專利名稱：天然氣水合物的電阻的測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種主要在沉積物中生成/分解天然氣水合物，利用電阻法測(cè)量 天然氣水合物在沉積物中生成/分解過程中的電阻性質(zhì)變化的實(shí)驗(yàn)裝置，屬于海洋天然氣 水合物電學(xué)物性參數(shù)測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天然氣水合物是水與甲烷、乙烷、二氧化碳及硫化氫等小分子氣體形成的非化學(xué) 計(jì)量性籠狀晶體物質(zhì)，又稱籠型水合物。其廣泛分布在淺海、大陸骨架及永久凍土層中。科 學(xué)家們預(yù)測(cè)，在世界范圍內(nèi)廣泛存在著幾乎是純甲烷的天然氣水合物資源，且蘊(yùn)藏量極大， 其含碳量為全球已知化石燃料(石油、天然氣和煤)的2倍左右，如此巨大的資源量無疑將 會(huì)成為不久未來重要的后續(xù)能源之一。對(duì)天然氣水合物各種物性的認(rèn)識(shí)還不是很全面，天 然氣水合物資源的勘探開發(fā)尚處于探索、試驗(yàn)階段，但有關(guān)的科學(xué)研究工作卻已成為近來 的研究熱點(diǎn)。根據(jù)物質(zhì)的導(dǎo)電原理，在沉積物層中孔隙自由水因溶解巖石中的鹽甚至海水中含 有鹽離子而使沉積物具有導(dǎo)電性，地層的導(dǎo)電能力決定于地層水和其中鹽離子的濃度。含 天然氣水合物的地層，受水合效應(yīng)的影響，自由水分子與氣體分子生成水合物，水合物占據(jù) 沉積物孔隙或與沉積物顆粒膠結(jié)，造成地層致密，使得地層中水含量減少和鹽離子的遷移 能力大大減弱，從而使地層導(dǎo)電性降低，表現(xiàn)為電阻率增加。一般認(rèn)為干燥巖石的電導(dǎo)率為 零，干燥的純天然氣水合物的電阻率為一定值，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的干燥的甲烷水合物的電阻率為 5ΚΩ.πι,因此含天然氣水合物地層的電阻率取決于地層中天然氣水合物的飽和度。同時(shí)，水 分子與氣體分子生成水合物時(shí)，根據(jù)水的化學(xué)位平衡可知孔隙中自由水不能全部轉(zhuǎn)化為水 合物相，少量地層水吸附在多孔的水合物中，而使其中的鹽離子也吸附在水合物中，因此使 得地層天然氣水合物可以導(dǎo)電。生成水合物的地層孔隙水的礦化度決定了吸附在水合物中 的離子的濃度，從而決定了含水合物地層的電阻率。由于地層水含量大大減少和離子移動(dòng) 能力大大減弱，與不含水合物地層的導(dǎo)電性相比，含天然氣水合物地層的電阻率迅速升高。 這是電阻率測(cè)井用于天然氣水合物勘探的理論基礎(chǔ)。天然氣水合物的形成過程是一個(gè)成核-微晶-結(jié)晶-聚集膠結(jié)的過程。電阻測(cè)量 技術(shù)在測(cè)量成核-微晶過程中是一種比較可靠的方法。Buffett等曾采用電阻法測(cè)量進(jìn)行 沉積物中ω2水合物形成過程的研究，取得了一定的成果。由于甲烷氣體在溶液中溶解度 極低，還很少有這方面的報(bào)道。同時(shí)^its印ina和Buffett利用電阻率的變化速度研究水 合物形成過程中的熱過程和熱動(dòng)力學(xué)，并認(rèn)為電阻法測(cè)量可以定量水合物的成核規(guī)模。研究含天然氣水合物的電阻性質(zhì)，對(duì)于我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)水合物生成/分解過程中 的成核/分解機(jī)理，估算地層中天然氣水合物的儲(chǔ)量及其基本分布特征，同時(shí)對(duì)天然氣水 合物資源的勘探開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義，并能提供可靠準(zhǔn)確的電阻物性數(shù)據(jù)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種天然氣水合物的電阻測(cè)量裝置。本實(shí)用新型提供的天然氣水合物的電阻測(cè)量裝置包括用于容置沉積物并在所述 沉積物中生成待測(cè)天然氣水合物的反應(yīng)釜；控制所述反應(yīng)釜內(nèi)溫度的空氣浴槽溫控系統(tǒng)； 往所述反應(yīng)釜內(nèi)輸送天然氣的天然氣配氣系統(tǒng)；測(cè)定所述反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物電阻的電 阻測(cè)量系統(tǒng)以及采集所述電阻測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。