一种评价水合物抑制剂微观作用效果的装置及其使用方法

摘要

本发明公开了一种评价水合物抑制剂微观作用效果的装置及其使用方法，涉及油气工业技术领域，装置包括高压反应釜、铝杯、纳米位移器、可移动悬臂和固定悬臂，高压反应釜的腔体内设置有铝杯和纳米位移器，可移动悬臂的一端安装在纳米位移器上，另一端伸入铝杯内，固定悬臂的一端固定在高压反应釜内侧壁上，另一端伸入铝杯内；铝杯的外壁上盘绕有水浴盘管；装置还包括控制器，纳米位移器与控制器电连接。本发明的装置能够精确测量在不同液相环境(例如地层水、烷烃)中微米级水合物颗粒的壳层强度以及颗粒与管道表面之间的作用力，直观反映不同水合物抑制剂对水合物颗粒的微观作用效果。

说明书

技术领域

本发明涉及油气工业技术领域，具体涉及一种评价水合物抑制剂微观作用效果的装置及其使用方法。

背景技术

在水合物资源开采和油气输运过程中，流体的组分包含天然气和水。在这种流动状态下，由于管道中的低温高压条件，液相中微小的气泡以及气相中凝结的水滴可能形成水合物颗粒。水合物颗粒在随流体流动过程中会发生聚集并可能附着于管壁,最终堵塞管道,造成局部压力升高、开采效率降低并导致潜在的安全问题。因此，研究水合物抑制剂对水合物颗粒生长、表面形态的影响，尤其是对水合物颗粒与管道表面的粘附力和壳层强度的影响，对于探究水合物抑制剂的作用机理以及减少水合物堵塞管道现象有十分重要的促进作用。水合物颗粒与管道表面的粘附力可以定量衡量水合物颗粒附着于管壁的难易程度；水合物颗粒壳层的性质对于管道中水合物团簇的聚集、沉积等现象也具有重要影响。水合物颗粒中存在未转化为水合物的水，如果因为压缩或是剪切导致水合物颗粒壳层被破环，破碎的壳层将提供许多额外的成核位点，同时颗粒中包含的水也会被释放出来，那么便会导致水合物快速生成，同时在颗粒间产生更大的粘附力，促进水合物堵塞的发生。

现有的水合物抑制剂性能评价技术，一般都是在大型管路或者是高压反应釜中，从宏观层面观察在水合物抑制剂存在时水合物生成过程的变化，但难以测量此过程中水合物的物理化学性质变化，这样对评判水合物抑制剂的效果好坏不够精确。

发明内容

为此，本发明提供一种评价水合物抑制剂微观作用效果的装置及其使用方法，以解决现有的水合物抑制剂性能评价技术，一般都是在大型管路或者是高压反应釜中，从宏观层面观察在水合物抑制剂存在时水合物生成过程的变化，但难以测量此过程中水合物的物理化学性质变化，这样对评判水合物抑制剂的效果好坏不够精确的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，一种评价水合物抑制剂微观作用效果的装置，所述装置包括高压反应釜、铝杯、纳米位移器、可移动悬臂和固定悬臂，所述高压反应釜的腔体内设置有所述铝杯和所述纳米位移器，所述可移动悬臂的一端安装在所述纳米位移器上，另一端伸入所述铝杯内，所述固定悬臂的一端固定在所述高压反应釜内侧壁上，另一端伸入所述铝杯内；所述铝杯的外壁上盘绕有水浴盘管；所述装置还包括控制器，所述纳米位移器与所述控制器电连接。

进一步地，所述铝杯底部设置有压力传感器；所述压力传感器与所述控制器电连接。

进一步地，所述装置还包括恒温水浴，所述恒温水浴设置在所述高压反应釜外，其通过循环管道与所述水浴盘管连接；所述恒温水浴的控温精度为±0.1℃，最低温度可以达到-10℃。

进一步地，所述固定悬臂呈“Z”字形。

进一步地，所述可移动悬臂前端安装有模拟油气管道壁面的碳钢表面。

进一步地，所述高压反应釜的腔体为圆柱形，内部尺寸为φ328mm×148mm，316L材质，耐压10Mpa。

进一步地，所述高压反应釜的顶部设置有进气接口、测温接口、测压接口和多个高压贯通接口，底部设置有循环管道进出接口。

进一步地，所述装置还包括加压系统，所述加压系统由真空泵、高压气瓶和进气管道组成，所述真空泵与所述高压反应釜连接，所述高压气瓶通过进气管道与所述高压反应釜连接。

进一步地，所述高压反应釜上还安装有温度压力表。

根据本发明的第二方面，上述的装置的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：

开启所述装置的恒温水浴，所述铝杯预冷；在所述固定悬臂上固定冰粒，通过所述控制器控制纳米位移器使所述可移动悬臂前端的碳钢表面接近冰粒；

向所述铝杯内注入所需液体，并加入适量的水合物抑制剂；

启动所述装置的加压系统中的真空泵，排出高压反应釜内空气；关闭真空泵，开启进气阀；将恒温水浴的温度调整至高于水合物稳定存在温度1-2℃的温度，并保持25-35分钟，使得冰粒融化成水，再降低温度，使水和气体反应生成水合物颗粒；

通过所述控制器控制纳米位移器使所述可移动悬臂逐渐靠近水合物颗粒，直至碳钢表面恰好接触水合物颗粒；向上缓慢移动所述可移动悬臂，记录碳钢表面和水合物颗粒脱离接触时的粘附力；向下缓慢移动所述可移动悬臂，直至水合物颗粒壳层被碳钢表面压碎，记录水合物颗粒壳层的强度。

