[发明专利]一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法

说明书

本发明属于海洋天然气水合物开采技术领域，涉及一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置包括五个部分：大尺度水合物反应系统、流动注入系统、三井热流固耦合开采收集系统、微可视系统和数据检测采集系统。可以灵活组合降压开采法，注热开采法及不同模式水流侵蚀法三种开采方法，模拟实际开采过程，提供了一种伸缩井热流固耦合天然气水合物开采方法与装置。用于探究不同开采方法即模式结合时的开采特性。为实现水合物高效、持续的商业化开采提供可靠的实验依据和理论分析。

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物开采技术领域，涉及一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。

背景技术

天然气水合物是天然气(主要成分甲烷)和水在高压和低温条件下形成的类冰固体化合物，水合物沉积物广泛分布于陆地冻土环境和海洋、湖泊等深水地层环境。天然气水合物作为一种替代性新能源，能量密度高、储量大，有巨大的资源潜能，开发前景广阔。随着我国天然气需求日益增大，其开采研究尤为急切。天然气水合物是一种亚稳定态矿物，一旦赋存条件发生改变，天然气水合物藏的相平衡就会遭到破坏，引起天然气水合物的分解。传统的天然气水合物开采技术就是根据天然气水合物的这种性质而设计的，主要包括热激法、降压开采法和化学试剂注入开采法。降压法是最经济、有效、简单的开采方式，主要缺点是水合物分解相变潜热引起局部温度降低，从而可能引起水合物的二次生成或结冰，影响长期开采效率；加热法的缺点是不仅要提供水合物分解相变的热量，也要加热沉积物、孔隙气体和液体，热量损失很大，效率低，费用高。研究发现，水流侵蚀也可以是水合物分解，可作为一种有效的辅助开采手段。在降压法、注热法的基础上，又结合了不同模式水流侵蚀法模拟开采水合物，对实际水合物开采具有指导意义。

为了研究更加高效、连续的开采水合物方法，本发明提供了一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。

发明内容

本发明针对目前水合物开采过程中存在的不足，基于多方法联合开采的思路，综合利用注热、降压、不同模式水流侵蚀等方法的特点，提供了一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。为实现天然气水合物更加高效、持续的开采提供了依据。

本发明的技术方案：

一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置，包括五个部分：大尺度水合物反应系统、流动注入系统、三井热流固耦合开采收集系统、微可视系统和数据检测采集系统；

所述的大尺度水合物反应系统 包括反应釜4、二级防砂装置9和第二恒温水浴16-2；反应釜4周围包有水套，并与所述第二恒温水浴16-2的水套连通，通过循环流动来控制反应釜4内温度达到恒定，为生成天然气水合物提供稳定的低温环境，模拟海底多孔介质孔隙天然气水合物储层；所述的二级防砂装置9 共两个，分别装于注入井5-1和采出井5-2的井口处，防止水合物生成与分解过程中砂土泄露，模拟实际开采过程中的除砂装置，并保证实验安全性与可持续性；

所述的流动注入系统包括气源1、水源17、高精度气泵2-1、高精度水泵 2-2、第一单向阀18-1、第二单向阀18-2、第三单向阀18-3、第四单向阀18-4 和第一恒温水浴16-1；所述的第一单向阀18-1控制气源1的开关，将气体注入所述高精度气泵2-1中，再通过第二单向阀18-2控制注入注入井5-1中，用于反应釜4中水合物的生成；所述水源17中的水由第四单向阀18-4控制注入所述高精度水泵2-2中，再通过第三单向阀18-3控制将水注入注入井5-1中，用于反应釜4中水合物的生成或流动侵蚀分解；所述第一恒温水浴16-1为高精度气泵2-1和高精度水泵2-2提供所需的恒定温度条件；