進(jìn)一步，上述電阻測(cè)量裝置還包括測(cè)定所述反應(yīng)釜內(nèi)■和壓力的■壓力測(cè)量系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采集所述電阻測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)和所述溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)中 信號(hào)的系統(tǒng)。在一實(shí)施例中，上述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置一用于容置沉積物并在所述沉積物中生成待測(cè) 天然氣水合物的絕緣套筒，所述絕緣套筒上端開口 ；所述溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)是測(cè)量所述絕緣套筒內(nèi)所述沉積物中溫度和壓力的系統(tǒng)， 所述電阻測(cè)量系統(tǒng)是測(cè)量所述絕緣套筒內(nèi)天然氣水合物的電阻的系統(tǒng)；所述反應(yīng)釜包括釜蓋和釜體。上述浴槽溫控系統(tǒng)包括用于容置所述反應(yīng)釜的保溫浴槽、針對(duì)所述保溫浴槽工作 的制冷壓縮機(jī)組和控制所述制冷壓縮機(jī)組工作的控制系統(tǒng)。上述天然氣配氣系統(tǒng)包括天然氣鋼瓶；設(shè)置在所述天然氣鋼瓶與所述絕緣套筒之間的管道，所述管道穿過所述釜蓋進(jìn)入 所述絕緣套筒內(nèi)部；以及設(shè)置在所述管道上的氣體質(zhì)量流量計(jì)和截止閥；所述管道上設(shè)置有由一氣閥控制的可通向外界大氣的出氣管道。上述溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)包括溫度傳感器和壓力傳感器；所述溫度傳感器的探頭穿 過所述釜蓋伸至所述絕緣套筒內(nèi)的沉積物中，所述壓力傳感器安裝在所述釜蓋上。上述電阻測(cè)量系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生源，一端與所述信號(hào)發(fā)生源電連接的標(biāo)準(zhǔn)電阻 箱，埋設(shè)在所述沉積物中且依次并排放置的電極一、電極二、電極三和電極四以及高頻電壓 測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊；所述電極一和電極二、所述電極二和電極三、所述電極三和電極四的間距均優(yōu)選 為 IOmm ；所述電極一通過電線穿過所述釜蓋與所述信號(hào)發(fā)生源的負(fù)極相連，所述電極四通 過電線穿過所述釜蓋與所述標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的另一端相連，所述電極二和電極三均通過電線穿 過所述釜蓋與所述高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊相連；所述標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的兩端均通過電線與所述高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊相連。所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括測(cè)量所述溫度傳感器和所述壓力傳感器信號(hào)的溫度壓力 采集模塊、以及測(cè)量所述高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊信號(hào)的模塊。上述電阻測(cè)量裝置還包括一與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連的微機(jī)；所述信號(hào)發(fā)生源是 發(fā)出高頻方波脈沖信號(hào)的方波電源。本實(shí)用新型的工作原理如圖4所示=NaCl在水溶液中完全電離，電離出Na+和 Cl—而使溶液具有一定的導(dǎo)電性。甲烷水合物生成過程是一個(gè)排鹽過程，電阻法是基于溶液中離子含量的變化而引起的沉積物中溶液導(dǎo)電率變化。