專利名稱：天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置，屬于新能源開發(fā)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天然氣水合物(Natural Gas Hydrate,簡(jiǎn)稱Gas Hydrate)是在低溫、高壓條件下水和天然氣中低分子量的烴類化合物形成的一種非化學(xué)計(jì)量型、類冰狀、籠型結(jié)晶化合物。天然氣水合物具有主-客體材料特征，水分子(主體)通過氫鍵結(jié)合形成空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，氣體分子(客體)通過與水分子之間的范德華力填充于水分子點(diǎn)陣間的空穴中。自然界存在的天然氣水合物以甲烷水合物為主，其中絕大部分賦存于海底，具有儲(chǔ)量大、分布廣、 埋藏淺、能量密度高、燃燒后無污染和殘留等優(yōu)點(diǎn)。單位體積的甲烷水合物分解可產(chǎn)生150-180標(biāo)準(zhǔn)體積的甲烷氣體。海底及陸地永凍土層下存在著廣泛的天然氣水合物形成條件，據(jù)估計(jì)，地球上以天然氣水合物形式儲(chǔ)藏的有機(jī)碳占全球總有機(jī)碳的53%，是煤、石油、天然氣三種化石燃料總碳量的2倍。因此，天然氣水合物被認(rèn)為是21世紀(jì)的理想清潔替代能源。天然氣水合物以固體形式賦存于泥質(zhì)海底的松散沉積層中，在開采過程中發(fā)生相轉(zhuǎn)化，與石油、天然氣的開采相比，具有很大的開采難度。根據(jù)開采過程中水合物分解的地點(diǎn)不同，天然氣水合物的開采可分為地下開采和地上開采兩大類。其中地下開采研究報(bào)道最多，主要是參考石油、天然氣的開采工藝，首先在海底地層中構(gòu)筑井筒，采取措施破壞水合物穩(wěn)定存在的溫度、壓力等熱力學(xué)條件，促進(jìn)水合物在賦存地分解為水和天然氣，然后采用天然氣開采工藝將分解后的天然氣收集、輸送至地面。天然氣水合物地下開采的關(guān)鍵是如何采取經(jīng)濟(jì)有效的措施促進(jìn)水合物的分解，同時(shí)保持井底穩(wěn)定，不使甲烷泄漏、不引發(fā)溫室效應(yīng)。目前提出的天然氣水合物開采方法主要包括熱激發(fā)法、降壓法和化學(xué)法三類。熱激發(fā)法主要是將蒸汽、熱水、熱鹽水等載熱體注入水合物儲(chǔ)層，使溫度達(dá)到水合物分解溫度以上，但熱激發(fā)法的主要缺點(diǎn)在于載熱流體從海面輸送至海底，沿程熱損失大，熱能利用率低。化學(xué)法主要是向水合物儲(chǔ)層注入鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇等化學(xué)物質(zhì)，改變水的活度，從而改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物穩(wěn)定溫度，促進(jìn)天然氣水合物的分解，化學(xué)法的缺點(diǎn)是藥劑用量大，成本高，大量使用化學(xué)藥劑也會(huì)造成環(huán)境污染問題。降壓法是通過降低水合物儲(chǔ)層的壓力，引起天然氣水合物移動(dòng)至不穩(wěn)定區(qū)而分解，主要適用于水合物儲(chǔ)層底部賦存游離天然氣藏的水合物開采，這種方法由于海底地質(zhì)條件千差萬別，往往難以達(dá)到水合物分解的溫壓條件，同時(shí)開采速度慢，效率低。為克服上述開采方法的缺陷，中國專利CN1609409A和CN101037938A分別提出了一種利用微波加熱和利用太陽能加熱開采天然氣水合物的方法及裝置；美國專利US6148911提出采用井下電加熱開采天然氣水合物的方法；中國專利CN1779191A公開了一種采用海底熱泵加熱海水，然后進(jìn)行天然氣水合物熱分解開采的方法；美國專利US2005/0121200A1公開了一種采用CO2置換法開采天然氣水合物的方法。但這些開采方法目前尚處于概念設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)探索階段，迄今為止，人們尚未找到技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的天然氣水合物的開采方法。因此，進(jìn)行天然氣水合物開采技術(shù)研究是實(shí)現(xiàn)天然氣水合物資源安全利用的關(guān)鍵。