[发明专利]一种开采天然气水合物的实验模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采技术领域，尤其是一种开采天然气水合物的实验模拟装置及方法。

背景技术

天然气水合物是一种非化学计量的笼状晶体水合物，由天然气和水在一定的温度条件下形成。天然气水合物广泛的存在于深海海底及冻土区，据估计，全球深度在2000m以内的岩石圈浅部所含的天然气水合物的量，相当于已探明的常规矿物燃料总和的2倍。因此，天然气水合物的开采也越来越受到人们的关注。传统的开采天然气水合物的方法主要包括降压法、热激法、化学试剂法及上述方法的联用。这些方法都是通过外部刺激破坏天然气水合物的平衡条件，这些方法存在的共同缺点是导致水合物矿藏的破环，可能引起水合物所在区域的地层坍塌。

CO₂置换天然气水合物既可以开采出CH₄，回收CO₂，又可以稳定水合物区的地层结构。因此，它被认为是一种新型的天然气开采方法。随着空气中CO₂含量的日益增加，该方法也备受关注。目前，该方法主要处于实验室研究阶段。

针对CO₂置换开采天然气水合物，李小森等人曾公开发明了专利“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” ，但此发明的方法中生成水合物之后，排出多余的气体方法是通过降温至水合物自保护效应的温度范围内，仍有部分水合物会发生分解。且此发明仍不能解决CO₂置换天然气水合物的置换效率低，置换速率慢等缺点。

针对以上技术难题，本发明提供了一种CO₂置换和降压联合开采天然气水合物的实验模拟装置及方法，在水合物生成之后将未反应的气体等压排出，然后将水合物压缩成致密的水合物片，在水合物片的一侧通入CO₂气体，另一侧进行降压，实现了CO₂置换和降压两种开采天然气水合物的方法结合，结构简单，操作方便，成本低，效率高。

发明内容

针对以上技术难题，本发明提供了一种CO₂置换和降压联合开采天然气水合物的实验模拟装置及方法，在水合物生成之后将未反应的气体等压排出，然后将水合物压缩成致密的水合物片，在水合物片的一侧通入CO₂气体，另一侧进行降压，实现了CO₂置换和降压两种开采天然气水合物的方法结合，结构简单，操作方便，成本低，效率高。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

    一种开采天然气水合物的实验模拟装置，包括稳压供气供液模块、反应器、控制模块、数据测量模块、数据采集及处理模块，其中：

  所述反应器包括釜体、与釜体内壁密封配合且能上下移动的活塞、连接设置于釜体顶部的釜盖，支撑设置于釜体底部的支架，所述釜盖上设置有可接至釜体内腔的压力检测接口、气体进出口、温度检测接口，所述釜体内腔靠近釜盖的一端装有微孔过滤片，所述活塞上设置温度传感器和单向阀，所述单向阀的输入端依次连接硬质管线和延伸至釜体外的高压软管，所述硬质管线的外壁与设置于釜体底部的CO₂进气口的内壁滑动配合且始终保持密封，所述第三温度传感器一端固定在活塞下端面上，随活塞来回运动，另一端连接有耐压套管，所述第三温度传感器的信号传输线设置在耐压套管内，所述耐压套管与设置于釜体底部的套管接口的内壁滑动配合且始终保持密封，所述釜体底部的侧壁上还设置有注液口；

所述稳压供气供液模块包括CH₄气瓶、CH₄减压阀、CO₂气瓶、连CO₂减压阀、缓冲罐、第七阀门、液压表、第二阀门、手摇泵，CH₄气瓶内的CH₄依次经过CH₄减压阀、第七阀门、第四阀门连接到反应器的气体进出口，CO₂气瓶内的CO₂气体依次经过CO₂减压阀、质量流量计进入到缓冲罐，所述缓冲罐的输出端通过管路依次连接第一阀门和高压软管，为反应提供稳定的气源，所述手摇泵17的输出端通过第二阀门连接注液口；