當(dāng)有甲烷水合物開始生成時(shí)，要吸 收一部分水，使電解質(zhì)溶液濃度增大，導(dǎo)電率增加，電阻減小，故電阻的變化可反映甲烷水 合物的生成/分解的性質(zhì)。沉積物孔隙中鹽溶液的濃度會(huì)隨著水合物的生成而不斷變化， 從而沉積物中的電阻也會(huì)不斷變化，因而沉積物層中電阻的變化與沉積物中水合物飽和度 的大小具有一定關(guān)系，因此，通過測(cè)量氣體水合物在沉積物中生成/分解過程中的電阻的 變化，可以反應(yīng)含水合物沉積物的電學(xué)性質(zhì)。本實(shí)用新型所述的天然氣水合物電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法及裝置可以進(jìn)行不同氣體種 類、不同粒徑沉積物、不同反應(yīng)條件下的沉積物中水合物電阻性質(zhì)的測(cè)量，同時(shí)還可以進(jìn)行 溶液中水合物的測(cè)定。本裝置具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型沉積物中水合物生成/分解過程中電阻性質(zhì)變化測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置 流程示意圖。圖2是本實(shí)用新型電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置中反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)量電極示意圖。圖4是本實(shí)用新型電阻測(cè)量原理示意圖。圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)過程中溫度、壓力隨反應(yīng)時(shí)間的變化示意圖。圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)過程中電阻隨反應(yīng)時(shí)間的變化示意圖。圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)過程中電阻隨反應(yīng)溫度的變化示意圖。圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)過程中電阻隨沉積物中水合物飽和度變化示意 圖。圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)過程中溫度、壓力隨反應(yīng)時(shí)間的變化示意圖。圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)過程中電阻隨反應(yīng)時(shí)間的變化示意圖。圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)過程中電阻隨反應(yīng)溫度的變化示意圖。圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)過程中電阻隨沉積物中水合物飽和度變化示意 圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型并不限于以下實(shí) 施例。下述實(shí)施例中，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。實(shí)施例1、天然氣水合物的電阻測(cè)量裝置如圖1所示，本實(shí)用新型提供的天然氣水合物的電阻測(cè)量裝置，包括反應(yīng)釜9、設(shè) 置在反應(yīng)釜9內(nèi)的絕緣套筒、浴槽溫控系統(tǒng)、天然氣配氣系統(tǒng)、電阻測(cè)量系統(tǒng)、溫度壓力測(cè) 量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。反應(yīng)釜9是高壓反應(yīng)釜，高壓反應(yīng)釜9由不銹鋼材料加工而成，可耐32MPa，反應(yīng)釜 的容積為2. 0L,內(nèi)徑為130mm，有效高度150mm。如圖2A所示，分釜蓋和釜體兩部分。該反 應(yīng)釜的釜蓋(圖2B)上開設(shè)有8個(gè)Φ 3的孔，是2個(gè)溫度傳感器出口 19、1個(gè)壓力傳感器出 口 21、4個(gè)電極接線口 20以及上進(jìn)氣口 18。釜體的底部設(shè)置了排水口 23和下進(jìn)氣口 22。[0045]絕緣套筒是用于容置沉積物并在所述沉積物中生成待測(cè)天然氣水合物的，具體可 由聚四氟乙烯制成的上端開口的筒。