一种水合物合成及分解可视化实验装置

技术领域

本发明涉及天然气水合物领域，尤其涉及一种水合物合成及分解可视化实验装置。

背景技术

天然气水合物(Natural Gas Hydrate/Gas Hydrate)分布于深海沉积物或陆相永久冻土中,在自然界中广泛分布在大陆永久冻土、岛屿斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境中。天然气水合物是天然气和水在高压低温的条件下形成类似的冰状的结晶物质，遇火可燃烧，被称作“可燃冰”(Combustibleice)其资源密度高，分布广、具有极高的资源价值，被视为继煤层气、页岩气之后的最有效的战略接替能源，具有良好的发展潜力，引起世界各国的高度重视。

国内和国外的微观物理模型起步较早，Chatenever在1952年使用了玻璃材料的粒状填充模型研究多孔介质驱替的可视化研究，分析剩余油在微观尺度的形成机理和形态。目前水合物的微观模型大都是玻璃模型，存在种类单一问题，图案和真实岩石的孔隙结构有很大的差异，且不能研究流体与岩石固相的相互作用，限制了三相耦合等内容的研究。目前水合物的实验研究主要集中在水合物的宏观合成装置，开采方法的概念设计及防砂方法的概念设计，在水合物的微观合成、分解和出砂机理的研究的实验装置研究尚少。专利号201811593768.9发明提出了一种水合物得微观观测系统，只能观测在不同温压条件下水合物在不同溶液中的生长聚集情况，并且在实际条件中水合物会堵塞管道不能保障其一定流动性。专利号201811593768.9只是概念上的方式，实得出的结果过于理想化，并不能真实反应水合物在岩石固相情况下在不同温压条件下水合物的合成、分解和岩石固相内的砂粒运移。为此，需要研制多种实验条件下水合物的合成、分解和岩石固相内的砂粒运移的微观可视化装置。

发明内容

本发明提供了一种水合物合成及分解可视化实验装置，本发明通过建立不同温压环境，模拟不同温压条件下水合物岩心薄片的合成过程。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水合物合成及分解可视化实验装置，包括通过温度控制器控制内部温度的恒温箱，以及安装在恒温箱内顶壁的微观摄像仪，微观摄像仪的摄像头正对岩石薄片，所述岩石薄片固定盖合在贯穿基座的通孔上，岩石薄片远离基座的一端安装在底座上，底座靠近基座的一端设置有凹孔，其延时薄片盖合在所述凹孔上，并在底座的上设置有一个进料口和出料口，进料口和出料口均连通底座的凹孔，从而使得能够通过微观摄像仪观察凹孔内的混合物；所述底座与所述基座均安装在恒温箱内部，所述基座采用透光硬质材料制成，并在所述恒温箱底部安装有光源，光源发射端朝向基座底部，所述进料口安装有进料管道，进料管道贯穿恒温箱并伸出恒温箱外部，进料管道连接泵送装置的出料端，泵送装置的两个进料端分别连接有多个气源组和多个液源组，所述每个气源组和每个液源组均包括一个注射器和一个控制注射器活塞杆移动的电机，所述每个注射器的注射口均外接有管道，气源组的注射器外接管道汇流成一条气源管道，液源组的注射器外接管道汇流成一条液源管道，气源管道与液源管道汇流形成所述进料管道，所述出料口连接有出料管道，出料管道上安装有两相分离器，两相分离器的出气端连接气体收集瓶，两相分离器的出液端连接有液体收集瓶，所述电机均与计算机电连接，所述微观摄像仪与计算机电连接。从而通过本装置模拟出了不同温度条件下水合物岩心薄片的合成过程；并且能够通过微观摄像仪观察到水合物的合成、分解和岩石固相内的砂粒运移。

进一步的，所述两相分离器与出料口之间安装有回压阀，所述回压阀的压力输入端口通过回压管道连接有回压源，所述回压源包括注射器和控制注射器活塞杆移动的电机，从而可以通过电机控制活塞杆移动达到调节回压源连接出料口一端的压力，进而达到调节出料口压力的目的。使得通过本装置模拟出了不同温压条件下水合物岩心薄片的合成过程。

优选的，所述回压管道靠近回压源的一端到回压阀的一端依次安装有压力表、通断阀和微量液体流量计，所述微量液体流量计与计算机电连接，使得计算机能够时刻获知回压管道中的液体流量，来调整电机的输出，进而达到调整回压源中注射器活塞杆的移动量。

