[发明专利]一种可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置及其工作方法

说明书

本发明涉及一种可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置及其工作方法，包括循环制冷系统、测试单元系统、微观操作系统、显微观察系统；测试单元系统包括常压可视化反应装置、常压反应槽、液体入口、液体出口、测试单元件，可视化反应装置的一侧壁上设有常压反应槽，侧壁上连通设有液体入口、液体出口，侧壁上还设有可视窗口，常压反应槽内设置有测试单元件，测试单元件包括实心金属块、透明石英框，实心金属块上设有若干个透明石英框。本发明能够比较好的研究和监测环戊烷水合物在壁面的生成、生长和沉积情况，消除了水合物必须在高压环境下生成的条件限制，更加准确直观的测量壁面生成环戊烷水合物的粘附力。

技术领域

本发明涉及一种可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置及其工作方法，属于油气开采技术领域，尤其涉及深海油气开采领域，特别适用于油气管道中水合物壁面粘附力学实验研究。

背景技术

水合物是由氢键连接的水分子结构形成的笼形结构，气体分子则在范德华力作用下被包围在晶格中。水分子组成的结构空穴被一些小分子填充，这些小分子起着稳定晶格的作用。小分子包括相对分子质量小的碳氢化合物，例如甲烷，乙烷，丙烷，以及氢气和二氧化碳。在深水气田开发过程中，集输管道大多采用混输工艺，管道中通常是高压低温环境且有自由水的存在，故极易生成水合物。水合物在管道中的生成，会造成堵塞管道、减少天然气的输量、增大管线的压差、损坏管件等危害。并且管道堵塞后的修复工作需要投入大量的人员与资金。因此预防水合物堵塞管道及在堵塞发生后的高效解堵是目前急需解决的问题。解决这一问题的基础是对水合物生成沉积过程及其相关力学性质展开深入的研究。

目前对水合物力学性质的实验装置研究非常少，且研究大多是在反应釜中进行。

中国专利文献CN104406864A公开一种天然气水合物力学性质测量装置,包括数据采集系统、抽真空系统、天然气增压进气系统和水合物反应釜，所述水合物反应釜包括有反应釜底座、端盖、加力杆、反应釜外壳和反力架，反应釜外壳和反应釜底座通过螺栓连接并通过密封圈密封，端盖通过螺旋状不锈钢管线与反应釜底座相连，加力杆从反应釜外壳顶部穿入并用密封圈密封，加力杆一端顶住端盖，另一端顶住反力架，端盖上开有第一进出口和第二进出口，反应釜底座开有第三进出口和第四进出口，其从反应釜底座具有的凸台的正中穿过，上述四个进出口与抽真空系统和天然气增压进气系统连接。本测量装置通过测量水合物反应釜中压力室的主应力、围压、温度、形变、顶部压力、底部压力等参数，获得水合物的力学性质。

中国专利文献CN201749054U公开了一种实验装置，尤其涉及一种天然气水合物力学性能实验装置。本实用新型的天然气水合物力学性能实验测试装置，包括三轴仪，三轴仪设置在恒温装置内，三轴仪内设有反应室，反应室的顶端、底端分别连接注液系统；反应室的底端与围压系统连接。通过本装置系统对天然气水合物合成的实验和测定，可以得到含天然气水合物沉积物的力学参数，为天然气水合物的钻探和开采提供非常重要的基础参数。本装置通过测量三轴仪内反应室的围压及形变得到水合物沉积的应力和应变等力学特性。

但以上设备都是在低温高压条件下进行的，操作具有一定的危险性，且可视化程度低，不能实时观测水合物的生成情况及粘附力等数据的直接测量。

水合物管壁沉积是导致管道堵塞和阀件失效的关键因素，且水合物在管道壁面生长是水合物管壁沉积的基本模式之一，然而，目前对于该模式的研究还只是处于宏观定性认知阶段，相关的实验测试与理论研究尚处于初始探索阶。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可视化水合物壁面粘附力学特性的实验装置；

本发明还提供了一种上述装置的工作方法；

本发明以环戊烷水合物为模型水合物，而环戊烷水合物能在常压条件下生成，从而消除了高压条件的限制，且环戊烷水合物为II型结构水合物，与管道中所生成水合物类型相同，因此环戊烷水合物是常压环境中研究水合物粘附力学特性的最佳选择。