[发明专利]一种天然气水合物地质分层装置和方法

权利要求书

1.一种天然气水合物地质分层装置，包括反应釜，所述反应釜包括上釜盖、下釜盖和釜体，其特征在于，所述上釜盖与所述下釜盖密封闭合在所述釜体的两端以形成封闭腔体，所述反应釜内设有地层温度梯度模拟器，所述腔体内从上釜盖到下釜盖依次形成有上覆压力层、上盖层、水合物层和下盖层，每一层填充不同多孔介质和液体且每一层设有环形地层液容器，所述环形地层液容器的外环周面与所述釜体内壁接触，所述环形地层液容器的内环周面通过多孔挡板与每一层的填充物接触；环形地层液容器对应连通有注液补充模块，其中，上覆压力层、上盖层、水合物层和下盖层的环形地层液容器分别对应连通上覆压力注液补充模块、上盖层地层注液补充模块、水合物层地层液注液补充模块和下盖层地层液注液补充模块；所述反应釜设有向其内腔注入甲烷气体和液体的反应釜注气口和反应釜注液口，中心开采井筒从上釜盖到下釜盖贯穿设置在所述反应釜的中心。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物地质分层装置，其特征在于，所述注液补充模块包括地层补充液容器、注液补充平流泵和管线压力传感器，所述地层补充液容器与环形地层液容器连通且其连通管道上设有可拆接头和地层补充液阀门，所述管线压力传感器用于在环形地层液容器的压力低于设定值时，启动注液补充平流泵；当压力达到设定值时停止注液补充平流泵。

3.根据权利要求1所述的天然气水合物地质分层装置，其特征在于，所述地层补充液容器内装有地层补充液且所述地层补充液容器的上方设有盖子，所述地层补充液容器放置在天平上。

4.根据权利要求1-3任一所述的天然气水合物地质分层装置，其特征在于，所述反应釜内设有沿高度方向的刻度线，所述刻度线用于计量地质分层的厚度。

5.根据权利要求1所述的天然气水合物地质分层装置，其特征在于，所述地层温度梯度模拟器包括上循环盘管和下循环盘管，上循环盘管和下循环盘管布置在所述反应釜体内的上下两端，所述上循环盘管和下循环盘管均采用独立的热交换装置来实现热传导介质在盘管内的循环；在所述反应釜体内，上循环盘管和下循环盘管之间间隔设置有N根控温管，以使得在反应釜体内产生垂直温度梯度，N为正整数；所述控温管也均是采用独立的热交换装置来实现热传导介质在控温管内的循环。

6.根据权利要求5所述的天然气水合物地质分层装置，其特征在于，所述N根控温自下而上等距分布且控温管之间的温差恒定，所述控温管之间的温差表示为：

ΔT＝(T₁-T₂)/(N+1)；其中，T₁为下循环盘管的温度，T₂为上循环管的温度，T₁＞T₂。

7.根据权利要求6所述的天然气水合物地质分层装置，其特征在于，在所述反应釜体内还设置有温度传感器，以用于监测上循环盘管、下循环盘管以及N根控温管的温度，并将所监测到的温度数据传输至控制器，由控制器根据所监测到温度数据来实时调整各热交换装置的工作，以使得反应釜体内的垂直温度梯度实时保持稳定状态。

8.一种天然气水合物地质分层方法，其利用如权利要求1-7任一所述的天然气水合物地质分层装置，其特征在于，包括以下步骤：

按上盖层、水合物层和下盖层的填充物成分要求往反应釜内填充多孔介质以及注入甲烷气体和液体，预留上覆压力层空间并密封反应釜；

检查反应釜内气密性；

完成反应釜气密性检查后将反应釜内温度降至模拟地层温度；

监测温度压力变化值降低至设定值或稳定不变后，设定注液补充平流泵启动的注入压力，其中上覆压力层应注液至设定模拟深海上覆压力；

当反应釜内压力变化值低于设定值或稳定不变后，通过降压法或注热开采法模拟天然气水合物开采，中央开采井筒持续产出水气砂多相混合物，反应釜的各地层的压力降低，当压力低于设定值时开启注液补充平流泵，不同地层注液地层补充液注入地层液容器并经多孔挡板流向不同地层；当压力达到设定值时停止注液补充平流泵；

记录在不同的地层补液过程中地层补充液的质量变化，以获得不同地层补充液的流失量。