由于天然氣水合物均賦存于環(huán)境苛刻的高寒地帶和海洋深水區(qū)，水合物開采現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)難度大，耗資巨大，天然氣水合物開采室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究理所當(dāng)然地成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。天然氣水合物開采室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)必須真實(shí)模擬海底低溫、高壓的水合物藏環(huán)境，模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及設(shè)備是開展研究的前提。目前，天然氣水合物模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備均局限于天然氣水合物在純水或海水中的合成與分解實(shí)驗(yàn)，專門用于水合物開采的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)很少，且實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單。不能真實(shí)模擬天然氣水合物在海底沉積物中的成藏環(huán)境，不能模擬水合物開采過程的的溫度、壓力場(chǎng)分布及傳熱、傳質(zhì)過程。中國專利CN1176741C公開了一種天然氣水合物綜合實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置可以進(jìn)行純天然氣水合物和模擬實(shí)際礦層天然氣水合物合成、分解實(shí)驗(yàn)，以及天然氣水合物鉆進(jìn)過程控制實(shí)驗(yàn)，但該裝置難以模擬水合物開采過程的溫度、壓力場(chǎng)分布及傳熱、傳質(zhì)過程。中國專利CN101050697A及CN101046146A分別公開了一種天然氣水合物一維開采模擬實(shí)驗(yàn)裝置和二維開采模擬實(shí)驗(yàn)裝置，分別可用于天然 氣水合物一維和二維開采模擬實(shí)驗(yàn)，但一維和二維開采模擬仍只是對(duì)實(shí)際水合物藏的近似模擬，并不能真實(shí)再現(xiàn)實(shí)際水合物藏的開采過程，且實(shí)驗(yàn)裝置的邊界效應(yīng)和器壁效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置。本發(fā)明提供的天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置包括供液裝置、供氣裝置、高壓反應(yīng)釜、氣液分離器和數(shù)據(jù)采集裝置；所述供液裝置包括依次串連的注液泵和加熱器；所述供氣裝置包括依次串連的氣體壓縮機(jī)和減壓閥；所述高壓反應(yīng)釜的腔內(nèi)設(shè)有若干個(gè)壓力傳感器和若干個(gè)溫度傳感器，腔體上設(shè)有氣體入口、液體入口和氣液混合物出口 ；所述加熱器的出口和所述減壓閥的出口分別與所述高壓反應(yīng)釜的液體入口和氣體入口相連通，所述高壓反應(yīng)釜的氣液混合物出口與所述氣液分離器的入口相連通；所述氣液分離器的氣體出口和液體出口分別與氣體流量計(jì)A和液體計(jì)量裝置相連通；所述氣體流量計(jì)A、注液泵、液體計(jì)量裝置、壓力傳感器和溫度傳感器均與所述數(shù)據(jù)采集裝置相連。上述的模擬裝置，可用于真實(shí)模擬海底天然氣水合物成藏環(huán)境及天然氣水合物開采過程；所述高壓反應(yīng)釜的材質(zhì)可為不銹鋼或耐高壓的其它耐腐蝕材料，耐壓范圍可為10 40MPa ;所述高壓反應(yīng)釜外形及內(nèi)腔可為球形、圓柱形或方形；所述高壓反應(yīng)釜內(nèi)腔容積可為50 500L，且內(nèi)腔三維空間長(zhǎng)度均大于500mm ;所述高壓反應(yīng)釜壁設(shè)置可拆卸的人孔，可通過法蘭密封；所述高壓反應(yīng)釜內(nèi)，可以預(yù)先填充多孔介質(zhì)后，原位生成天然氣水合物，模擬海底天然氣水合物藏；也可以預(yù)先制備天然氣水合物固體冰粉與多孔介質(zhì)混合后，填充到反應(yīng)釜中，模擬海底天然氣水合物藏；所述模擬海底天然氣水合物藏可以均勻填充，也可分層填充。上述的模擬裝置，所述減壓閥和加熱器與所述高壓反應(yīng)器之間分別設(shè)有氣體流量計(jì)B和液體流量計(jì)，分別對(duì)注入所述高壓反應(yīng)器內(nèi)的氣體和液體進(jìn)行計(jì)量。上述的模擬裝置，所述注液泵和所述加熱器之間可設(shè)有若干個(gè)依次串連的中間容器，用于盛放化學(xué)劑；所述中間容器可為圓筒形容器。
