Protokoll zur Messung der thermischen Eigenschaften einer unterkühlten Synthetic Sand-Wasser-Gas-Methanhydrat Probe

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die thermischen Eigenschaften einer Probe aus Sand, Wasser, Methandas und Methanhydrat zu bestimmen. Diese Lektion kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der Gasfördertechnologie zu beantworten, wie z. B. die Simulation der Gasförderung, natürliche Methanhydrate. Stellen Sie zunächst den Hochdruckbehälter auf den Rütteltisch.

Gießen Sie 1,5 Liter reines Wasser in eine Wasserflasche und 4.000 Gramm Quarzsand in eine Sandflasche. Wiegen Sie die Massen an Sand und Wasser in den jeweiligen Flaschen genau ab. Gießen Sie dann 1 Liter reines Wasser in den Hochdruckbehälter mit einem Innenvolumen von 2.110 Kubikzentimetern aus einer Wasserflasche, bis das Wasser die Hälfte des inneren Gefäßes füllt.

Schalten Sie den Rütteltisch ein, um das gesamte Gefäß in Schwingung zu versetzen. Stellen Sie die Vibrationsrate auf 50 Hertz und das Netzteil auf 220 Watt ein. Entfernen Sie die Restluft in der Ablaufleitung und dem zentrierten Metallfilter am Boden des Behälters, indem Sie den Behälter vibrieren.

Gießen Sie 3.300 Gramm Quarzsand aus einer Sandflasche mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa einem Gramm pro Sekunde in das Gefäß, indem Sie einen Trichter verwenden, der in der Nähe der Wasseroberfläche gehalten wird, während das gesamte Gefäß vibriert wird, um eine gleichmäßige Packung zu gewährleisten. Stoppen Sie die Vibration, wenn das Wasser den Rand des Behälters erreicht. Platzieren Sie einen Ring als provisorische Wand am Rand des Gefäßes, um das Verschütten von Wasser zu verhindern.

Vibrieren Sie das Gefäß erneut wie zuvor, und wenn der Sand den Rand des Gefäßes erreicht, schalten Sie die Vibration aus. Entfernen Sie das überschüssige Wasser, gießen Sie es über die Abflussleitung und gießen Sie es zurück in die Wasserflasche. Entfernen Sie die temporäre Wand.

Packen Sie den Sand, indem Sie das Gefäß ein- bis zweimal mit 50 Hertz und 300 Watt pro Sekunde vibrieren und bei Bedarf mehr Sand hinzufügen. Wiegen Sie die Masse des Sandes und des Wassers in den jeweiligen Flaschen ab. Berechnen Sie als Nächstes die Sand- und Wassermassen im Gefäß aus den Massenunterschieden in den Sand- und Wasserflaschen.

In diesem Experiment betrug die Masse des Sandes im Gefäß 3.385 Gramm und die Masse des Wassers im Gefäß 823,6 Gramm. Die Wassermasse im Gefäß wird als w total bezeichnet. Decken Sie den Hochdruckbehälter mit einem Edelstahldeckel ab und ziehen Sie die Schrauben der diagonal gegenüberliegenden Paare nacheinander fest.

Bewegen Sie den Hochdruckbehälter vom Rütteltisch auf den für das Experiment vorgesehenen Tisch. Decken Sie den Hochdruckbehälter mit einem Wärmeisolator ab, um die Temperatur zu regeln. Verbinden Sie dann die Hochdruckleitungen und die Kühlwasserleitungen mit dem Hochdruckbehälter.

Öffnen Sie die Ventile der Ein- und Ausgangsgasleitungen. 10 Liter Methan werden mit einer Geschwindigkeit von 800 Millilitern pro Minute belüftet, bis kein überschüssiges Wasser mehr in die Falle unter Atmosphärendruck gelangt. Der Sandaustrag wird durch einen zentrierten Metallfilter verhindert, der am Boden des Behälters befestigt ist.

