[发明专利]一种二氧化碳置换开采天然气水合物模拟方法及实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采技术领域，尤其是一种二氧化碳置换开采天然气水合物的模拟方法及实验装置。 

背景技术

天然气水合物是指天然气与水在一定温度和压力下生成的一种笼状晶体物质，其遇火即可燃烧，俗称“可燃冰”，早期天然气水合物的研究主要是为了解决油、气生产和运输过程中管道、设备的堵塞问题，主要是抑制水合物的生成。随着人们对水合物研究的不断深入，水合物的特性及对环境的影响越来越为人类认识，更重要的是其作为一种有效的替代能源的价值也益显突出。 

天然气水合物可以以多种方式存在于自然界中，基于天然气水合物的特点，它与常规传统型能源的开发不同。表现在水合物在海洋底埋藏是固体，在开采过程中分子构造发生变化，从固体变为气体。也就是说，水合物在开采过程中发生相变。目前大多数有关天然气水合物的开发思路基本上都是首先考虑如何将蕴藏在沉积物中的天然气水合物进行分解，然后再将天然气开采至地面。一般来说，人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件，造成其分解，是目前开发天然气水合物中甲烷资源量的主要方法。现有的开采方法主要有降压法、热激法、化学试剂法以及这三种方法的综合应用。今年来，由于大量化石燃料的应用，使得空气中的二氧化碳浓度越来越高，引发的温室效应导致了海平面的上升以及其他自然灾害，因此有学者提出将二氧化碳气体回收后储存到地表之下以降低空气中的二氧化碳浓度，将二氧化碳注入到地表天然气水合物藏中会使天然气水合物到二氧化碳水合物的转化。上述工艺不仅能促进天然气的回收，而且二氧化碳在沉积物中形成水合物后可以维持沉积物的机械稳定性。 

由于各地的地质条件和天然气水合物的成分不同，形成机制各异，所以通过模拟实验进行研究，选择合适的置换压力、从而确定较合适的开采工艺，直接指导勘查开发，但现有的实验设备相对比较简单，难以满足目前二氧化碳置换开采天然气水合物研究需要，同时完全为二氧化碳置换开采天然气水合物方法服务的专业模拟实验室还比较少。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化碳置换开采天然气水合物模拟方法及实验装置，该模拟实验装置可以综合研究各种开采机理、开采动态、并对各种开采方法进行优化和综合评价。 

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种二氧化碳置换开采天然气水合物的实验装置，包括一维模型、气体供给单元、工作液供给单元、轴压控制单元、回压控制单元、环境控制单元，并在上述各单元上分别设有用于感应各单元工作状态的传感器，该传感器电连接到数据处理单元；所述一维模型设置于环境控制单元当中，其内部为密封的模拟腔，在一维模型上设有气液入口、气液出口和轴压进液口，所述气体供给单元的气体输出管路与工作液供给单元的工作液输出管路连接后与气液入口连通，回压控制单元的回压采集管路与所述气液出口连通，所述轴压控制单元与所述轴压进液口连接；一维模型上还设置抽真空接口，用于与抽真空的设备连接；。 

环境控制单元用于控制一维模型的环境温度；气体供给单元用于向一维模型输入天然气以及二氧化碳气体，并可控制输入的气体的压力；工作液供给单元用于向一维模型内输入工作液；回压控制单元用于控制模拟开采之后的天然气、水等的输出压力；轴压控制单元用于压实一维模型模拟腔内的多孔介质；数据处理单元用于采集和处理各传感器的信号，各传感器的信号采集一般包括：向一维模型模拟腔内输入的天然气量、水量，模拟开采输出的天然气量、产生的水量，模拟腔内的温度、压力、差压、声阻抗以及电阻，各传感器的数据处理一般包括：输出时间-温度曲线、时间-压力曲线、时间-差压曲线、时间-声阻抗曲线、时间-电阻曲线、压力-开采量曲线等等，以对各数据进行综合评价；数据处理单元能对温度、压力、流量及液体重量等参数进行在线测量，显示其瞬值和累计值，电阻、声阻抗探测均能在线连续监测。 

所述一维模型为圆柱形不锈钢反应釜，包括筒体，该筒体前后端部上分别套有前法兰和后法兰以形成密封的模拟腔；在所述筒体的外侧套有水夹套，该水夹套通过水夹套入口和水夹套出口分别与所述环境控制单元连接，所述气液入口设置在前法兰上并连通到筒体内，所述气液出口设置在后法兰上并连通到筒体内。通过设置水夹套能更好的提高一维模型的换热效果，更准确的对一维模型进行温度控制。