上述的模擬裝置，所述加熱器可由盤管和外套管組成，用于注入所述高壓反應(yīng)釜的溶液需要加熱時(shí)使用，可采用油浴加熱，熱油走殼程，帶加熱溶液走管程，所述加熱器功率隨待加熱溶液量及加熱溫度而定。上述的模擬裝置，所述高壓反應(yīng)釜的腔內(nèi)可設(shè)有若干個(gè)垂直井管和若干個(gè)水平井管，實(shí)現(xiàn)模擬多點(diǎn)井網(wǎng)開采天然氣水合物的過程。上述的模擬裝置，所述垂直井管可為1-5個(gè)；所述水平井管可為1-3個(gè)。上述的模擬裝置，所述壓力傳感器可為3-9個(gè)；所述溫度傳感器可為5-15個(gè)；所述壓力傳感器和溫度傳感器均為均勻設(shè)置；所述溫度傳感器和壓力傳感器的個(gè)數(shù)可隨所述高壓反應(yīng)釜的容積增大而增加。上述的模擬裝置，所述高壓反應(yīng)釜與所述氣液分離器之間可設(shè)有回壓閥；所述液體計(jì)量裝置可為電子天平。 上述的模擬裝置，所述高壓反應(yīng)釜設(shè)于恒溫室內(nèi)；利用水浴或者空氣浴進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，以保證環(huán)境溫度的穩(wěn)定，恒溫室內(nèi)部設(shè)置有攪拌器或者風(fēng)扇，使整個(gè)室內(nèi)空氣溫度保持均勻。使用上述天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置的過程如下(I)構(gòu)造模擬天然氣水合物藏地質(zhì)環(huán)境。根據(jù)海底及凍土層天然氣水合物藏地質(zhì)構(gòu)造，將實(shí)際海底沉積物或模擬多孔介質(zhì)分層或均勻填充于所述高壓反應(yīng)釜中，構(gòu)造天然氣水合物藏地質(zhì)環(huán)境，為下一步水合物原位生成作準(zhǔn)備；也可以首先采用其它設(shè)備制備純天然氣水合物固體，粉碎后與實(shí)際海底沉積物或模擬多孔介質(zhì)在液氮環(huán)境中按不同比例混合，然后將混合物分層填充于所述高壓反應(yīng)釜中，直接構(gòu)造不同的天然氣水合物藏；可構(gòu)造的天然氣水合物藏類型包括擴(kuò)散型、滲漏型、游離氣上覆層型。(2)原位生成模擬天然氣水合物藏。蓋上所述高壓反應(yīng)釜的法蘭蓋，密封；通過所述穩(wěn)壓供液裝置向所述高壓反應(yīng)釜的多孔介質(zhì)中注入一定量的水溶液，然后通過所述恒溫室將所述高壓反應(yīng)釜冷卻至預(yù)定溫度，并保持溫度恒定；啟動(dòng)穩(wěn)壓供氣裝置，向所述高壓反應(yīng)釜中注入一定壓力的天然氣，并保持所述高壓反應(yīng)釜中的壓力恒定，天然氣在多孔介質(zhì)中與其中的水溶液接觸，生成天然氣水合物，形成海底模擬天然氣水合物藏，水合物生成熱通過所述恒溫室移走，天然氣水合物在所述高壓反應(yīng)釜內(nèi)多孔介質(zhì)中的形成及分布動(dòng)態(tài)變化可通過所述數(shù)據(jù)測(cè)量裝置對(duì)所述高壓反應(yīng)釜中溫度場(chǎng)分布、壓力場(chǎng)分布，然后通過采集處理控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。(3)天然氣水合物開采模擬。