專利名稱：一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合實驗系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及天然氣水合物開采研究領域，尤其是一種天然氣水合物 合成與宏微觀力學性質綜合實驗系統。
背景技術：
天然氣水合物是一種類冰狀的天然氣礦藏，它是一種籠形化合物或 稱包絡狀混合物，它的形成不是通過分子間的強吸引力作用，而是水分 子形成的籠狀結構緊密地包裹了另 一種分子。天然氣水合物的主要成分 是曱烷水合物。美國地質調查局最近的一篇研究報告顯示自然界中天然 形成的曱烷水合物的碳含量遠大于目前所有化石燃料中的碳含量的總 和。同時曱烷是一種比二氧化碳熱容更高的溫室氣體，其效能是后者的20倍以上。另一方面，研究發現1體積的曱烷7jc合物中含有標準狀態下 164個體積的甲烷氣體，它能給人類提供和儲存能源。所以研究曱烷水合 物對新能源的開發利用和預防全球溫室效應有參考作用。同時，隨著油氣可開采量的逐漸減少和消耗量的逐漸增加，天然氣 化合物開采的迫切性日益顯著。為了研究深海海域不同沉積層中的天然 氣水合物的合成條件和力學特性，為我國海洋天然氣水合物的開采和相 關災害提供準確參數，必須弄清楚天然氣水合物的合成與分解條件、得 到熱力學參數、力學參數、分解后的地層的材料參數變化等。天然氣水 合物保持穩定需要恒定的高壓低溫條件，不適宜在不同壓力溫度環境下 移動，因此，建成一套天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合實驗系 統是非常必要的。發明內容為實現上述目的，本發明一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質 綜合實驗系統包括天然氣水合物合成模塊、力學性質實驗模塊和微觀測 量模塊，其中，天然氣水合物合成模塊包括供氣系統、注液系統和反應室；力學性質實驗模塊包括應力測量系統、應變測量系統、溫度控制系 統和加壓系統；微觀測量模塊包括CT測量系統；合成的氣體和液體在反 應室中生成天然氣水合物，反應過程中的數據均傳輸到數據采集系統進 行統計分析；天然氣水合物合成后，直接在反應室中加載以進行力學性 質測量；在合成和力學性質測量的同時，CT測量系統對樣本進行實時監 測，獲得微觀特性參數。進一步，所述實驗系統還包括氣體收集裝置，該氣體收集裝置收集 實驗后所述反應室中剩余的氣體。進一步，所述反應室中設置有巖土樣本，以模擬自然界中天然氣水 合物所在地層的特性。進一步，所述供氣系統包括高壓氣瓶、減壓閥、緩沖罐和氣體流量計。進一步，所述注液系統包括注液泵和閥門裝置。 進一步，所述CT測量系統包括CT照設系統和CT成像系統。 通過本發明綜合實驗系統對天然氣水合物合成的實驗和測定，可以 有效的模擬天然氣水合物的合成過程，并可分析得到天然氣水合物的合 成與分解條件、熱力學參數、力學參數、分解后的地層的材料參數變化 等數據，從而達到天然氣水合物的儲氣、研究、供能、運輸等目的。
附圖為本發明結構框圖。
具體實施方式
如附圖所示，本發明 一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合 實驗系統包括天然氣水合物合成模塊、力學性質實驗模塊和微觀測量模 塊。其中，天然氣水合物合成模塊包括供氣系統l、注液系統2和反應室 8，供氣系統l包括高壓氣瓶l.l、減壓閥1.2、緩沖罐1.4和氣體流量計 1.3;注液系統2包括注液泵2.1和閥門裝置2.2。力學性質實驗模塊包括 溫度控制系統3、加壓系統4、應力測量系統9、應變測量系統IO,其中 應力測量系統9、應變測量系統IO設置在反應室8內。獨U見測量才莫塊包 括CT測量系統5， CT測量系統5進一步包括CT照設系統5.1和CT成像系統5.2。