將一定目數(shù)的石英砂與一定濃度的NaCl水溶液混合， 然后充入天然氣即可在石英砂沉積物17中形成天然氣水合物。運(yùn)行過程中，聚四氟乙烯絕 緣套筒可以使電阻測(cè)量部分與反應(yīng)釜壁絕緣，其目的是避免金屬釜體對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)信 號(hào)的干擾。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，也可其他的方式進(jìn)行絕緣，從而可以省去用絕緣套筒，直 接在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行相關(guān)反應(yīng)。浴槽溫控系統(tǒng)是用于控制絕緣套筒內(nèi)溫度的。浴槽溫控系統(tǒng)包括用于容置所述反 應(yīng)釜9的保溫浴槽12、針對(duì)保溫浴槽12工作的制冷壓縮機(jī)組和控制該制冷壓縮機(jī)組工作的 控制系統(tǒng)。該浴槽溫控系統(tǒng)的最低制冷溫度為-20. 0°C。天然氣配氣系統(tǒng)是用來向絕緣套筒內(nèi)輸送天然氣的。天然氣包括甲烷、乙烷、丙 烷、丁烷、乙烯、氮?dú)狻錃?、硫化氫、二氧化碳、天然氣氣田伴生氣中的一種或任意幾種氣體 的混合物。天然氣配氣系統(tǒng)包括天然氣鋼瓶1以及設(shè)置在天然氣鋼瓶1與反應(yīng)釜9之間的 連接管道，該管道通過釜蓋(也即經(jīng)過釜蓋上的上進(jìn)氣口 18)與反應(yīng)釜連通。為了控制天 然氣的輸送，在該總管道上設(shè)置了截止閥，并且為了監(jiān)控氣體流量，在該總管道上設(shè)置了氣 體質(zhì)量流量計(jì)6。具體的設(shè)置方法是在天然氣鋼瓶1的出氣口就設(shè)置了截止閥2，然后依次 是截止閥4和7 ；在截止閥4和7之間設(shè)置了 MDF-I型氣體質(zhì)量流量計(jì)6 (流量計(jì)6的工作 壓力為0-25. OMPa，測(cè)量范圍為0-1. Og/s，精度為0. 2% )；為了便于裝置的抽真空，在截止 閥2和4之間的管道上設(shè)置有由一氣閥3控制的可通向外界大氣的出氣管道；當(dāng)然，在不需 要監(jiān)控氣體流量時(shí)，可以在截止閥4和7的兩端設(shè)置由截止閥5控制的分管道，當(dāng)關(guān)閉截止 閥4和7后，開啟截止閥5，天然氣可繞開氣體質(zhì)量流量計(jì)6所在的總管道，從分管道通過， 然后再從截止閥7后面的總管道流通。溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)是用于測(cè)量絕緣套筒內(nèi)的溫度和壓強(qiáng)變化的系統(tǒng)。溫度壓力測(cè) 量系統(tǒng)包括PtlOO熱電阻溫度傳感器11和HT-805HSM型壓力傳感器8 ；PtlOO溫度傳感器測(cè) 量范圍為-20 150°C，精度為0. 2%;壓力傳感器測(cè)量范圍為0 25. OMPa，精度為0. 2%。 溫度傳感器11探頭穿過所述釜蓋(也即經(jīng)過釜蓋上溫度傳感器出口 19)伸至所述絕緣套 筒內(nèi)的沉積物中。壓力傳感器8的安裝在所述釜蓋上(也即經(jīng)過釜蓋上的壓力傳感器出口 21)即可以測(cè)量反應(yīng)釜內(nèi)氣相的壓力變化。電阻測(cè)量系統(tǒng)是用于測(cè)定所述反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物的電阻的系統(tǒng)。電阻測(cè)量系 統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生源13，標(biāo)準(zhǔn)電阻箱14，4根電極組成的電級(jí)組10(圖1和圖幻和高頻電壓 測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊15。信號(hào)發(fā)生源13與標(biāo)準(zhǔn)電阻箱14電連接，電極組10 (由電極一 24、電極 二 25、電極三沈和電極四27組成)埋設(shè)在上述沉積物中。信號(hào)發(fā)生源13是BNC 630信號(hào) 發(fā)生源，可以產(chǎn)生0-10V各種波形的電壓信號(hào)，頻率為0-2MHz可調(diào)，為消除電化學(xué)和電極極 化效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)采用為高頻方波脈沖信號(hào)，電壓為士0. 