啟動(dòng)穩(wěn)壓供液裝置，以一定的流量向所述高壓反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物層中的所述垂直井管和/或所述水平井管中注入一定溫度的水溶液或化學(xué)劑，水溶液或化學(xué)劑也可以同時(shí)注入由多根井管構(gòu)成的垂直井網(wǎng)或水平井網(wǎng)；天然氣水合物層中的天然氣水合物在水溶液或化學(xué)劑作用下分解，生成天然氣和水，水合物層不斷分解，分解前沿不斷向外推進(jìn)，注入的水溶液或化學(xué)劑通過模擬多孔介質(zhì)滲透，向水合物分解前沿傳熱和傳質(zhì)，同時(shí)分解出的水和天然氣向產(chǎn)出井滲透，匯聚于產(chǎn)出井后經(jīng)回壓閥采出，采出速率通過回壓閥控制，采出的氣液混合物經(jīng)所述氣液分離器分離后，氣、液量分別計(jì)量；開采過程中天然氣水合物分解速率及動(dòng)態(tài)特征可通過數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)所述高壓反應(yīng)釜中溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)以及產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量進(jìn)行測(cè)量，然后通過采集處理控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。
本發(fā)明提供的天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置，可用于真實(shí)模擬海底天然氣水合物成藏環(huán)境，模擬不同地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際水合物藏成藏過程，能夠精確研究水合物開采過程分解速率、水合物分解前沿的推進(jìn)速度，能夠模擬水合物藏在不同井網(wǎng)布置，不同開采模式開采過程中水合物藏的動(dòng)態(tài)特征和水合物藏的溫度、壓力場(chǎng)分布及傳熱、傳質(zhì)過程。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)記如下1注液泵、2圓筒形容器、3加熱器、4高壓反應(yīng)釜、5垂直井管、6水平井管、7壓力傳感器、8溫度傳感器、9氣體壓縮機(jī)、10減壓閥、11氣體流量計(jì)B、12氣液混合物出口、13氣液分離器、14回壓閥、15氣體流量計(jì)A、16電子天平、17數(shù)據(jù)采集裝置、18恒溫室、19液體流量計(jì)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的模擬裝置做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例I、天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置本發(fā)明的天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置包括供液裝置、供氣裝置、不銹鋼材質(zhì)的圓柱形高壓反應(yīng)釜4、氣液分離器13和數(shù)據(jù)采集裝置16 ;供液裝置包括依次串連的注液泵I、圓筒形容器2、加熱器3和液體流量計(jì)19，該加熱器3由盤管和外套管組成，采用油浴加熱；供氣裝置包括依次串連的氣體壓縮機(jī)9、減壓閥10和氣體流量計(jì)Bll ;液體流量計(jì)19的出口和氣體流量計(jì)Bll的出口分別與高壓反應(yīng)釜4的液體入口(圖中未示出)和氣體入口(圖中未示出)相連通；高壓反應(yīng)釜4的腔內(nèi)設(shè)有3個(gè)均勻設(shè)置的壓力傳感器7和5個(gè)溫度傳感器8，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓反應(yīng)釜4的壓力和溫度；高壓反應(yīng)釜4的腔內(nèi)設(shè)有3條垂直井管5和I條水平井管6，用于模擬多點(diǎn)井網(wǎng)開采天然氣水合物過程；高壓反應(yīng)釜4的氣液混合物出口 12與氣液分離器13的入口相連通(圖中未示出)，高壓反應(yīng)釜4和氣液分離器13之間設(shè)有回壓閥14，用于調(diào)控高壓反應(yīng)釜4內(nèi)的壓力；高壓反應(yīng)釜4設(shè)于恒溫室18內(nèi)；氣液分離器13的氣體出口和液體出口分別與氣體流量計(jì)A15和電子天平16相連通，用于經(jīng)分離后的氣、液量分別計(jì)量；該模擬裝置中，氣體流量計(jì)BH、注液泵I、氣體流量計(jì)A15、電子天平16、壓力傳感器7、溫度傳感器8和液體流量計(jì)19均與數(shù)據(jù)采集裝置17相連。