實驗時，先在反應室8中裝入巖土樣本，來模擬自然界中各種天然 氣水合物所在地層的特性，開啟閥門裝置2.2使注液泵2.1向反應室8中 注入液體，使巖土樣本處于飽和狀態；控制溫度控制系統3和加壓系統4 對反應室8進行加壓和控溫，同時數據采集系統7實時監控壓力和溫度 信號，當溫度和壓力到達預定值時，開啟減壓閥l.l使高壓氣瓶l.l供氣， 在供氣線路上設置有緩沖罐1.4以防治氣體爆炸，并通過氣體流量計1.3 計量輸入的氣體量。在合成過程中，CT測量系統5通過CT照設系統5.1 和CT成像系統5.2測量樣品孔隙分布、大小、水合物的分布、顆粒間的 連接等微觀特征。實驗過程中，反應室8中的部分氣體排放到氣體收集 裝置6，其通過在前部設置氣體流量計6.1可測量回收的氣體量，通過進 氣量和出氣量的差值就可以確定合成的天然氣水合物量。反應過程中的 溫度、壓力、流量等數據均傳輸到數據采集系統7進行統計分析，從而 可得到天然氣水合物的合成與分解條件、熱力學參數。天然氣水合物合 成后，直接在反應室8中對樣品進行三軸壓力的加栽實驗，通過應力測 量系統9、應變測量系統10,獲得應力應變等力學參數等數據。在進行 力學性質實驗的同時，也通過CT成像系統5對樣品的微觀變化進行觀測， 獲得力學性質與微觀特性的關系。
權利要求
1、一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合實驗系統，其特征在于，該系統包括天然氣水合物合成模塊、力學性質實驗模塊和微觀測量模塊，其中，天然氣水合物合成模塊包括供氣系統、注液系統和反應室；力學性質實驗模塊包括應力測量系統、應變測量系統、溫度控制系統和加壓系統；微觀測量模塊包括CT測量系統；合成的氣體和液體在反應室中生成天然氣水合物，反應過程中的數據均傳輸到數據采集系統進行統計分析；天然氣水合物合成后，直接在反應室中加載以進行力學性質測量；在合成和力學性質測量的同時，CT測量系統對樣本進行實時監測，獲得微觀特性參數。
2、 如權利要求l所述的一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合 實驗系統，其特征在于，所迷實驗系統還包括氣體收集裝置，該氣 體收集裝置收集實驗后所述反應室中剩余的氣體。
3、 如權利要求1所述的一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合 實驗系統，其特征在于，所述反應室中設置有巖土樣本，以模擬自 然界中天然氣水合物所在地層的特性。
4、 如權利要求1所述的一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合 實驗系統，其特征在于，所述供氣系統包括高壓氣瓶、減壓閥、緩 沖罐和氣體流量計。
5 、 如權利要求1所述的 一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合 實驗系統，其特征在于，所述注液系統包括注液泵和閥門裝置。
6、 如權利要求l所述的一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合 實驗系統，其特征在于，所述CT測量系統包括CT照設系統和CT 成像系統。
全文摘要
本發明公開了一種天然氣水合物合成與宏微觀力學性質綜合實驗系統包括天然氣水合物合成模塊、力學性質實驗模塊和微觀測量模塊，其中，天然氣水合物合成模塊包括供氣系統、注液系統和反應室；力學性質實驗模塊包括應力測量系統、應變測量系統、溫度控制系統和加壓系統；微觀測量模塊包括CT測量系統；合成后，直接在反應室中加載進行力學性質測量；在合成和力學性質測量的同時，CT測量系統對樣本進行實時監測，獲得微觀特性參數。通過本發明實驗系統對天然氣水合物合成的實驗和測定，可分析得到天然氣水合物的合成與分解條件、熱力學參數、力學參數、分解后的地層的材料參數變化等數據，從而達到天然氣水合物的儲氣、研究、供能、運輸等目的。
文檔編號G01N33/22GK101246117SQ200810102680
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月25日 優先權日2008年3月25日
發明者王淑云, 王愛蘭, 京 趙, 魯曉兵 申請人:中國科學院力學研究所