5V，1. OKHz0標(biāo)準(zhǔn)電阻箱14的阻值變化 范圍為O-IOOkQ，精度為0. 5%以內(nèi)，使用方便快捷，實(shí)驗(yàn)過程中采用1. OkQ。4根電極由 四根鉬金(Pt)材料加工而成，直徑為2mm，長(zhǎng)度為60mm。為了保證4根電極之間相互絕緣，電極組10的四根電極棒并排水平設(shè)計(jì)，相鄰的 兩根電極間的間距均為IOmm;電極一 M通過導(dǎo)線穿過釜蓋與所述信號(hào)發(fā)生源的負(fù)極相連， 電極四27通過導(dǎo)線穿過釜蓋與標(biāo)準(zhǔn)電阻箱14相連，由于標(biāo)準(zhǔn)電阻箱14與信號(hào)發(fā)生源13的 正極相連，這樣信號(hào)發(fā)生源13、標(biāo)準(zhǔn)電阻箱14以及4根電極(圖中為El、E2、E3和E4)構(gòu)成一個(gè)閉合的回路(圖4)。電極二 25和電極三沈均通過導(dǎo)線穿過釜蓋與高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊15相連，這 樣高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊15即可測(cè)量電極二 25和電極三沈之間的電壓；標(biāo)準(zhǔn)電阻箱14 的兩端均通過電線與高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊15相連，這樣就能測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻箱兩端的電 壓。實(shí)驗(yàn)過程中，電極埋藏在含有鹽水的松散沉積物中，在外面的兩根電極一和電極四通入 電流信號(hào)，在這兩根電極間可以形成一電場(chǎng)分布，通過電極二和電極三可以測(cè)量電場(chǎng)的電 勢(shì)降，由已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻根據(jù)閉合電路的歐姆定律可以計(jì)算出電極二和電極三兩電極間的 電阻，具體公式是Rx=予 R0該式中，E2_3是電極二和電極三之間的電壓，Eci是標(biāo)準(zhǔn)電阻箱14兩端的電壓，Rtl是 標(biāo)準(zhǔn)電阻箱14的電阻，Rx是電極二和電極三兩電極間的電阻。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觀是用于同時(shí)采集電阻測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)和溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)中信 號(hào)的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觀與高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊15相連，可采集電阻測(cè)量系統(tǒng)中信 號(hào)(圖1)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觀與壓力傳感器8和溫度傳感器11均相連，可采集溫度壓力測(cè) 量系統(tǒng)中信號(hào)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)工程在線測(cè)控軟件編寫數(shù)據(jù)采集軟件，包含一 塊8路鉬電阻溫度信號(hào)采集模塊(用于采集實(shí)驗(yàn)過程中溫度變化)，型號(hào)KL-M4542B，輸出 485信號(hào)；一塊4路4-20mA電流信號(hào)和4路0-10V電壓信號(hào)采集模塊(用于分別采集實(shí)驗(yàn) 過程中壓力和電壓變化)，型號(hào)KL-M4118，輸出485信號(hào)；信號(hào)轉(zhuǎn)換采集器，型號(hào)KL-M4011， 將采集的485信號(hào)轉(zhuǎn)換成232信號(hào)由計(jì)算機(jī)直接記錄保存。本實(shí)用新型中電阻測(cè)量裝置還包括一計(jì)算機(jī)16，上述232信號(hào)是輸進(jìn)該計(jì)算機(jī)16 的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微機(jī)一起采集并記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。