上述模擬裝置中，高壓反應(yīng)釜4的材質(zhì)還可以為耐高壓的其它耐腐蝕材料；高壓反應(yīng)釜4的形狀還可以為球形或方形；壓力傳感器7的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要在3-9個(gè)內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)；溫度傳感器8的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要在5-15個(gè)內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)；垂直井管5的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要在1-5個(gè)內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，水平井管6的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要在1-3個(gè)內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)施例2、實(shí)施例I的模擬裝置的應(yīng)用I、天然氣水合物原位生成，模擬海底分散型天然氣水合物成藏過程包括如下步驟(I)將實(shí)際海底沉積物均勻填充于高壓反應(yīng)釜4中壓實(shí)，蓋上反應(yīng)釜法蘭蓋(圖中未示出)，通過向高壓反應(yīng)釜4內(nèi)部腔體注入海水，構(gòu)造天然氣水合物藏地質(zhì)環(huán)境，為下一步水合物生成作準(zhǔn)備；(2)蓋上反應(yīng)釜法蘭蓋(圖中未示出)，密封；通過注液泵I、圓筒形容器2向高壓反應(yīng)釜4中注入一定量的海水溶液，使沉積物中孔隙水飽和度達(dá)到85%以上；(3)將該模擬裝置置于恒溫室18內(nèi)，通過控制恒溫室18的溫度，將高壓反應(yīng)釜4冷卻至277. 1K，并保持溫度恒定；(4)啟動(dòng)穩(wěn)壓供氣裝置，通過氣源、氣體壓縮機(jī)9、減壓閥10、氣體流量計(jì)Bll向高壓反應(yīng)釜4中注入天然氣，使高壓反應(yīng)釜4中的壓力達(dá)到5. SOMPa,并通過回壓閥14控制保持高壓反應(yīng)釜4壓力恒定，天然氣在多孔介質(zhì)中與其中的水溶液接觸，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間(一般約3-10天)生成甲烷水合物，形成模擬的海底天然氣水合物藏，水合物生成熱通過恒溫室18內(nèi)的環(huán)境控制裝置移走；(5)高壓反應(yīng)釜4內(nèi)沉積物中天然氣水合物的成藏過程及分布可通過如下測(cè)試手段進(jìn)行研究與分析通過高壓反應(yīng)釜4中溫度傳感器8測(cè)定沉積物中溫度場(chǎng)分布及變化； 通過高壓反應(yīng)釜4中壓力傳感器7測(cè)定沉積物中壓力場(chǎng)分布及變化；上述測(cè)量元件測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行處理、顯示與儲(chǔ)存。2、海底天然氣水合物藏原位生成，注熱水開采模擬實(shí)驗(yàn)包括如下步驟(I)將實(shí)際海底沉積物均勻填充于高壓反應(yīng)釜4中壓實(shí)，蓋上反應(yīng)釜法蘭蓋(圖中未示出)，通過向高壓反應(yīng)釜4內(nèi)部腔體注入海水，構(gòu)造天然氣水合物藏地質(zhì)環(huán)境，為下一步水合物生成作準(zhǔn)備；(2)蓋上反應(yīng)釜法蘭蓋，密封；通過注液泵I、圓筒形容器2向高壓反應(yīng)釜4中注入一定量的海水溶液，使沉積物中孔隙水飽和度達(dá)到85%以上；(3)將該模擬裝置置于恒溫室18內(nèi)，通過控制恒溫室18的溫度，將反應(yīng)釜冷卻至277. 1K，并保持溫度恒定；(4)啟動(dòng)穩(wěn)壓供氣裝置，通過氣源、氣體壓縮機(jī)9、減壓閥10、氣體流量計(jì)Bll向高壓反應(yīng)釜4中注入天然氣，使高壓反應(yīng)釜4中的壓力達(dá)到14. 05MPa，并通過回壓閥14的控制保持反應(yīng)釜壓力恒定，天然氣在多孔介質(zhì)中與其中的水溶液接觸，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間(一般約3-10天)生成甲烷水合物，形成模擬的海底天然氣水合物藏，水合物生成熱通過恒溫室18內(nèi)的環(huán)境控制裝置移走；(5)啟動(dòng)穩(wěn)壓供液裝置中的加熱器3，通過加熱器3自帶的溫度控制裝置，將加熱器出口液體溫度控制在70°C，并保持溫度恒定。