水合物成藏實驗裝置的新型壓力測點解冰堵結構

邢義良　方洋

摘要：本文結合天然氣設備常用的解冰堵方法，對水合物成藏實驗設備的壓力測點冰堵問題提出了一種油浴加熱裝置，這種油浴加熱裝置能夠保證壓力測點周圍的環境持續保持在可測狀態，同時不會對成藏實驗裝置的內部環境造成較大的影響，是一種創新的解冰堵結構，解決了水合物成藏實驗裝置的壓力測點冰堵問題。

關鍵詞：水合物成藏實驗;壓力測點;冰堵;油浴加熱

1 引言

目前在水合物勘探及開發等領域中，需要經常進行一些實驗室尺度的相關理論及實驗模型的模擬，進行一些關于水合物藏的模擬實驗。在實驗模擬過程中，首先需要對水合物藏進行成藏過程的模擬，這是進行其他一些實驗的前期準備的基礎性實驗，成藏過程的模擬實驗是在一個低溫、高壓的環境，在此條件下通過水和甲烷的化學反應產生水合物，這個過程中，需要長期保持低溫高壓的實驗條件，實驗設備在模擬過程中，對成藏情況及溫度、壓力條件進行各類測點的實時監測，監測在成藏過程中水合物的溫度及壓力變化情況，以判斷水合物成藏的階段及成藏的情況。

在低溫下，經常會出現壓力測點的冰堵情況，壓力測試往往會受到較大的影響而失效，壓力監測就會達不到真實的監測結果，因而實驗結果更不能指導實際生產。水合物成藏實驗裝置如圖1所示，1為電路總線，連接實驗艙內的溫度和壓力傳感器，將傳感器的數據傳輸到數據終端收集處理，2是鎖緊螺栓，用來連接艙體和上蓋，7是石英砂，在實驗過程中先將石英砂注入高壓艙內，再注入水和天然氣。在完成三相注入后，將高壓艙降溫并升壓，即可觀察水合物生成情況。

2 傳統解冰堵方法和原理

冰堵現象在天然氣設備及相關試驗設備上是非常常見的，目前解冰堵方案主要根據冰堵現象的出現地點、出現形式等分情況對待[1]。對于大型實驗裝備外接注入機構，通常采用熱水澆堵的方法促進冰堵消解;對于長管道及戶外無人區域出現的管路冰堵，通常采用外接電熱套的方法解冰堵;對于實驗室小型設備及冰堵部位在裝置內部的情況，往往采用水浴加熱的形式將熱量傳送到冰堵區域促進解堵[2-4]。目前對于水合物成藏實驗裝置的壓力測點解冰堵研究尚且處于空白階段，實際上不僅是針對水合物成藏實驗裝置的壓力測點冰堵問題，但凡壓力測點處于非流體環境下的實驗裝置中，冰堵問題的解決都將會提升實驗精度。

3 結構設計

本發明針對上述現有技術存在的問題做出改進，提出了防止水合物藏模擬實驗過程中壓力測點冰堵及解堵的結構，其是在原有設備上進行優化更改，通過在引壓管線外圍增添導熱油浴套管的技術手段，以及在引壓管線內部填充導壓油的技術特征結合，防止低溫對測壓管線造成結冰堵塞的情況發生，通過引壓管內的介質和外部加熱相結合的辦法，防止并解除此類設備壓力管線冰堵的發生，為水合物成藏過程的準確測量提供了保障，為科研中的參數提取提供了準確的保證。

防止水合物藏模擬實驗過程中壓力測點冰堵及解堵的結構，包括布設在高壓艙體內腔中的多個壓力測點組件，高壓艙體中填充有石英砂，其中：壓力測點組件包括導熱油、引壓油、加熱油浴套管、引壓管線和濾芯，引壓管線就是一個中空的不銹鋼細管，濾芯與引壓管線過盈配合并連接在引壓管線的引壓端口，壓力傳感器的測壓端口與引壓管線的輸出端口通過螺紋連接，這樣壓力就可以通過濾芯傳遞給引壓油，進而傳遞給壓力傳感器。加熱組件包括加熱絲、電纜線和加熱控制箱。加熱油浴套與引壓管線的外側套接，在加熱油浴套管與引壓管線之間的空腔中布設有導熱油。加熱絲兩端通過電纜線連接到加熱控制箱，加熱絲浸入導熱油中，通過加熱絲的熱能給導熱油升溫，通過導熱油將熱量傳導給引壓油以及其他測點組件，保證測點組件工作環境溫度不會引起冰堵，對于已經冰堵的環境可以加熱使其冰堵消解。

壓力傳感器的測壓端口與引壓套管的上端口通過螺紋連接，傳感器測點伸入高壓艙體的內部的混合物并與高壓艙體采用螺紋連接。加熱絲的兩端利用電纜線與加熱控制箱連接，加熱絲浸入導熱油內部，加熱絲兩端伸出加熱油浴套管之外并采用焊接方法固定在加熱油浴套管 的上端面上，引壓套管穿過加熱油浴套管并在加熱油浴套管的上下端面上焊接固定，引壓套管和加熱油浴套管之間的空腔注入導熱油，濾芯與引壓套管過盈配合，并堵住引壓套管的下端面即引壓端口，引壓套管的內腔注滿引（下轉第188頁）（上接第186頁）壓油。

4 結論

經過實驗論證和原理分析，新型壓力測點解冰堵結構有著如下優勢：

①結構簡單，不破壞原有的結構，在原有的引壓管線外圍再添加一層加熱油浴套管，在加熱油浴套管中填充有熱的導熱油，并在引壓管線內部填充引壓硅油的技術特征結合，即可實現防冰堵及解堵;

②提高水合物藏的成藏實驗測量數據的準確性;

③根據各類壓力測點管線的防冰堵及解堵情況，可以更加精確的進行水合物藏的關于壓力場的原始數據提取，更加準確的進行壓力場的反演。

參考文獻：

[1]王子豪，杜艷，鄧少偉.天然氣長輸管道冰堵防治及應急處理[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（18）：97-98.

[2]張永杰.天然氣長輸管道冰堵防治及處理[J].山東工業技術，2018（17）：85.

[3]鄒翔，余輝，張雅婕，楊小春.天然氣設備冰堵原因及改善方法[J].化工管理，2018（11）：153.

[4]黃泰鴻，汪洋.輸氣管道水合物冰堵防治措施研究[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（07）：141-142.