以上所述僅為本實(shí)用新型裝置的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。實(shí)施例2、利用實(shí)施例1提供的裝置進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)步驟如下1、先將反應(yīng)釜9內(nèi)用去離子水清洗干凈，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干。2、將聚四氟乙烯絕緣套筒放入反應(yīng)釜9內(nèi)，并將電極組10水平放入套筒底部。將 配制好的部分飽和鹽水的石英砂沉積物，混合均勻后裝入絕緣套筒內(nèi)，使電極組10埋入到 部分飽和鹽水的石英砂沉積物中，再將反應(yīng)釜的釜蓋裝入到反應(yīng)釜9，并將電極的引線從反 應(yīng)釜蓋引出。其中，部分飽和鹽水石英砂沉積物的配置方法如下將60-80目的石英砂與質(zhì)量 濃度為3. 35%的NaCl水溶液按照實(shí)驗(yàn)所需要的鹽水飽和度的比例進(jìn)行混合；其中石英砂 的孔隙度為39. 1%，鹽水飽和度為40. 0%。鹽水飽和度的計(jì)算方法是鹽水的體積占沉積物 空隙中體積的百分比。3、將反應(yīng)釜9置于低溫冷浴槽12內(nèi)，分別連接好進(jìn)氣管線、溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)和 電阻測(cè)量系統(tǒng)的相關(guān)線路；4、打開截止閥2、3、4、5、及7后，用真空泵從出口處將反應(yīng)釜9及進(jìn)氣管路抽真空20min,關(guān)閉所有的截止閥。然后開啟甲烷氣鋼瓶，并打開閥2、4和7后開始通氣，同時(shí)開啟 質(zhì)量流量計(jì)記錄甲烷氣流量，先通入3. OMPa的甲烷氣檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，氣密性良好 后繼續(xù)通氣至9. 4MPa，關(guān)閉閥2、4和7 ；5、將浴槽12的溫度設(shè)定2. 0°C后開始降溫使水合物在沉積物孔隙中生成，同時(shí)打 開數(shù)據(jù)采集軟件記錄溫度、壓力及電阻的變化；6、當(dāng)溫度、壓力及電阻趨于穩(wěn)定，表明實(shí)驗(yàn)已經(jīng)反應(yīng)結(jié)束。溫度、壓力隨反應(yīng)時(shí)間的變化示意圖如圖5所示，從圖5中可以看出，隨著溫度的 降低，壓力也隨溫度變化而線性降低，當(dāng)溫度降到相應(yīng)壓力的平衡溫度以下時(shí)，水合物即開 始生成，水合物生成為放熱反應(yīng)，使體系內(nèi)的溫度升高；同時(shí)水合物生成過程中的大量的氣 體被消耗，使這段時(shí)間內(nèi)壓力的的減小出現(xiàn)了一個(gè)拐點(diǎn)。隨著水合物生成反應(yīng)的不斷進(jìn)行， 反應(yīng)不斷趨向于結(jié)束，溫度壓力最后也趨向于一定值。電阻隨反應(yīng)時(shí)間的變化示意圖如圖6所示，開始降溫過程中，由于溫度降低，溶液 中離子的遷移速率減低，從而表現(xiàn)為電阻增加。水合物開始生成后，生成的水合物填充在沉 積物的孔隙中，阻塞了溶液中鹽離子的自由移動(dòng)，從而電阻出現(xiàn)突增。同時(shí)，水合物生成反 應(yīng)使大量的自由水被消耗，使溶液中鹽離子的濃度不斷增大，當(dāng)鹽離子的濃度的影響大于 孔隙中水合物的阻塞的影響時(shí)電阻又開始不斷降低。后來電阻的波動(dòng)是受沉積物孔隙中溶 液的遷移造成的。電阻隨反應(yīng)溫度的變化示意圖如圖7所示，為進(jìn)一步研究水合物生成過程中溫度 對(duì)電阻變化的影響，單獨(dú)將電阻對(duì)溫度作圖，如圖7所示，由此可以看出，在水合物未開始 生成時(shí)，電阻隨溫度的降低緩慢增加，跟水合物開始生成后相比，電阻在水合物開始生成后 迅速增加。由此可以看出，水合物生成對(duì)電阻的影響遠(yuǎn)大于溫度對(duì)電阻變化的影響。電阻隨沉積物中水合物飽和度變化示意圖如圖8所示，水合物飽和度是根據(jù)由于 水合物生成而消耗的甲烷氣體量計(jì)算得出。從圖中可以看出，在水合物生成過程中，電阻值 隨著水合物飽和度的增加而增大；在反應(yīng)的后期，電阻值增大到峰值后便開始震蕩趨勢(shì)，這 說明水合物的飽和度并不是影響電阻值變化的唯一因素。