[发明专利]一种热导率测试装置及水合物试采实验设备

说明书

本申请涉及天然气水合物开采装置技术领域，特别地涉及一种热导率测试装置及水合物试采实验设备。本申请提供的热导率测试装置，包括实验装置、模拟装置以及检测装置，至少两个热常数分析检测探头沿着容纳腔的深度方向排列设置，至少两个传感器探头沿着容纳腔的深度方向排列设置。在实施过程中，由于在反应釜的容纳腔的深度方向排列设置热常数分析检测探头以及传感器探头，进而通过实验装置以及模拟装置模拟地层上覆压力，样品压实程度可调。将采用瞬态平面热源法测试模拟真实地层环境下甲烷水合物沉积物在分解过程中多个位置处的热导率，配合温度、压力、电阻率的在线测试以及试验中产出物的参数，进而得出饱和度，获得水合物沉积物热导率与饱和度等关键参数的关系式，减少实验耗时。

技术领域

本申请涉及天然气水合物开采装置技术领域，特别地涉及一种热导率测试装置及水合物试采实验设备。

背景技术

天然气水合物是一种由水和天然气(甲烷为主)分子在低温高压环境下形成的固态化合物。目前，天然气水合物作为未来较理想的战略替代能源，已经成为当代地球科学和能源工业发展的一大热点。目前，很多国家已经相继开展了天然气水合物的试采试验并取得了一系列成果。天然气水合物开发技术的研究进展从根本上依赖于高品质的物性数据的获取和对天然气水合物物化性质的深刻认识。可靠的热物性数据对于模拟自然界天然气水合物的成藏和天然气水合物勘探、开发具有重要研究意义。

现有技术中的天然气水合物沉积物热导率测量装置，包括稳压供气模块，稳压供液模块，热导率测量模块，稳压供热模块，数据采集和处理模块。水合物生成和热导率测定在一维高压反应釜中进行。反应釜轴心处为一热探针，探针内均匀分布电热丝，探针中心处有一热电阻，用于测量加热时探针中心点的温度变化。该装置结合瞬态测量技术，可以用于测量含水合物多孔沉积物有效热导率，综合研究不同水合物饱和度、不同温度压力及沉积物颗粒下热导率模型。由于水合物在温度、压力等条件发生变化时易分解，导热性能动态变化，因此其热导率多采用瞬态法进行测量。瞬态法热导率测试方法主要分为热线法、瞬态热带法及瞬态平面热源法。热线法及其随后发展的探针法主要用于松散介质的热导率的测试，且测量结果受接触热阻影响。热带法将线热源压扁成带状，扩大热源和介质的接触面积，可减少接触热阻。瞬态平面热源法是如今水合物沉积物热导率研究最常用的方法。将热源弯曲成螺旋状，压成平面板热源，可在更小的空间内获得更大的接触面。

现有技术中的气体水合物沉积物热导率的测量装置中包括气体水合物生产反应器，其外套设一制冷夹套：气体水合物生产反应器的轴心方向上设有加热探针，及其一水平面上设有若干个热电阻。测量热导率的方法步骤为：向气体水合物生产反应器内装满细砂，注入甲烷和水，通过制冷夹套制冷，生成水合物经沉积即得到其沉积物，并记录反应器内的温度T0；利用加热探针加热沉积物，同时利用热电阻测量其相应位置处的温度Tt，根据T0和Tt以及由T0变化至Tt的时间，即能计算出热导率。该装置能安全有效并且更加准确的测量气体水合物沉积物的热导率，从而为气体水合物沉积物分解规律的研究提供支撑。

现有技术中的测量装置包括稳压气液供给模块，温度控制模块，导热系数测量模块，数据采集模块。水合物生成和导热系数测定在高压反应釜中进行。反应釜轴心处有一电阻丝，可提供稳定功率持续加热含水合物多孔介质。电阻丝中心点所在釜体截面上另分布三个热电偶，用于分析加热时热量沿截面的稳态传递特性。该技术方案结合稳态测量技术，可以用于测量含水合物多孔介质有效导热系数，综合研究不同水合物饱和度、不同温度和压力及沉积物颗粒下导热系数模型，为实际天然气水合物开采提供理论依据。