雷江等-吉林大学-天然气水合物冷冻取样冷冻效率优化的实验研究

Session 2 -Oral 13

天然气水合物冷冻取样冷冻效率优化的实验研究

雷江1,2，郭威1,2，张鹏宇1,2，贾瑞1,2，王元1,2,*

1. 吉林大学建设工程学院，吉林长春，130021；

2. 自然资源部复杂条件钻采技术重点实验室，吉林长春；130021

摘要：通过钻探取样获得原状的水合物样品是水合物开发的前提。冷冻取样技术采用酒精-干冰混合物为冷源，通过降低水合物临界分解压力、激发自保护效应获取高保真度的水合物样品。冷源性质、环境条件、腔体结构、注入方式等因素对冷冻效率的影响较大。本文通过改变干冰比表面积、环境压力以及冷源与外界环境的温差，进而调控冷源的性质以及优选冷源配方，从而提高冷冻效率。实验结果表明，在冷冻样品过程中，较大的干冰比表面积和温差会引起冷源粘度增大，使其更容易粘附在冷源的注入通道管壁，阻止冷源的进一步注入，导致干冰损失较多，降低冷冻效率。同时，较大的环境压力会导致储冷腔底部形成干冰固体层，阻止冷源注入。环境压力的增加还会抑制干冰升华，降低干冰相变速率，影响冷冻效率。通过优化实验，冷源配方为颗粒状干冰、温差105℃，环境压力为0.1MPa时，冷冻效率达到39.5%，在30min内实验样品温度从20℃冷冻至-59.7℃。本文通过实验分析影响冷冻效率的因素，得到了冷源优选配方参数，为天然气水合物冷冻取样技术的进一步优化提供了技术支撑。

关键词：天然气水合物，冷冻取样技术，冷源，相变传热，冷冻效率