實(shí)施例3、利用實(shí)施例1提供的裝置進(jìn)行測(cè)量本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別在于將部分鹽水飽和度改為30. 0%，實(shí)驗(yàn)初始?jí)毫?設(shè)為9. 7MPa，其余完全相同。溫度、壓力隨反應(yīng)時(shí)間的變化示意圖如圖9所示，溫度壓力變化跟飽和度為 40.0%時(shí)變化相似，即也是在水合物開始生成時(shí)由于水合物生成為放熱反應(yīng)而使溫度升 高，同時(shí)壓力變化曲線上出現(xiàn)一個(gè)突降的拐點(diǎn)。水合物生成反應(yīng)結(jié)束時(shí)溫度壓力趨向于一定值。電阻隨反應(yīng)時(shí)間的變化示意圖如圖10所示，開始時(shí)電阻值隨溫度的降低而有所 增加，在通氣過程中，受通氣過程的影響而使體系溫度稍微升高，電阻同時(shí)也降低。水合物 生成過程中，電阻明顯突然增加，達(dá)到一最大值后便有開始降低，電阻的降低是由于鹽溶液 濃度的增加所致，鹽溶液濃度的增大超過了沉積物孔隙中水合物的影響而開始降低。水合 物不再生成時(shí)電阻趨于一定值。電阻隨反應(yīng)溫度的變化示意圖如圖11所示，溫度對(duì)電阻值的影響跟鹽水溶液飽 和度為40.0%時(shí)變化相似，在水合物沒有生成時(shí)，溫度的變化對(duì)電阻值有一定的影響。水合物生成過程中，水合物飽和度的影響為主要因素，反應(yīng)后期，沉積物孔隙中鹽溶液飽和度的 影響為主要影響因素。 電阻隨沉積物中水合物飽和度變化示意圖如圖12所示，電阻值在水合物的飽和 度低于7. 0%前出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，溫度的變化為導(dǎo)致電阻的波動(dòng)。隨著水合物量的不斷增 加，電阻值開始快速增加，同樣在增加到最大值后開始趨向降低的變化。從中也進(jìn)一步說明 了后期的鹽溶液的濃度升高導(dǎo)致了電阻值開始不斷減低。
權(quán)利要求1.天然氣水合物的電阻測(cè)量裝置，其特征在于，包括用于容置沉積物并在所述沉積 物中生成待測(cè)天然氣水合物的反應(yīng)釜；控制所述反應(yīng)釜內(nèi)溫度的空氣浴槽溫控系統(tǒng)；往所 述反應(yīng)釜內(nèi)輸送天然氣的天然氣配氣系統(tǒng)；測(cè)定所述反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物電阻的電阻測(cè) 量系統(tǒng)以及采集所述電阻測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的電阻測(cè)量裝置，其特征在于所述電阻測(cè)量裝置還包括測(cè)定所 述反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力的溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采集所述電阻測(cè)量系統(tǒng) 中信號(hào)和所述溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)的系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的電阻測(cè)量裝置，其特征在于所述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置一用于容置沉 積物并在所述沉積物中生成待測(cè)天然氣水合物的絕緣套筒，所述絕緣套筒上端開口 ；所述 溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)是測(cè)量所述絕緣套筒內(nèi)所述沉積物中溫度和壓力的系統(tǒng)，所述電阻測(cè)量 系統(tǒng)是測(cè)量所述絕緣套筒內(nèi)天然氣水合物的電阻的系統(tǒng)；所述反應(yīng)釜包括釜蓋和釜體。
4.如權(quán)利要求1-3中任一所述的電阻測(cè)量裝置，其特征在于所述浴槽溫控系統(tǒng)包括 用于容置所述反應(yīng)釜的保溫浴槽、針對(duì)所述保溫浴槽工作的制冷壓縮機(jī)組和控制所述制冷 壓縮機(jī)組工作的控制系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求4所述的電阻測(cè)量裝置，其特征在于所述天然氣配氣系統(tǒng)包括天然氣鋼瓶；設(shè)置在所述天然氣鋼瓶與所述絕緣套筒之間的管道，所述管道穿過所述釜蓋進(jìn)入所述 絕緣套筒內(nèi)部；以及設(shè)置在所述管道上的氣體質(zhì)量流量計(jì)和截止閥；所述管道上設(shè)置有由一氣閥控制的可通向外界大氣的出氣管道。
