專利名稱：一種水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙層控溫系統(tǒng)，尤其涉及一種水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
天然氣水合物是天然氣和水在高壓和低溫條件下形成的類冰固體化合物。水合物沉積物廣泛分布于陸地凍土環(huán)境與海洋、湖泊等深水地層環(huán)境。我國在南海北部陸坡和祁連山凍土區(qū)分別取得了水合物沉積物樣品，證實(shí)了我國水合物具有很大開采潛力的戰(zhàn)略能源。水合物開采需要升溫或降壓擾動使土 /巖石沉積物中的水合物分解相變生產(chǎn)氣體，引起熱傳導(dǎo)、氣液滲流和地層變形的多場多相多物理效應(yīng)的工程科學(xué)問題。其中，相變與傳熱是水合物開采的核心問題。室內(nèi)進(jìn)行水合物開采模擬之前首先需要合成具有Im量級的水合物沉積物，目前的國際上通用的控制整體環(huán)境恒定低溫，在進(jìn)氣端容易首先形成水合物，從而堵塞氣體向內(nèi)部流動與擴(kuò)散的通道，短期內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)這種樣品的沿長度方向的均勻合成，因此，水合物沉積物長巖心的合成是最大難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。同時，在水合物開采模擬過程中要保證環(huán)境恒定溫度，以更加精確的測試水合物分解過程中溫度變化，控溫系統(tǒng)能夠保證合成與分解時不同的環(huán)境溫度要求也是關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的室內(nèi)水合物開采模擬中水合物沉積物長巖心的合成不均勻、周期長的難點(diǎn)，以及水合物沉積物合成與分解對溫度環(huán)境的不同要求，提出一種水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)，以解決室內(nèi)水合物開采模擬所需水合物沉積物長巖心合成難的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)，包括:壓力室和制冷系統(tǒng)，所述壓力室內(nèi)部設(shè)置有分隔層，在所述分隔層內(nèi)部設(shè)置有沉積物層和合成控溫層，所述沉積物層的兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，所述合成控溫層與位于沉積物層外部，并與所述沉積物層緊密接觸，其包括內(nèi)層控溫層和外層控溫層，所述制冷系統(tǒng)包括第一制冷系統(tǒng)和第二制冷系統(tǒng)，所述第一制冷系統(tǒng)與所述內(nèi)層控溫層相連，所述第二制冷系統(tǒng)與所述外層控溫層相連，所述內(nèi)層控溫層中制冷液體流動的方向與沉積物層氣體流動的方向相反，所述外層控溫層中制冷液體流動的方向與沉積物層氣體流動的方向相同。優(yōu)選地，上述雙層控溫系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn):所述壓力室內(nèi)、外表面均覆蓋有一定厚度和傳熱系數(shù)的保溫層。優(yōu)選地，上述雙層控溫系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn):在第一制冷系統(tǒng)與所述內(nèi)層控溫層連接的管路上，以及在第二制冷系統(tǒng)與所述外層控溫層連接的管路上均設(shè)置有環(huán)壓泵和測速計。優(yōu)選地，上述雙層控溫系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn):在所述內(nèi)層控溫層的入口和出口均設(shè)置有溫度傳感器；以及，在所述外層控溫層的入口和出口均設(shè)置有溫度傳感器。本發(fā)明的水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)在合成時既能夠較快速度地均勻地合成水合物沉積物長巖心，又可為分解提供恒定的環(huán)境溫度，與現(xiàn)場水合物成藏與開采環(huán)境一致，解決了室內(nèi)水合物開采模擬所需水合物沉積物長巖心合成的難點(diǎn)，在傳熱工程與技術(shù)領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用價值。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。本發(fā)明提供一種水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)，雙層包含兩種含義，即結(jié)構(gòu)上雙層，功能上雙重:一層結(jié)構(gòu)用于水合物合成時控溫，通過控制制冷液體流動方向與進(jìn)氣方向相反，保證試樣長度方向存在溫差，根據(jù)水合物相平衡理論，它首先在溫度低的地方合成，合成的界面向進(jìn)氣端發(fā)展；一層結(jié)構(gòu)用于水合物分解時控溫，控制制冷液體流動方向與進(jìn)氣方向相同，并與上面一層結(jié)構(gòu)同時作用，溫差相互抵消，從而保證試樣長度方向保持恒定溫度環(huán)境。它在合成時既能夠較快速度地均勻地合成水合物沉積物長巖心，又可為分解提供恒定的環(huán)境溫度，與現(xiàn)場水合物成藏與開采環(huán)境一致。