(6)啟動(dòng)穩(wěn)壓供液裝置，以I. OOL/min的流量通過注液泵I、圓筒形容器2和加熱器3向高壓反應(yīng)釜4內(nèi)水合物層中的注入井(包括垂直井管5和水平井管6)中注入70°C的水溶液，水合物層中的水合物在水溶液作用下分解，生成天然氣和水，水合物層不斷分解，分解前沿不斷向外推進(jìn)，注入的水溶液通過沉積物滲透，向水合物分解前沿傳熱和傳質(zhì)；同時(shí)分解出的水和甲烷氣向產(chǎn)出井(包括垂直井管5和水平井管6)滲透，匯聚于產(chǎn)出井后經(jīng)回壓控制模塊采出，采出速率通過回壓閥14控制；采出的氣液混合物經(jīng)氣液混合物出口 12流入至氣液分離器13進(jìn)行分離后，氣體量經(jīng)氣體流量計(jì)A15在線計(jì)量，液體通過置于電子天平16上的儲(chǔ)液罐，液體流量通過電子天平16在線計(jì)量；(7)高壓反應(yīng)釜4內(nèi)沉積物中天然氣水合物的成藏過程及分布可通過如下測(cè)試手段進(jìn)行研究與分析通過高壓反應(yīng)釜4中溫度傳感器8測(cè)定沉積物中溫度場(chǎng)分布及變化；通過高壓反應(yīng)釜4中壓力傳感器7測(cè)定沉積物中壓力場(chǎng)分布及變化；上述測(cè)量元件測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行處理、顯示與儲(chǔ)存。3、海底天然氣水合物藏異位構(gòu)造，注熱鹽水開采模擬實(shí)驗(yàn)包括如下步驟(I)根據(jù)本實(shí)施例I中的步驟制備純天然氣水合物固體，粉碎，得到天然氣水合物固體粉末；(2)將該模擬裝置置于恒溫室18內(nèi)，通過控制恒溫室18的溫度，將反應(yīng)釜冷卻至277. 1K，并保持溫度恒定；(3)將實(shí)際海底沉積物與制備的天然氣水合物固體粉末在液氮保護(hù)下混合，制備不同比例沉積物/水合物樣品，分層填充于高壓反應(yīng)釜中；沉積物/水合物樣品分層填充，高壓反應(yīng)釜4底部填充純水合物，頂部填充純海底沉積物，高壓反應(yīng)釜4自下至上，水合物 含量不斷減少，海底沉積物含量不斷增加。蓋上反應(yīng)釜法蘭蓋，密封；(4)啟動(dòng)穩(wěn)壓供氣裝置，通過氣源、氣體壓縮機(jī)9、減壓閥10、氣體流量計(jì)Bll向高壓反應(yīng)釜4中注入天然氣，使高壓反應(yīng)釜4中的壓力達(dá)到20. OOMPa，并通過回壓閥14的控制保持該反應(yīng)釜壓力恒定；(5)啟動(dòng)穩(wěn)壓供液裝置中的加熱器3，通過加熱器3自帶的溫度控制裝置，將加熱器出口液體溫度控制在70°C，并保持溫度恒定。(6)啟動(dòng)穩(wěn)壓供液裝置，以2. OOL/min的流量通過注液泵I、圓筒形容器2和加熱器3向高壓反應(yīng)釜4內(nèi)水合物層中的注入井(包括垂直井管5和水平井管6)中注入50°C的質(zhì)量百分含量為15%的NaCl水溶液，水合物層中的水合物在水溶液作用下分解，生成天然氣和水，水合物層不斷分解，分解前沿不斷向外推進(jìn)，注入的水溶液通過沉積物滲透，向水合物分解前沿傳熱和傳質(zhì)；同時(shí)分解出的水和甲烷氣向產(chǎn)出井(包括垂直井管5和水平井管6)滲透，匯聚于產(chǎn)出井后經(jīng)回壓控制模塊采出，采出速率通過回壓閥14控制；采出的氣液混合物經(jīng)氣液混合物出口 12流入至氣液分離器13進(jìn)行分離后，氣體量經(jīng)氣體流量計(jì)A15在線計(jì)量，液體通過置于電子天平16上的儲(chǔ)液罐，液體流量通過電子天平16在線計(jì)量；(7)高壓反應(yīng)釜4內(nèi)沉積物中天然氣水合物的成藏過程及分布可通過如下測(cè)試手段進(jìn)行研究與分析通過高壓反應(yīng)釜4中溫度傳感器8測(cè)定沉積物中溫度場(chǎng)分布及變化；通過高壓反應(yīng)釜4中壓力傳感器7測(cè)定沉積物中壓力場(chǎng)分布及變化；上述測(cè)量元件測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行處理、顯示與儲(chǔ)存。
權(quán)利要求
