[发明专利]可控温度压力环境下天然气水合物试样的制备装置及方法

说明书

本发明公开可控温度压力环境下天然气水合物试样的制备装置及方法，涉及岩土力学试验技术与设备技术领域。包括三轴缸外筒、温度调节系统、压力加载系统、供气系统和回收系统；三轴缸外筒中部贯通设置有容纳腔，容纳腔两端设有三轴缸端部封盖；温度调节系统用于调节三轴缸外筒的温度；压力加载系统用于向容纳腔内施加压力载荷；供气系统用于向容纳腔内提供高压气体；回收系统用于回收容纳腔内的水分和气体。模拟水合物储层中的地质环境，实现天然气水合物试样的制备与保压存储；解决了天然气水合物试样实验室制备的问题；解决了试样转移过程中由于压力环境的丧失而导致的性质变化的问题；解决了天然气水合物在实验室中的密闭保压存储问题。

技术领域

本发明涉及岩土力学试验技术与设备技术领域，特别是涉及可控温度压力环境下天然气水合物试样的制备装置及方法。

背景技术

天然气水合物是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，是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源，广泛分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。天然气水合物主要以孔隙填充的形式赋存于海洋沉积物或冻土颗粒中，海洋沉积物或冻土的颗粒组成为砂粒、粉粒和粘粒。一旦温度升高或压强降低，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于分解，所以这就造成了难于获取原位状态下的天然气水合物试样，对天然气水合物的研究需要在实验室模拟实际环境条件来制取天然气水合物试样并存储于低温环境中，以便用于后续实验室关于天然气水合物的相关试验。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供可控温度压力环境下天然气水合物试样的制备装置及方法，以实现在实验室模拟实际环境条件来制取天然气水合物试样并存储。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供可控温度压力环境下天然气水合物试样的制备装置，包括三轴缸外筒、温度调节系统、压力加载系统、供气系统和回收系统；所述三轴缸外筒中部贯通设置有容纳腔，所述容纳腔两端均设置有三轴缸端部封盖；所述温度调节系统用于调节所述三轴缸外筒的温度；所述压力加载系统用于向所述容纳腔内施加压力载荷；所述供气系统用于向所述容纳腔内提供高压气体；所述回收系统用于回收容纳腔内的水分和气体。

可选的，所述温度调节系统包括冷浴热交换容器、液体循环泵和温控冷浴装置；所述冷浴热交换容器设置于所述三轴缸外筒外部，所述液体循环泵、所述温控冷浴装置和所述冷浴热交换容器之间依次通过管路连通。

可选的，所述压力加载系统包括轴压加载伺服泵和围压加载伺服泵，所述轴压加载伺服泵和所述围压加载伺服泵均与所述容纳腔相连通。

可选的，所述供气系统包括气源和气体增压泵；所述气体增压泵的进气口与所述气源相连通，所述气体增压泵的出气口与所述容纳腔相连通。

可选的，所述回收系统包括依次连通的回压阀门、气液分离器和甲烷回收罐；所述回压阀门的进气端与所述容纳腔相连通。

本发明还提供上述可控温度压力环境下天然气水合物试样的制备装置的方法，包括以下步骤：

第一步，根据实际天然气水合物对组成颗粒及颗粒粒径的要求在实验室重塑砂样，在重塑砂样的上下端放置滤水板和试样垫块并采用热缩管进行整体封装形成重塑试样，之后采用透明连接管将封装后的重塑试样与玻璃器皿进行连接，在玻璃器皿中加入去离子水，直到水头高过重塑试样，持续一定时间直到水头稳定不变，达到饱和条件的重塑试样采用热缩管封装后两端连接压力触控阀门以保证饱和试样中的水不能排出；

第二步，将采用热缩管封装后处于密闭状态的重塑试样推入三轴缸外筒中，将供气系统连接至重塑试样下端的压力触控阀门，将回收系统连接至封装后试样上端的压力触控阀门，之后在三轴缸外筒的两端置入三轴缸端部垫块，最后再采用三轴缸端部封盖将三轴缸外筒进行密封；