[发明专利]一种天然气水合物地质分层模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采技术，尤其涉及一种天然气水合物地质分层模拟实验装置。

背景技术

天然气水合物是在一定条件(合适的压力、温度、气体饱和度、水的盐度和pH值等)下由水和天然气组成的类冰的笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧，俗称“可燃冰”，在自然界中存在的水合物绝大部分是甲烷水合物。一般说来，从水合物分解得到的甲烷是水合物体积的160多倍，其以固态形式存在的天然气总量是地球上煤、石油等化石燃料的2倍，所以天然气水合物成了21世纪最重要的战略资源。此外，甲烷含碳量少于煤或石油，甲烷产生的二氧化碳仅仅是煤的一半，是一种比较清洁的能源。

运用能量平衡条件等计算表明，在假设无能量损失的情况下，从水合物气体中获得的能量是分解水合物能量的15.5倍，因此开采天然气水合物具有一定的商业价值，是各发达国家争相研究的前沿热点，但是由于天然气水合物的开采面临着经济和技术上的可行性问题，天然气水合物的开发技术目前主要处于实验研究阶段。

天然气水合物开采的思路基本上是首先将蕴藏于沉积物中的天然气水合物进行分解，然后加以利用。当前提出的方法主要有以下三类：(1)热力开采法，主要是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入天然气水合物储层，或采用火驱法、利用地热等诸多方法促使储层温度上升而达到水合物分解的目的；(2)化学剂开采法，主要是利用一些化学剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等来改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，以达到分解的目的；(3)降压开采法，主要是通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而促使天然气水合物分解。

目前，研究天然气水合物有效、快速、经济的开采方法，为大规模开采天然气水合物提供理论依据，是缓解与日俱增的能源压力的有效途径

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气水合物地质分层模拟实验装置。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：本发明天然气水合物地质分层模拟实验装置是一套天然气水合物三维模型，为耐压范围为5～40MPa，耐温范围为-30～300℃，耐腐蚀(如醇类和盐类等腐蚀性溶液)，内腔容积为50～500L的球形或圆柱形或方形不锈钢反应釜。三维模型内为密封的模拟腔，三维模型由筒体、上法兰和下法兰组成，筒体、上法兰和下法兰之间的密封腔形成封闭的模拟腔。上法兰和筒体以及下法兰和筒体之间分别使用若干螺栓接连固定。

在模拟腔内部，包括有从上到下依次分布的上盖层、水合物层、游离气或水层和下盖层。

所述上盖层和下盖层均由低渗透的岩石组成，水合物层和游离气或水层均含有沉积物；所述水合物层与游离气或水层之间由半渗透隔板层分隔，水合物层和游离气或水层间气体和水等流体流动均通过半渗透隔板层。

所述半渗透隔板层包括只渗透水不渗透气体和只渗透气体不渗透水两种耐腐蚀的半渗透隔板层，其耐压范围为5～40MPa，耐温范围为-30～300℃；所述半渗透隔板层由1～20个半渗透隔板组成，每个半渗透隔板的表面积为0.01～0.1m²。

所述半渗透隔板层上、下表面分别为水平表面或中间高、两边低的弧状表面，该弧状表面有利于必要时将半渗透隔板层上方聚集的液体流向四周，使中心区域具有更理想的透气效果。

所述半渗透隔板层中每一个半渗透隔板都镶嵌于圆柱形或方形不锈钢平板内并可拆卸、替换，通过不锈钢平板水平固定在模拟腔内部，不锈钢平板紧贴模拟腔内壁密封，并且可拆卸。

上法兰和下法兰中部分别开有上端气液口和下端气液口。固定于上法兰的上端气液口延伸到上盖层和水合物层的交界面附近，便于直接向水合物层注入溶液。固定于下法兰的下端气液口延伸到游离气或水层和下盖层的交界面附近，便于直接向游离气或水层注入溶液。

所述不锈钢反应釜为球形或圆柱形或方形。

本发明的主要创新之处在于：将天然气水合物三维模型内部介质进行分层，形成上盖层、水合物层、游离气或水层和下盖层从上到下依次分布天然气水合物地质分层结构，并利用只渗透水不渗透气体和只渗透气体不渗透水两种半渗透隔板层将水合物层和游离气或水层进行分隔，以模拟实际海底或者冻土带地层内天然气水合物藏地质分层情况。