1.一種天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置，其特征在于所述裝置包括供液裝置、供氣裝置、高壓反應(yīng)釜、氣液分離器和數(shù)據(jù)采集裝置；所述供液裝置包括依次串連的注液泵和加熱器；所述供氣裝置包括依次串連的氣體壓縮機(jī)和減壓閥；所述高壓反應(yīng)釜的腔內(nèi)設(shè)有若干個(gè)壓力傳感器和若干個(gè)溫度傳感器，腔體上設(shè)有氣體入口、液體入口和氣液混合物出口 ；所述加熱器的出口和所述減壓閥的出口分別與所述高壓反應(yīng)釜的液體入口和氣體入口相連通，所述高壓反應(yīng)釜的氣液混合物出口與所述氣液分離器的入口相連通；所述氣液分離器的氣體出口和液體出口分別與氣體流量計(jì)A和液體計(jì)量裝置相連通；所述氣體流量計(jì)A、注液泵、液體計(jì)量裝置、壓力傳感器和溫度傳感器均與所述數(shù)據(jù)采集裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬裝置，其特征在于所述減壓閥和加熱器與所述高壓反應(yīng)器之間分別設(shè)有氣體流量計(jì)B和液體流量計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一所述的模擬裝置，其特征在于所述高壓反應(yīng)釜的材質(zhì)為不銹鋼；所述高壓反應(yīng)釜為球形、圓柱形或方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的模擬裝置，其特征在于所述注液泵和所述加熱器之間設(shè)有若干個(gè)依次串連的中間容器；所述中間容器為圓筒形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的模擬裝置，其特征在于所述加熱器由盤管和外套管組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的模擬裝置，其特征在于所述高壓反應(yīng)釜的腔內(nèi)設(shè)有若干個(gè)垂直井管和若干個(gè)水平井管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬裝置，其特征在于所述垂直井管為1-5個(gè)；所述水平井管為1-3個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一所述的模擬裝置，其特征在于所述壓力傳感器為3-9個(gè)；所述溫度傳感器為5-15個(gè)；所述壓力傳感器和溫度傳感器均為均勻設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一所述的模擬裝置，其特征在于所述高壓反應(yīng)釜與所述氣液分離器之間設(shè)有回壓閥；所述液體計(jì)量裝置為電子天平。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一所述的模擬裝置，其特征在于所述高壓反應(yīng)釜設(shè)于恒溫室內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開天然氣水合物三維合成與開采模擬裝置。包括供液裝置、供氣裝置、高壓反應(yīng)釜、氣液分離器和數(shù)據(jù)采集裝置；所述供液裝置包括依次串連的注液泵和加熱器；所述供氣裝置包括依次串連的氣體壓縮機(jī)和減壓閥；所述高壓反應(yīng)釜的腔內(nèi)設(shè)有若干個(gè)壓力傳感器和溫度傳感器，腔體上設(shè)有氣體入口、液體入口和氣液混合物出口；所述加熱器的出口和所述減壓閥的出口分別與所述高壓反應(yīng)釜的液體入口和氣體入口相連通，所述高壓反應(yīng)釜的氣液混合物出口與所述氣液分離器的入口相連通；所述氣液分離器氣體出口和液體出口分別與氣體流量計(jì)A和液體計(jì)量裝置相連通；所述氣體流量計(jì)A、注液泵、液體計(jì)量裝置、壓力傳感器和溫度傳感器均與所述數(shù)據(jù)采集裝置相連。
文檔編號(hào)E21B43/00GK102678090SQ20111006314
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者姚海元, 龐維新, 李剛, 李小森, 李清平, 白玉湖 申請(qǐng)人:中國海洋石油總公司, 中國科學(xué)院廣州能源研究所, 中海石油研究中心