优选的，所述两相分离器到气体收集瓶之间的管道依次安装有微量气体流量计、通断阀和压力表；所述微量气体流量计与计算机电连接。

优选的，所述两相分离器到液体收集瓶之间的管道依次安装有微量液体流量计、通断阀和微量计量器；所述微量液体流量计与计算机电连接。

优选的，所述泵送装置到进料口之间的管道上依次安装有压力表和通断阀。

优选的，所述气源管道上安装有微量气体流量计和加压泵，所述微量气体流量计与计算机电连接。

优选的，所述气源组注射器和液源组注射器的注射口外接管道上均安装有压力表和通断阀。

优选的，所述微观摄像仪采用镜头可伸缩式的微观摄像仪。

优选的，所述基座采用耐压透明材料制成。

与现有技术相比本发明的有益效果是：本装置模拟出了不同温压条件下水合物岩心薄片的合成过程；并且能够通过微观摄像仪观察到水合物的合成、分解和岩石固相内的砂粒运移。

附图说明

图1为本发明的整体系统原理图；

图2为本发明的显微观测模型的结构示意图；

图3为本发明的显微观测结构的剖面图；

附图标记说明：1.气源组；2.电机；3.注射器；4.液源组；5.微量气体流量计；6.泵送装置；7.恒温箱；8.微观摄像仪；9.基座；10.底座；11.岩石薄片；12.光源；13.回压阀；14.微量液体流量计；15.两相分离器；16.回压源；17.微量计量器；18.温度控制器；19.液体收集瓶；20.计算机；21.气体收集瓶；22.加压泵；23.进料口；24.出料口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1到3本发明的最优实施列如下：

一种水合物合成及分解可视化实验装置，包括通过温度控制器18控制内部温度的恒温箱7，以及安装在恒温箱7内顶壁的微观摄像仪8，微观摄像仪8的摄像头正对岩石薄片11，所述岩石薄片11固定盖合在贯穿基座9的通孔上，岩石薄片11远离基座9的一端安装在底座10上，底座10靠近基座9的一端设置有凹孔，其延时薄片盖合在所述凹孔上，并在底座10的上设置有一个进料口23和出料口24，进料口23和出料口24均连通底座10的凹孔，从而使得能够通过微观摄像仪8观察凹孔内的混合物；所述底座10与所述基座9均安装在恒温箱7内部，所述基座9采用透光硬质材料制成，并在所述恒温箱7底部安装有光源12，光源12发射端朝向基座9底部，所述进料口23安装有进料管道，进料管道贯穿恒温箱7并伸出恒温箱7外部，进料管道连接泵送装置6的出料端，泵送装置6的两个进料端分别连接有多个气源组1和多个液源组4，所述每个气源组1和每个液源组4均包括一个注射器3和一个控制注射器3活塞杆移动的电机2，所述每个注射器3的注射口均外接有管道，气源组1的注射器3外接管道汇流成一条气源管道，液源组4的注射器3外接管道汇流成一条液源管道，气源管道与液源管道汇流形成所述进料管道，所述出料口24连接有出料管道，出料管道上安装有两相分离器15，两相分离器15的出气端连接气体收集瓶21，两相分离器15的出液端连接有液体收集瓶19，所述电机2均与计算机20电连接，所述微观摄像仪8与计算机20电连接。从而通过本装置模拟出了不同温度条件下水合物岩心薄片的合成过程；并且能够通过微观摄像仪8观察到水合物的合成、分解和岩石固相内的砂粒运移。

所述两相分离器15与出料口24之间安装有回压阀13，所述回压阀13的压力输入端口通过回压管道连接有回压源16，所述回压源16包括注射器3和控制注射器3活塞杆移动的电机2，从而可以通过电机2控制活塞杆移动达到调节回压源16连接出料口24一端的压力，进而达到调节出料口24压力的目的。使得通过本装置模拟出了不同温压条件下水合物岩心薄片的合成过程。

所述回压管道靠近回压源16的一端到回压阀13的一端依次安装有压力表、通断阀和微量液体流量计14，所述微量液体流量计14与计算机20电连接，使得计算机20能够时刻获知回压管道中的液体流量，来调整电机2的输出，进而达到调整回压源16中注射器3活塞杆的移动量。

所述两相分离器15到气体收集瓶21之间的管道依次安装有微量气体流量计5、通断阀和压力表；所述微量气体流量计5与计算机20电连接。

所述两相分离器15到液体收集瓶19之间的管道依次安装有微量液体流量计14、通断阀和微量计量器17；所述微量液体流量计14与计算机20电连接。

所述泵送装置6到进料口23之间的管道上依次安装有压力表和通断阀。

所述气源管道上安装有微量气体流量计5和加压泵22，所述微量气体流量计5与计算机20电连接。

所述气源组1注射器3和液源组4注射器3的注射口外接管道上均安装有压力表和通断阀。

所述微观摄像仪8采用镜头可伸缩式的微观摄像仪8。

所述基座9采用耐压透明材料制成。

参见附图1可知本发明的气源组1共有三个，液源组4共有两个，三个气源组1中的气源可以分别为甲烷、二氧化碳、氮气。当然上述并非是对本发明的限定，本发明可以根据实际情况增加气源组1，进而增加其他种类的气源，也可以根据实际情况增加液源组4。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。