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申请/专利权人：东北石油大学

摘要：本发明公开了一种用于研究天然气水合物在多孔介质内生成、分解和置换的实验装置及方法，属于天然气水合物试验设备技术领域，包括内设光刻玻璃的反应釜，反应釜顶部设透明视窗、底部设照明装置，透明视窗上方设有显微镜，光刻玻璃内部设多孔介质型腔，光刻玻璃内腔与抽真空系统、进液系统及进气系统相连，用于对光刻玻璃的内腔抽真空、降温并形成高压环境；反应釜与温控系统相连来保持反应釜内是恒温状态。本发明结构简单、操作方便、运行稳定、能耗较低，光刻玻璃作为水合物的生成场所，通过显微镜观察来研究水合物生成、分解和置换过程，并分析温度压力影响下水合物生成、分解和置换的速度，为后续水合物开发储运等的研究提供理论及装置的支持。

主权项：1.一种用于研究天然气水合物在多孔介质内生成、分解和置换的实验方法，其特征在于：应用用于研究天然气水合物在多孔介质内生成、分解和置换的实验装置进行试验；用于研究天然气水合物在多孔介质内生成、分解和置换的实验装置包括内设光刻玻璃的反应釜，所述反应釜的顶部设有透明视窗、底部设有照明装置，所述透明视窗的上方设有图像采集装置，所述光刻玻璃的内部设有多孔介质型腔，用于形成密闭的水合物合成腔体，所述光刻玻璃的内腔与抽真空系统、进液系统及进气系统相连，用于对光刻玻璃的内腔抽真空、降温并形成高压环境；所述反应釜与温控系统相连，用于保持反应釜内处于恒温状态；所述图像采集装置为显微镜；所述抽真空系统包括真空泵、排液管和收集罐，所述真空泵设置于排液管上，所述排液管的一端与光刻玻璃的排液口相连，所述排液管的另一端与收集罐相连，所述真空泵及收集罐均设置于反应釜的外部；所述进液系统包括储液箱、注液管和压缩机，所述注液管的一端与光刻玻璃的进液口相连，所述注液管的另一端与储液箱相连，所述压缩机的进出口两端分别设有蓄冷罐和散热器，所述散热器与光刻玻璃之间的注液管上设有单向阀、流量计和电控阀；通过注液管向光刻玻璃内的水合物合成腔体供给原料水；所述注液管上设有能够与反应釜侧壁相连的旁通管，所述旁通管上设有单向阀、流量计和电控阀，通过旁通管向反应釜内腔注入冷却液，注入完成后向反应釜的内腔冷却液中加入水合物抑制剂；所述反应釜的底部设有与收集管相连的出液口，所述收集管上设有单向阀和电控阀；所述进气系统包括气瓶和进气管，所述进气管上设有单向阀、流量计和电控阀，所述进气管的一端与光刻玻璃的进气口相连，所述进气管的另一端与气瓶相连，所述气瓶、单向阀、流量计和电控阀均设置于反应釜的外部；气瓶分别为甲烷气瓶和二氧化碳气瓶，通过甲烷气瓶和二氧化碳气瓶两个气瓶分别给光刻玻璃内的水合物合成腔体供给甲烷和二氧化碳两种气体，并制造高压环境；所述温控系统包括与反应釜侧壁相连的温度探头和温控箱，利用温度探头监测反应釜内的温度，通过温控箱来保持反应釜内的恒温状态；所述反应釜的侧壁上设有超声波振子，所述超声波振子通过电缆线与超声波发生器相连；通过温控系统使反应釜处于恒温状态，利用抽真空系统对光刻玻璃的多孔介质型腔抽真空，利用进液系统对光刻玻璃的多孔介质型腔注入冷却液，并通过进气系统在光刻玻璃的多孔介质型腔形成高压环境；照明装置对光刻玻璃提供照明，图像采集装置通过透明视窗记录光刻玻璃内水合物的生成、分解和置换实验过程，进而计算水合物的生成、分解、置换面积，通过面积和时间的比值确定不同温度压力作用下水合物的生成、分解、置换过程的反应速度；工作步骤如下：打开照明装置开关，打开注液管上的电控阀，将储液箱中的冷却液经旁通管输送到反应釜内，充满后关闭电控阀，给光刻玻璃内的水合物合成腔体提供低温的外部环境，同时向反应釜内的光刻玻璃外部冷却液中添加20%乙二醇水合物抑制剂，防止光刻玻璃外部水合物的生成进而影响观察；打开收集管上的电控阀，将反应釜内多余的水排出；打开真空泵，将光刻玻璃内空气全部排出，使之形成所需的真空环境后，关闭真空泵，为后续在光刻玻璃内输送水合物合成原料水和CO2提供条件，防止其他气体对水合物生成造成影响；打开注液管上的电控阀，将储液箱中的水输送到光刻玻璃内的水合物合成腔体中，充满腔体后关闭电控阀；打开进气管上的电控阀，将气瓶中的甲烷气体输送至水合物合成腔体内，制造高压环境，满足了低温高压的条件，水合物开始生成；打开排液管上的电控阀，将光刻玻璃内多余气液排至收集罐，观察气液流动状态下水合物生成、分解和置换的过程；打开超声波发生器电源开关，使超声波振子震动，利用超声波振动的方式增加甲烷气体在多孔介质型腔中的扩散能力，使体系保持均匀稳定；调整显微镜角度，正对光刻玻璃对水合物的生成、分解和置换过程进行观察；光刻玻璃内的多孔介质型腔为规则孔道，水合物反应面积计算方式为光刻玻璃内部孔道中水合物变化范围的长度乘以宽度，公式表示为S=a×bt，a：孔道宽度；b：水合物变化长度；观察光刻玻璃内甲烷水合物生成情况，根据水合物生成范围确定水合物合成面积，为光刻玻璃内部孔道内水合物生成区域的长度乘以宽度，生成的水合物面积公式表示为S=a×bt，改变反应温度及压力，得到水合物生成速度和温度、压力之间的关系，公式表示为：V生成=S生成t,S生成=13.4×1+T2×lnP-20；其中，S生成指的是水合物生成面积；V生成：水合物生成速度；t：生成时间；T：温度；P：压力；改变反应温度和压力，观察光刻玻璃内甲烷水合物分解情况，根据水合物分解范围确定水合物分解面积，为光刻玻璃内部孔道内水合物分解场所的长度乘以宽度，公式表示为S=a×bt，最终得到水合物分解速度和温度、压力之间的关系，公式表示为：V分解=S分解t,S分解=2.7×lnP×（T2-T）+13；其中，V分解：水合物分解速度；S分解指的是水合物分解面积；设置合适的温度和压力，更换装有二氧化碳气体的气瓶，打开进气管向光刻玻璃内注入二氧化碳气体，观察甲烷水合物和二氧化碳水合物置换的过程，记录置换面积为S=a×bt，最终得到水合物置换速度和温度、压力之间的关系，公式表示为：V置换=S置换t，S置换=1.46×ln1+P×T2+21；其中，V置换：水合物置换速度；S置换指的是水合物置换面积。

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