6.如權(quán)利要求4所述的電阻測(cè)量裝置，其特征在于所述溫度壓力測(cè)量系統(tǒng)包括溫度 傳感器和壓力傳感器；所述溫度傳感器的探頭穿過所述釜蓋伸至所述絕緣套筒內(nèi)的沉積物 中，所述壓力傳感器安裝在所述釜蓋上。
7.如權(quán)利要求4所述的電阻測(cè)量裝置，其特征在于所述電阻測(cè)量系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生 源，一端與所述信號(hào)發(fā)生源電連接的標(biāo)準(zhǔn)電阻箱，埋設(shè)在所述沉積物中且依次并排放置的 電極一、電極二、電極三和電極四以及高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊；所述電極一和電極二、所述電極二和電極三、所述電極三和電極四的間距均優(yōu)選為 IOmm ；所述電極一通過電線穿過所述釜蓋與所述信號(hào)發(fā)生源的負(fù)極相連，所述電極四通過電 線穿過所述釜蓋與所述標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的另一端相連，所述電極二和電極三均通過電線穿過所 述釜蓋與所述高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊相連；所述標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的兩端均通過電線與所述高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化模塊相連。
8.如權(quán)利要求4所述的電阻測(cè)量裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括測(cè)量所述 溫度傳感器和所述壓力傳感器信號(hào)的溫度壓力采集模塊、以及測(cè)量所述高頻電壓測(cè)量轉(zhuǎn)化 模塊信號(hào)的模塊。
9.如權(quán)利要求4所述的電阻測(cè)量裝置，其特征在于所述電阻測(cè)量裝置還包括一與所 述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連的微機(jī)。
10.如權(quán)利要求4所述的電阻測(cè)量裝置，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生源是發(fā)出高頻方波脈沖信號(hào)的方波電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種天然氣水合物的電阻的測(cè)定方法及其專用裝置。本實(shí)用新型提供的裝置包括用于容置沉積物并在所述沉積物中生成待測(cè)天然氣水合物的反應(yīng)釜；控制所述反應(yīng)釜內(nèi)溫度的空氣浴槽溫控系統(tǒng)；往所述反應(yīng)釜內(nèi)輸送天然氣的天然氣配氣系統(tǒng)；測(cè)定所述反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物電阻的電阻測(cè)量系統(tǒng)以及采集所述電阻測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用該裝置進(jìn)行電阻測(cè)量，可以進(jìn)行不同氣體種類、不同粒徑沉積物、不同反應(yīng)條件下的沉積物中水合物電阻性質(zhì)的測(cè)量，同時(shí)還可以進(jìn)行溶液中水合物的測(cè)定。本裝置具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R27/02GK201917613SQ20102052969
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者劉曉祥, 姚海元, 孫長(zhǎng)宇, 龐維新, 張芹, 曾恒一, 李新仲, 李清平, 李風(fēng)光, 楊新, 王志君, 白玉湖, 陳偉, 陳光進(jìn) 申請(qǐng)人:中國海洋石油總公司, 中國石油大學(xué)(北京), 中海石油研究中心