速率測定壓力為常壓。7. 如權(quán)利要求2所述的對天然氣水合物分解速率進行測定的方法，其特征在于，測試 過程中，與擋板相連的細線必須處于垂直且受力狀態(tài)。8. 如權(quán)利要求2所述的對天然氣水合物分解速率進行測定的方法，其特征在于，該方 法同樣適合用于CO2等氣體水合物分解速率的測定。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天然氣水合物分解速率測定裝置及方法，該裝置由恒溫箱1、玻璃量杯2、天然氣水合物樣品3、擋板4、細線5、電子天平6組成。其測定方法如下：將天然氣水合物樣品放于盛有水的玻璃量杯中，并將與電子天平相連的擋板放置于水合物樣品上方；利用水合物密度小于水的密度使得擋板同時承受重力、細線拉力和水合物浮力的作用，通過測定擋板受力情況和擋板在水溶液中浸入的深度的變化情況而計算不同時刻水合物樣品的體積，從而計算出水合物的分解速率。本發(fā)明原理可靠，操作簡便，與傳統(tǒng)的恒壓法或恒容法相比，所得實驗結(jié)果準確可靠，對天然氣水合物分解性質(zhì)的研究更具有指導(dǎo)意義。
【IPC分類】G01N5/00
【公開號】CN105352840
【申請?zhí)枴緾N201510698625
【發(fā)明人】郭平, 邱奕龍, 劉煌, 魏納, 杜建芬, 汪周華, 熊楓, 楊蕾, 李龍龍
【申請人】西南石油大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月23日