Protocole de mesure des propriétés thermiques d'un synthétique Sable-eau-gaz-méthane Hydrate Sample surfondue

L’objectif général de cette procédure est de déterminer les propriétés thermiques d’un échantillon composé de sable, d’eau, de méthane et d’hydrate de méthane. Cette leçon peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la technologie de production de gaz, telles que la simulation de la production de gaz, les hydrates de méthane naturels. Pour commencer, placez le récipient haute pression sur la table vibrante.

Versez 1,5 litre d’eau pure dans une bouteille d’eau et 4 000 grammes de sable de silice dans une bouteille de sable. Pesez avec précision les masses de sable et d’eau dans leurs bouteilles respectives. Versez ensuite 1 litre d’eau pure dans le récipient à haute pression d’un volume intérieur de 2 110 centimètres cubes à partir d’une bouteille d’eau jusqu’à ce que l’eau remplisse la moitié du récipient intérieur.

Allumez la table vibrante pour faire vibrer l’ensemble du récipient. Réglez le taux de vibration sur 50 hertz et l’alimentation sur 220 watts. Évacuez l’air résiduel dans la conduite de vidange et le filtre métallique centré au fond de la cuve en faisant vibrer la cuve.

Versez 3 300 grammes de sable de silice d’une bouteille de sable dans le récipient à un taux constant d’environ un gramme par seconde à l’aide d’un entonnoir tenu près de la surface de l’eau pendant que tout le récipient est vibré pour assurer un emballage uniforme. Arrêtez les vibrations lorsque l’eau atteint le bord du récipient. Placez un anneau comme paroi temporaire sur le bord du récipient pour empêcher l’eau de se renverser.

Faites vibrer le récipient à nouveau comme avant, et lorsque le sable atteint le bord du récipient, désactivez la vibration. Retirez l’excédent d’eau versée à l’aide de la conduite de vidange et versez-le dans la bouteille d’eau. Retirez le mur temporaire.

Tassez le sable en faisant vibrer le récipient une ou deux fois à 50 hertz et 300 watts par seconde et ajoutez plus de sable si nécessaire. Pesez la masse de sable et d’eau dans leurs bouteilles respectives. Ensuite, calculez les masses de sable et d’eau dans le récipient à partir des différences de masse dans le sable et les bouteilles d’eau.

Dans cette expérience, la masse de sable dans le récipient était de 3 385 grammes et la masse d’eau dans le récipient était de 823,6 grammes. La masse d’eau dans le récipient est notée w total. Couvrez le récipient haute pression avec un couvercle en acier inoxydable et serrez successivement les boulons des paires diagonalement opposées.

Déplacer le récipient à haute pression de la table vibrante à la table destinée à l’expérience. Couvrez le récipient haute pression avec un isolant thermique pour contrôler la température. Raccordez ensuite les canalisations haute pression et les conduites d’écoulement d’eau de refroidissement à la cuve haute pression.

Ouvrez les vannes des gazoducs d’entrée et de sortie. Aérez 10 litres de méthane à un taux de 800 millilitres par minute jusqu’à ce qu’aucun excès d’eau ne s’écoule dans le piège sous la pression atmosphérique. L’évacuation du sable est empêchée par un filtre métallique centré fixé sur le fond du récipient.

L’eau résiduelle reste à la surface du sable car le sable de silice hydrophile absorbe les molécules d’eau. Pesez la masse d’eau dans le siphon pour déterminer le volume de gaz dans le récipient. Déterminer la masse d’eau résiduelle, en valeur résiduelle.

Dans ce cas, w resi est de 360,6 grammes et w trap est de 463 grammes. Après avoir fermé la vanne de la conduite de gaz de sortie, injectez du méthane pour augmenter la pression de déversement de méthane dans la cuve à environ 12,1 mégapascals à température ambiante. Ensuite, fermez la vanne de la conduite de gaz d’entrée.

Commencez à enregistrer la pression et la température dans le récipient pendant l’expérience à l’aide de l’enregistreur de données. Allumez le refroidisseur pour refroidir la cuve de la température ambiante à 2,0 degrés Celsius en faisant circuler le liquide de refroidissement. Laissez le liquide de refroidissement circuler du refroidisseur au fond de la cuve, de là au couvercle de la cuve et enfin au refroidisseur.

Configurez les paramètres de mesure à l’aide du logiciel d’analyse de source plane transitoire, ou TPS, et calculez le degré de surfusion tel que déterminé dans le protocole texte. L’étape la plus critique consiste à effectuer une mesure constante du sonar en maintenant l’augmentation de la température sur le superliquide de refroidissement du capteur TPS. Mesurez simultanément la conductivité thermique, la diffusivité thermique et la chaleur spécifique volumétrique à l’aide de l’analyseur TPS après que le degré de surfusion est supérieur à deux degrés Celsius.

Après chaque mesure, basculez manuellement les câbles entre les sondes TPS et l’analyseur pendant l’expérience. Collectez des données toutes les trois à cinq minutes. Répétez les mesures jusqu’à ce que le degré de surfusion atteigne à nouveau deux degrés Celsius.

Dans cette expérience, le degré de surfusion augmente initialement avec le temps. Une fois que le degré de surfusion a atteint la valeur maximale, il diminue progressivement jusqu’à zéro degré Celsius car la pression diminue avec la formation de MH. On voit ici un profil de température non affecté par la fusion de l’hydrate de méthane et un profil de température affecté par la fonte. Notez que ce profil ne peut pas être analysé par la technique TPS car les équations d’analyse supposent des conditions d’échantillon stables.

La pression, la température et le degré de surfusion dans la cuve en fonction du temps sont indiqués. MH se nuclée une fois que le système a atteint l’équilibre de pression et de température. La saturation des sédiments en MH, en eau et en méthane en fonction du temps est illustrée ici.

Le degré de saturation est calculé à l’aide de l’équation de l’état du gaz. Un exemple de mesures de constantes thermiques est présenté ici. Les flèches à deux pointes indiquent la plage de données utilisée dans l’analyse.

L’analyse 1 est un exemple de plage inappropriée, et l’analyse 2 est un exemple de plage appropriée. Les résultats de l’analyse d’inversion TPS de chaque plage sont présentés ici. L’écart des données de température par rapport à la courbe d’ajustement linéaire est indiqué.

Si la plage d’analyse appropriée est sélectionnée, la différence de température devient faible et à peu près constante. Enfin, la conductivité thermique en fonction du temps, la chaleur spécifique en fonction du temps et la diffusivité thermique en fonction du temps sont mises en évidence.