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)，包括:壓力室和制冷系統(tǒng)，壓力室內(nèi)部設(shè)置有分隔層，在所述分隔層內(nèi)部設(shè)置有沉積物層和合成控溫層，所述沉積物層的兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，所述合成控溫層與位于沉積物層外部，并與所述沉積物層緊密接觸，其包括內(nèi)層控溫層和外層控溫層，所述制冷系統(tǒng)包括第一制冷系統(tǒng)和第二制冷系統(tǒng)，所述第一制冷系統(tǒng)與所述內(nèi)層控溫層相連，所述第二制冷系統(tǒng)與所述外層控溫層相連，所述內(nèi)層控溫層中制冷液體流動的方向與沉積物層氣體流動的方向相反，所述外層控溫層中制冷液體流動的方向與沉積物層氣體流動的方向相同。根據(jù)傳熱理論和高壓容器設(shè)計原理，加工具有一定壁厚的不銹鋼雙層壓力室。由分隔層將原來壓力室內(nèi)的單層控溫系統(tǒng)設(shè)計成雙層，壓力室內(nèi)外表面均覆蓋一定厚度和傳熱系數(shù)的保溫層。不銹鋼壁厚和保溫層厚度與傳熱系數(shù)根據(jù)實(shí)際控溫要求確定。在第一制冷系統(tǒng)與所述內(nèi)層控溫層連接的管路上，以及在第二制冷系統(tǒng)與所述外層控溫層連接的管路上均設(shè)置有環(huán)壓泵和測速計。在所述內(nèi)層控溫層的入口和出口，以及外層控溫層的入口和出口均設(shè)置有溫度傳感器。一般地，制冷流體沿非隔熱管道流動形成一定的溫度差，這個差值與流動速度、環(huán)境散熱、流動路徑和流動管道半徑有關(guān)。相同壓力條件下，水合物在溫度低的位置先相變合成。根據(jù)這一原理，開啟第一制冷系統(tǒng)，將合成控溫的流體流動方向與氣體注入方向相反，這樣，在氣體入口溫度較高，氣體出口溫度較低。通過調(diào)整第一制冷系統(tǒng)與內(nèi)層控溫層連接的管路上的環(huán)壓泵和測速計控制流動速度，使試樣(沉積物層)兩端形成一定的溫差(由溫度傳感器讀取)，水合物首先在氣體出口端(沉積物層的出口端)合成，控溫系統(tǒng)逐漸降溫使得合成鋒面向進(jìn)口端擴(kuò)展。這樣既保證氣源到合成鋒面遷移流動的路徑通暢，又保證合成的均勻性。水合物沉積物長試樣合成后，模擬水合物開采過程，一般地，對出口端進(jìn)行升溫或降壓，使得水合物分解相變，而整個實(shí)驗環(huán)境保持恒溫。在外層控溫層中制冷流體與注氣流動方向一致。在水合物開米模擬時，同時開啟第一制冷系統(tǒng)和第二制冷系統(tǒng)，使這兩層液體循環(huán)流動，通過調(diào)整流體流動速度，兩個層在兩端的溫差相互抵消，使得試樣的實(shí)驗環(huán)境溫度達(dá)到恒溫效果。這樣，既保證水合物分解滲流過程中環(huán)境溫度在試樣長度方向上保持一致，又便于測試與分析水合物分解吸熱和水合物分解前鋒的擴(kuò)展。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)，其特征在于，包括:壓力室和制冷系統(tǒng)，所述壓力室內(nèi)部設(shè)置有分隔層，在所述分隔層內(nèi)部設(shè)置有沉積物層和合成控溫層，所述沉積物層的兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，所述合成控溫層與位于沉積物層外部，并與所述沉積物層緊密接觸，其包括內(nèi)層控溫層和外層控溫層，所述制冷系統(tǒng)包括第一制冷系統(tǒng)和第二制冷系統(tǒng)，所述第一制冷系統(tǒng)與所述內(nèi)層控溫層相連，所述第二制冷系統(tǒng)與所述外層控溫層相連，所述內(nèi)層控溫層中制冷液體流動的方向與沉積物層氣體流動的方向相反，所述外層控溫層中制冷液體流動的方向與沉積物層氣體流動的方向相同。
2.如權(quán)利要求1所述的雙層控溫系統(tǒng)，其特征在于， 所述壓力室內(nèi)、外表面均覆蓋有一定厚度和傳熱系數(shù)的保溫層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的雙層控溫系統(tǒng)，其特征在于， 在第一制冷系統(tǒng)與所述內(nèi)層控溫層連接的管路上，以及在第二制冷系統(tǒng)與所述外層控溫層連接的管路上均設(shè)置有環(huán)壓泵和測速計。
4.如權(quán)利要求1 3中任意一項所述的雙層控溫系統(tǒng)，其特征在于， 在所述內(nèi)層控溫層的入口和出口均設(shè)置有溫度傳感器；以及， 在所述外層控溫層的入口和出口均設(shè)置有溫度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種水合物沉積物長巖心合成與分解的雙層控溫系統(tǒng)，包括壓力室和制冷系統(tǒng)，所述壓力室內(nèi)部設(shè)置有分隔層，在分隔層內(nèi)部設(shè)置有沉積物層和合成控溫層，沉積物層的兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)口端和出口端，合成控溫層與位于沉積物層外部，并與沉積物層緊密接觸，其包括內(nèi)層控溫層和外層控溫層，制冷系統(tǒng)包括第一制冷系統(tǒng)和第二制冷系統(tǒng)，第一制冷系統(tǒng)與內(nèi)層控溫層相連，第二制冷系統(tǒng)與外層控溫層相連，內(nèi)層控溫層中制冷液體流動的方向與沉積物層氣體流動的方向相反，外層控溫層中制冷液體流動的方向與沉積物層氣體流動的方向相同。采用本發(fā)明，在合成時既能夠較快速度地均勻地合成水合物沉積物長巖心，又可為分解提供恒定的環(huán)境溫度。
文檔編號G05D23/20GK103105876SQ201310003009
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者張旭輝, 魯曉兵 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所