[发明专利]一种天然气水合物光刻玻璃模型微观实验装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种天然气水合物光刻玻璃模型微观实验装置，涉及天然气水合物开发领域，具体是用于微观观察天然气水合物生成、分解过程中具体参数的一种室内实验装置。

背景技术

天然气水合物(natural gas hydrate，简称NGH)，是天然气在一定的低温、高压下与水形成的非化学计量笼形化合物，也被称为“可燃冰”。1m³天然气水合物可含164m³甲烷气和0.8m³的水。“可燃冰”是天然气的附生产品，应用范围与天然气大致相同，是一种典型的石油替代品。“可燃冰”极易燃烧，在同等条件下，“可燃冰”燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要高出数十倍，被誉为“属于末来的超级能源”。

我国的可燃冰储量十分丰富，根据调查研究，我国的天然气水合物主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带。

目前天然气水合物开采技术仍处于摸索阶段，世界各国对天然气水合物的开发尚未制定出一套成型的标准，室内实验研究的方法仍是天然气水合物开采技术研究的主体，但目前针对天然气水合物的研究，更多关注于水合物宏观性质和物理性质的研究，很少有对水合物生成和分解过程的动态微观研究。

光刻玻璃模型是一种透明的二维模型，它采用光化学刻蚀技术，按天然岩心的铸体切片的真实孔隙系统精密地光刻到平面玻璃上制成，在结构上具有储层岩石孔隙系统的真实标配，相似的几何形状和形态分布。利用微观仿真模型，可以直观的观察天然气水合物晶体的生长、分解，对指导室内和现场试验有重要意义。

CN104407649B公布一种用于天然气水合物晶体生长光学观测的控温加压装置，通过在样品台上放置天然气水合物样品，并进行天然气水合物的原位生成与分解，实验参数通过计算机终端进行处理。但其天然气水合物样品放入样品台后，只能通过显微镜观测到样品表面变化，难以观察样品内部水合物生长及分解过程；且其发明装置气体入口、冷却剂入口只有一个，在向样品中饱和天然气和冷却剂时难以做到均匀饱和，对实验结果精度会有一定的影响。有鉴于此，本发明人提出一种天然气水合物光刻玻璃模型微观实验装置，以满足目前三维模拟实验装置的要求，并克服现有技术的缺陷，本发明实验装置采用三维可视化方式对开采天然气水合物生成、分解过程进行微观观察，本发明所用光刻玻璃采用光化学刻蚀技术，按天然岩心铸体切片的真实孔隙精密地光刻到平面玻璃上制成，保证了实验的精确性，对天然气水合物物性研究有一定的指导作用。

发明内容

本发明公开了一种天然气水合物光刻玻璃模型微观实验装置，装置包括供气系统、供液系统、仿真孔隙模型系统、生产系统以及监控系统，本发明采用光刻玻璃作为仿真孔隙模型系统的主体，通过供气系统、供液系统向仿真孔隙模型系统中供给天然气和水形成天然气水合物，通过生产系统对天然气水合物分解产物实施收集，通过监控系统对天然气水合物的生成、分解过程中天然气水合物晶体的生长、分解参数实施全程收集，本发明所用光刻玻璃采用光化学刻蚀技术，按天然岩心铸体切片的真实孔隙精密地光刻到平面玻璃上制成，保证了实验的精确性，对天然气水合物物性研究有一定的指导作用。

其中所述供气系统与仿真孔隙模型系统相连接，所述供液系统与仿真孔隙模型系统相连接，所述生产系统与仿真孔隙模型系统相连接，所述监控系统分别与所述供气系统、供液系统、仿真孔隙模型系统、生产系统相连接。

所述供气系统用于为所述仿真孔隙模型系统内部合成天然气水合物提供天然气；所述供液系统用于为所述仿真孔隙模型系统内部合成天然气水合物提供水；所述生产系统用于对仿真孔隙模型系统内部天然气水合物分解产物实施收集，并分析分解产物中天然气及水产量；所述仿真孔隙模型系统用于模拟天然气水合物藏压力、温度、饱和度、渗透率及常规地层参数，且光刻玻璃作为仿真孔隙模型系统的主体；所述监控系统用于实时收集所述供气系统、供液系统、仿真孔隙模型系统、生产系统工作参数，记录工作参数所产生的数据，并通过监控系统控制实验操作。

优选的，本发明的供气系统包括天然气瓶、调节阀门、增压装置、气体流量计、压力传感器、温度传感器、高压管线、分接阀门；天然气瓶出口通过高压管线连接于增压装置入口，调节阀门位于天然气瓶和增压装置之间，起到调节天然气供给速度作用，增压装置出口通过高压管线连接于分接阀门入口，气体流量计、压力传感器、温度传感器位于增压装置与分接阀门之间，起到监测气体流量、压力、温度的作用，分接阀门出口与所述仿真孔隙模型系统相连接。