本发明具有如下优点：

本发明一种评价水合物抑制剂微观作用效果的装置在高压反应釜内引入了水浴盘管，改进了传统设计中将整个高压反应釜浸泡在水浴中而导致的制冷效率低的问题，能够更精确地控制测试区域的温度；利用纳米位移器控制可移动悬臂，以纳米级别的微小步长逐渐靠近水合物颗粒，使得整个测试过程都处于准静态过程中，保证了微观测量的精度；利用碳钢表面模拟油气管壁，将碳钢表面靠近水合物颗粒并最终将其压碎的过程中产生的压力变化作为水合物颗粒的壳层强度，实现了从微观角度精确地测量水合物颗粒的壳层强度。

本发明一种评价水合物抑制剂微观作用效果的装置能够精确测量在加入水合物抑制剂的条件下，不同的液体环境(例如地层水、烷烃)中微米级水合物颗粒和碳钢管道表面间的黏附力以及水合物颗粒壳层的抗破环强度，直观反映不同水合物抑制剂对水合物颗粒的微观作用效果，并将作用力的减少量和水合物壳层的强度变化作为评判水合物抑制剂效果好坏的定量指标，进行表界面方面的多角度评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明1提供的一种评价水合物抑制剂微观作用效果的装置的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示的一种评价水合物抑制剂微观作用效果的装置包括高压反应釜1、铝杯2、纳米位移器3、可移动悬臂4和“Z”字形固定悬臂5，所述高压反应釜1的腔体内设置有所述铝杯2和所述纳米位移器3，所述可移动悬臂4的一端安装在所述纳米位移器3上，另一端伸入所述铝杯2内，所述固定悬臂5的一端固定在所述高压反应釜1内侧壁上，另一端伸入所述铝杯2内；所述高压反应釜1的腔体为圆柱形，内部尺寸为φ328mm×148mm，316L材质，耐压10Mpa；所述高压反应釜1的顶部设置有进气接口、测温接口、测压接口和多个高压贯通接口，底部设置有循环管道进出接口。所述铝杯2的外壁上盘绕有水浴盘管6；所述铝杯2底部设置有压力传感器7；所述装置还包括控制器，所述纳米位移器3和所述压力传感器7均与所述控制器电连接；高压贯通接口上安装有高压贯通连接器12，用于将高压反应釜1内的纳米位移器3、压力传感器7等设备的数据通过高压贯通连接器12传送给控制器；所述可移动悬臂4前端安装有模拟油气管道壁面的碳钢表面40。

本发明装置的测试系统由水浴盘管6盘绕的铝杯2、纳米位移器3、一个固定悬臂5以及一个连接纳米位移器3的可移动悬臂4构成。评价水合物抑制剂微观作用效果时，铝杯2内装有加入水合物抑制剂的液体及配备了压力传感器7的测力模块，通过环绕在铝杯周围的水浴盘管6降温维持水合物稳定存在所需的温度；固定悬臂5将水合物颗粒固定在铝杯2内的测力模块上；可移动悬臂4前端装有模拟油气管道壁面的碳钢表面40，通过纳米位移器3操控可移动悬臂4，使得碳钢表面40以纳米级别的步长逐渐靠近水合物颗粒，当恰好碰触到水合物颗粒时，可以向上抬起或者是继续向下压进并最终压碎水合物壳层，分别测量水合物颗粒和碳钢表面的粘附力以及水合物颗粒的壳层强度，压力传感器7将分别记录上述两个过程中所受到的压力变化，并分别将压力的减小值和压力的增大值作为水合物颗粒和碳钢表面的粘附力以及水合物颗粒的壳层强度。

所述装置还包括恒温水浴8，所述恒温水浴8设置在所述高压反应釜1外，其通过循环管道9与所述水浴盘管6连接；所述恒温水浴8的控温精度为±0.1℃，最低温度可以达到-10℃。通过循环管道9向高压反应釜1腔体内提供冷量，维持水合物稳定存在所需要的低温条件。

所述装置还包括加压系统，所述加压系统由真空泵、高压气瓶和进气管道组成，所述真空泵与所述高压反应釜连接，所述高压气瓶通过进气管道与所述高压反应釜1连接。实验开始时，首先利用真空泵排出高压反应釜1内的空气，再引入高压气瓶中的天然气，直至达到水合物稳定存在所需的高压条件。

所述高压反应釜1上还安装有温度压力表10。通过温度压力表10时刻监控高压反应釜1的温度和压力。

实施例2

实施例1所述的装置的使用方法包括如下步骤：

开启恒温水浴8，恒温水浴8内的低温水通过循环管道9在水浴盘管6内循环，给所述铝杯2预冷；在所述固定悬臂5上固定冰粒，通过所述控制器控制纳米位移器3使所述可移动悬臂4前端的碳钢表面40接近冰粒；

向所述铝杯2内注入所需液体，并加入适量的水合物抑制剂；

启动真空泵，排出高压反应釜1内空气；关闭真空泵，开启进气阀，高压气瓶内的天然气通过进气管道导入至高压反应釜1内，直至达到水合物稳定存在所需的高压条件；为了减少水合物生成的诱导时间，先将恒温水浴的温度调整至高于水合物稳定存在温度1-2℃的温度，并保持30分钟，使得冰粒融化成水，再降低温度，使水和气体反应生成水合物颗粒；

通过所述控制器控制纳米位移器3使所述可移动悬臂4逐渐靠近水合物颗粒11，直至碳钢表面恰好接触水合物颗粒11；向上缓慢移动所述可移动悬臂，记录碳钢表面和水合物颗粒11脱离接触时的粘附力；向下缓慢移动所述可移动悬臂4，直至水合物颗粒壳层被碳钢表面压碎，记录水合物颗粒壳层的强度。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。