[发明专利]含下伏天然气层的NGH藏合成与开采三维实验装置系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物(Natural Gas Hydrate，NGH)藏的合成及开发装置，特别适用于含下伏天然气层的NGH藏的合成及开采。

背景技术

天然气水合物(NGH)是在低温高压条件下由轻烃、CO₂及H₂S等小分子气体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质。保守估计，全球NGH中有机碳含量占全球总量的53.3％，是传统化石能源中总碳量的两倍，被认为是21世纪重要的洁净替代新能源。目前对NGH藏的成藏模式还没有统一的认识，但大多数研究认为主要有三种类型：(I)NGH层上覆在含有自由气的气藏之上，即含下伏天然气层的NGH藏；(II)NGH上覆在自由水层之上；(III)底层和盖层均为非渗透层的NGH藏。对第一种类型而言，可在开采气藏的同时开采NGH，是现阶段最有望实施开采的NGH储层。如西伯利亚Messoyakha气田就是此种埋藏类型，并且成功的进行了试采。由于天然岩心获取困难且作业成本高昂，利用人造岩心来代替天然岩心进行室内实验研究早己成为岩心实验技术的发展趋势。常规油气领域人造岩心技术相对比较成熟，而在水合物等非常规能源领域人造岩心技术存在与原位地层的物性参数差异较大、尺寸较小以及孔隙均匀性差等不足。容易造成对后续实验测试结果的准确性和对实际开采的指导性有很大的影响。迄今为止，还没有一种有效的实验设备用于分析和认识含下伏天然气层的NGH藏的合成及开发动态。

发明内容

本发明是是针对含下伏天然气层的NGH藏模型的制备与开采模拟的一种新型三维实验装置系统。

本发明首次将PE透气膜这种新型材料运用到NGH藏模型的制备实验当中。PE透气膜是以PE为载体，在生产过程中含有大比例超细密度的无机物填充物(CaCO₃)，经过流延微压花拉伸工艺处理后形成微孔，微孔分布的密度比较大，使透气膜具有独特的微孔结构。这些高密度分布在薄膜表面的特殊结构微孔，既能阻隔液体的渗漏，又能让气体分子通过，因而具有“透气不透水”的功能。与普通的塑料薄膜相比，PE透气膜具有透气不透水、拉伸强度高、质地柔软等特点。

实验装置系统采用模块化设计思路，各模块之间互相独立，并相互联系。主要包括稳压供液、稳压供气、高压反应三维模型、环境模拟、回压控制、参数测量、数据采集处理7个模块。

系统中高压反应三维模型为实验装置的核心元件，其形状为长方体，尺寸为500mm×500mm×400mm，主要部件包括：活塞、注水注气管、密封圈、PE透气膜、模拟井筒等。三维模型分两层中间由PE透气膜隔开，放置于环境模拟系统中，由稳压供气模块向三维模型内注入气体、稳压供液模块向三维模型内注入液体，利用PE透气膜“透气不透水”的特性进行含下伏天然气层的NGH藏的生成实验。气体和液体均可以进行精确定量地注入，并在整个过程检测温度、压力、电阻率的变化，从而可以定量的分析NGH生成的情况。

设备设有预热罐可以加热溶液，在进行NGH开采尤其是注热开采实验时起到关键的作用。

在进行NGH开采实验时，利用回压控制模块进行三维模型出口压力的控制，来实现降压开采模拟，开采实验产生的气体和液体通过气液分离器进行分离，然后分别计量。

整个实验所有温度、压力、电阻率的变化，以及注液量、产气量等参数全部由计算机进行采集存储，方便后期对所有数据进行处理。

本发明的有益效果在于：首次将PE透气膜运用到NGH藏模型的制备实验当中，提供了一个高效、安全的含下伏天然气层的NGH藏合成及开采三维实验装置。

附图说明

图1所示为NGH藏模型三维实验装置系统基本流程图；

图2所示为高压反应三维模型剖面示意图；

图3三维模型温度、压力及电阻率布置示意图；

图4为含下伏天然气层的NGH藏模拟水平井开采示意图。

具体实施方式

结合说明书附图来详细讲述本发明实施方式：

如图1所示，为本发明实施所提供的NGH三维模型实验装置系统基本流程图，三维实验装置系统主要包括：电子天平1、注入泵2、容器组3、预热泵4、高压天然气瓶5、减压阀6、气体流量计7、压力表8、活塞9、注水注气管10、密封圈11、PE透气膜12、模拟井筒13、温度传感器14、压力传感器15、电阻传感器16、水冷却器17、回压阀18、放空阀19、气液分离器20、干燥器21、气体流量器22、采集及处理数据机23。