Das Restwasser verbleibt an der Sandoberfläche, da der hydrophile Quarzsand die Wassermoleküle aufnimmt. Wiegen Sie die Wassermasse in der Falle w, um das Gasvolumen im Behälter zu bestimmen. Bestimmen Sie die Masse des Restwassers, w resi.

In diesem Fall beträgt die Fangmenge 360,6 Gramm und die Siebmenge 463 Gramm. Nach dem Schließen des Ventils der Ausgangsgasleitung wird Methan eingespritzt, um den Ausgießdruck von Methan im Behälter auf etwa 12,1 Megapascal bei Raumtemperatur zu erhöhen. Schließen Sie dann das Ventil der Eingangsgasleitung.

Starten Sie während des Experiments die Aufzeichnung von Druck und Temperatur im Behälter mit dem Datenlogger. Schalten Sie den Kühler ein, um das Gefäß von Raumtemperatur auf 2,0 Grad Celsius zu kühlen, indem Sie das Kühlmittel umwälzen. Lassen Sie das Kühlmittel vom Kühler zum Boden des Behälters, von dort zum Deckel des Behälters und schließlich zurück zum Kühler zirkulieren.

Richten Sie die Messparameter mit der TPS-Analysatorsoftware (Transient Plane Source) ein und berechnen Sie den Grad der Unterkühlung, wie im Textprotokoll bestimmt. Der kritischste Schritt ist die Messung der Sonarkonstante, indem der Temperaturanstieg über dem TPS-Sensor-Unterkühlungsmittel gehalten wird. Messen Sie gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit, die Wärmeleitfähigkeit und die volumetrische spezifische Wärme mit dem TPS-Analysator, nachdem der Grad der Unterkühlung mehr als zwei Grad Celsius betragen hat.

Wechseln Sie nach jeder Messung die Kabel während des Experiments manuell zwischen den TPS-Sonden und dem Analysator. Erfassen Sie alle drei bis fünf Minuten Daten. Wiederholen Sie die Messungen, bis der Grad der Unterkühlung wieder zwei Grad Celsius erreicht.

In diesem Experiment nimmt der Grad der Unterkühlung zunächst mit der Zeit zu. Nachdem der Grad der Unterkühlung den Maximalwert erreicht hat, sinkt er allmählich auf null Grad Celsius, da der Druck mit der Bildung von MH abnimmt. Hier ist ein Temperaturprofil dargestellt, das nicht durch das Schmelzen von Methanhydrat beeinflusst wird, und ein Temperaturprofil, das durch das Schmelzen beeinflusst wird. Beachten Sie, dass dieses Profil nicht mit der TPS-Technik analysiert werden kann, da die Analysegleichungen von stabilen Probenbedingungen ausgehen.

Dargestellt sind der Druck, die Temperatur und der Grad der Unterkühlung im Behälter in Abhängigkeit von der Zeit. MH keimt, nachdem das System ein Druck- und Temperaturgleichgewicht erreicht hat. Hier ist die Sättigung des Sediments mit MH, Wasser und Methangas in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.

Der Sättigungsgrad wird anhand der Gleichung des Zustands des Gases berechnet. Ein Beispiel für die Messungen der thermischen Konstanten ist hier dargestellt. Die Doppelpfeile geben den Datenbereich an, der in der Analyse verwendet wird.

Analyse 1 ist ein Beispiel für einen unangemessenen Bereich, und Analyse 2 ist ein Beispiel für einen geeigneten Bereich. Die Ergebnisse der TPS-Inversionsanalyse für jeden Bereich sind hier dargestellt. Die Abweichung der Temperaturdaten von der linearen Anpassungskurve wird dargestellt.

Wird der entsprechende Analysebereich gewählt, wird die Differenztemperatur klein und annähernd konstant. Schließlich werden die Wärmeleitfähigkeit als Funktion der Zeit, die spezifische Wärme als Funktion der Zeit und die Wärmeleitfähigkeit als Funktion der Zeit gezeigt.