[发明专利]深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统

说明书

本发明提供了一种深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统，应用于可燃冰试采试验的高压气供给。该高压气供给系统由甲烷供给器、氮气供给器、甲烷供给模拟试验控制系统和氮气供给模拟试验控制系统组成，并实施可燃冰降压试采深水沉积物模拟产液高压气供给的作业流程，甲烷供给器依据气滤器和自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压干燥甲烷，氮气供给器依据压力气动控制阀和自力式压力调节阀供给稳定和压力连续可调的高压氮气，并吹扫带压管式缓冲罐和模拟可燃冰反应器，甲烷供给模拟试验控制系统和氮气供给模拟试验控制系统分别实现远程自动控制深水沉积物模拟产液高压干燥甲烷和高压氮气供给作业流程并保障其流动安全。

技术领域

本发明涉及一种海洋工程领域模拟深水可燃冰试采试验的高压气供给系统，特别是涉及一种深水可燃冰降压试采三维模拟试验高压气供给系统及其工艺流程。

背景技术

目前，可燃冰合成和开采实验系统主要为可燃冰低温高压模拟试验系统，且这些可燃冰低温高压模拟试验系统一般由高压系统、冷却系统和测试系统组成，其中高压系统包含高压容器、配气瓶和加压设备，冷却系统包含防冻液、冷冻机和温度控制器，测试系统主要包括压力、温度、光学、声学、电学检测和摄像部分，这些可燃冰低温高压模拟试验系统无论是试验设备还是试验流程，专门用于海洋工程深水可燃冰降压试采模拟试验系统的研究较少。

国内外几种有代表性的可燃冰低温高压模拟试验系统包括：Youslf固结岩心试验系统、Buffett天然多孔介质试验系统和Wonmo填砂管试验系统。其中，Youslf固结岩心试验系统是Youslf和Sloan为研究Berea砂岩岩心内天然气水合物的合成和分解而设计的试验装置，Berea砂岩岩心被热收缩橡胶管包裹后固定于不锈钢压力容器内，橡胶管内用手动甲烷气瓶直接供给与砂岩岩心内部相同压力的高压甲烷气，橡胶管外用手动水力泵供给比砂岩岩心内部至少高1.0MPa的高压水作为围压。Buffett天然多孔介质试验系统是Buffett等人为研究天然多孔介质内天然气水合物合成而设计的试验装置，该试验系统模拟了海洋环境，并采用CO₂作为天然多孔介质内天然气水合物的生成气体，试验装置中间为蒸馏水溶液，上部为手动CO₂气瓶供给的气体薄层。Wonmo填砂管试验系统是韩国Sung等人为研究多孔介质内天然气水合物合成以及降压、加热、注化学药剂等各种分解试验而设计的填砂管模拟试验系统，该试验系统的主要部分为设计了恒温水浴的填砂长管，然而其填砂长管内仍然采用手动甲烷气瓶直接供给高压甲烷气和手动水力泵供给高压水。

综上所述，目前的可燃冰低温高压模拟试验系统多为天然气水合物合成和分解试验装置，用于研究容器内或多孔介质天然气水合物的相态、物理、化学性质及天然气水合物的合成和降压、加热等分解试验，而针对深水可燃冰降压试采的模拟试验装置较少，同时可燃冰低温高压模拟试验系统用的高压气多为手动甲烷气瓶或手动CO₂气瓶直接供给，且没有设计专门的吹扫系统，难以模拟出真实的深水可燃冰合成和分解环境。

发明内容

为了有效解决深水可燃冰降压试采技术问题并克服现有可燃冰合成和开采模拟试验装置及其高压气供给系统存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种适合深水可燃冰降压试采用的三维模拟试验高压气供给系统及其相关控制流程。该高压气供给系统依据甲烷供给器和甲烷供给模拟试验控制系统远程自动供给连续稳定的高压干燥甲烷，并通过氮气供给器和氮气供给模拟试验控制系统远程自动供给高压氮气并吹扫带压管式缓冲罐和模拟可燃冰反应器，实施可燃冰降压试采深水沉积物模拟产液高压气供给的作业流程。