[发明专利]一种低渗天然气水合物藏原位水力射流开采装置及方法

说明书

本发明公开了一种低渗天然气水合物藏原位水力射流开采装置及方法，本装置包括用于水合物生成、压裂及开采的高压反应釜、用于调节和控制气体流速的稳压供气模块、用于控制液体流量速率或保持恒定注液压力的恒速恒压供液模块、为装置系统提供恒定温度环境的恒温水浴模块、用于自动控制开采速率或开采压力的回压模块、原位水力射流增透模块、用于采集并处理系统基本参数的数据采集处理模块、以及连接各部件的管道。本发明利用原位水力射流提高天然气水合物沉积物的固有渗透率，为模拟自然界天然气水合物藏水力射流压裂增透开采提供可靠的实验基础。

技术领域

本发明涉及天然气水合物开发技术领域，具体涉及一种低渗天然气水合物藏原位水力射流开采装置及方法。

背景技术

天然气水合物是冰状白色固体结晶化合物，又称可燃冰，其中水和气体分子在合适的压力和温度条件下结合在称为宿主的冰状晶格中。水合物形成气体通常是小分子和轻分子，如CH₄、C₂H₆和CO₂，它们与水可以以结构I、II和H的水合物形式存在，这取决于气体种类和形成条件。天然气水合物矿床集中在两种截然不同的地质构造中，其中存在必要的高压和低温条件，已经被广泛发现存在于深海沉积物和永久冻土中。鉴于天然气水合物作为一种新型的潜在能源，储量巨大以及分布广泛，被认为对全球经济的影响远远大于其他非常规天然气。我国于2018年7月29日，由国土资源部中国地质调查局组织实施的南海神狐海域天然气水合物降压法试采工程全面完成了海上作业，这标志着我国首次海域天然气水合物试采圆满结束，但天然气水合物的开采面临着开采效率低，其技术难度高，开采成本高以及环境灾害等问题，因此，天然气水合物开采技术的开采室内模拟实验研究是十分必要的。目前，为了研究多孔介质中天然气水合物沉积物的不同开采方法及开采技术特性，国内外许多研究机构与高校开发了许多特定的天然气水合物开采模拟实验装置。

开采天然气水合物为了提高效率可以采用增加降压开采驱动力，对水合物沉积层加热，多井开采等方法，但是并未有效改善天然气水合物分解过程中的气液流动现状。天然气水合物沉积物的低渗透性使得降压驱动力的传播距离有限，产出气液的流通性更阻塞。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种低渗天然气水合物藏原位水力射流开采装置及方法，集低渗天然气水合物藏原位生成系统、原位水力射流增透系统、井群定压开采系统于一身，可精确研究接近于自然条件下天然气水合物沉积物藏的生成、压裂、开采特性，为深海沉积物和永久冻土区的水合物藏开采提供真实有效的实验数据、指导方案、实验基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低渗天然气水合物藏原位水力射流开采装置，包括

高压反应釜，用于天然气水合物沉积物的原位生成、原位水力射流增透和原位开采；

稳压供气模块，用于向高压反应釜注入天然气；

恒速恒压供液模块，分为两路，一路用于向高压反应釜注入去离子水，另一路用于为原位水力射流增透模块提供射流压力；

原位水力射流增透模块，用于对高压反应釜内的天然气水合物沉积物进行水力压裂，提高其固有渗透率；

回压模块，用于控制天然气水合物沉积物的开采速率或开采压力；

恒温水浴，用于控制天然气水合物沉积物生成、压裂以及开采过程的温度；

数据采集处理模块，与高压反应釜、稳压供气模块、恒速恒压供液模块、原位水力射流增透模块、回压模块及恒温水浴的感应元件电连接，以采集和处理各感应元件的感应信号。

作为本发明的一种改进，所述的高压反应釜的内部设有多个水平开采井，水平开采井一端与原位水力射流增透模块连接，另一端与回压模块连接。